Cấy ghép giác mạc giúp phục hồi thị lực bằng collagen từ da lợn

Tình trạng mù giác mạc hiện nay đang ảnh hưởng đến khoảng 12,7 triệu người trên toàn thế giới, và cần phải có các phương pháp điều trị mới. Trong buổi phỏng vấn này, chúng tôi đã có một cuộc trò chuyện với Giáo sư Neil Lagali và Mehrdad Rafet về nghiên cứu gần đây nhất của họ. Trong đó, nghiên cứu trình bày chi tiết về cách mô giác mạc được xử lý sinh học để phục hồi thị lực xâm lấn một cách tối thiểu ở bệnh keratoconus tiên tiến trong hai đoàn hệ lâm sàng.

Ông có thể vui lòng giới thiệu về bản thân, và cho chúng tôi biết về nền tảng khoa học cũng như điều gì đã truyền cảm hứng cho nghiên cứu mới nhất của ông hay không?

Neil Lagali: Tôi được đào tạo để trở thành kỹ sư vật lý và quang học. Nhưng trong 20 năm qua, tôi đã thực hiện nghiên cứu tập trung vào các bệnh giác mạc. Tôi hiện là Giáo sư Nhãn khoa Thực nghiệm tại Đại học Linköping ở Thụy Điển.

Nghiên cứu này đã được lấy cảm hứng từ mong muốn giải quyết gánh nặng lớn về bệnh mù giác mạc trên toàn cầu, cũng như là sự bất bình đẳng trong việc tiếp cận dịch vụ chăm sóc thị lực hiện nay. Việc này càng trở nên cấp bách hơn khi mà vào năm 2019, Liên Hợp Quốc đã thông qua nghị quyết giao thác cho chúng tôi tiếp cận 1,1 tỷ người kiếm thị không có cơ hội tiếp nhận các dịch vụ chăm sóc mắt vào năm 2030, như là một phần của mục tiêu Phát triển Bền vững.

Mehrdad Rafat: Tôi là một kỹ sư y sinh được đào tạo với bằng Tiến sĩ trong lĩnh vực Kỹ thuật Hóa Sinh tại Đại học Ottawa, Canada. Tôi có hơn 20 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực Vật liệu sinh học và Kỹ thuật mô. Nhu cầu cấy ghép giác mạc để điều trị mù giác mạc chưa được đáp ứng đã truyền cảm hứng cho tôi thực hiện công việc nghiên cứu và phát triển này. Mục đích là nhằm giúp mọi người có thể nhìn thấy được hoặc nhìn rõ hơn.

Bệnh mù giác mạc ảnh hưởng đến khoảng 12,7 triệu người trên toàn thế giới. Các lựa chọn điều trị hiện tại và những thách thức liên quan đến chúng là gì?

Ghép giác mạc là phương pháp điều trị theo đúng tiêu chuẩn vàng hiện nay cho bệnh mù giác mạc. Khi ghép giác mạc thất bại, trong trường hợp khó khăn nhất có thể sẽ dùng đến các thiết bị giả, nhưng tình huống này thì tương đối hiếm thấy. Đối với phần lớn các trường hợp mù giác mạc, ghép giác mạc chính là lựa chọn duy nhất để lấy lại thị lực.

Tuy nhiên, cứ một giác mạc thì lại có đến 70 người cần. Và hơn một nửa dân số thế giới không tiếp cận được với giác mạc của người hiến tặng. Ngay cả khi có sẵn giác mạc của người hiến tặng thì cơ sở hạ tầng cần thiết để mua, lưu trữ và phân phối nó vẫn rất quan trọng. Nó phải được thực hiện các kiểm tra liên quan đến bệnh tật và virus, điều này cũng rất tốn kém. Cuối cùng, sau khi cấy ghép, nguy cơ mô của người hiến tặng bị đào thải có thể sẽ xảy ra. Nghĩa là bệnh nhân phải dùng thuốc ức chế miễn dịch trong ít nhất một năm sau khi cấy ghép.

Giác mạc bao gồm chủ yếu là protein collagen. Giác mạc được tạo ra bằng công nghệ sinh học như thế nào và nó có những ưu điểm gì so với giác mạc được hiến tặng?

Chúng tôi muốn sử dụng collagen để tạo ra giác mạc công nghệ sinh học, mô phỏng giác mạc tự nhiên. Bởi ta không có nguồn collagen dồi dào với chi phí thấp từ con người. Vậy nên chúng tôi lựa chọn sử dụng collagen có nguồn gốc từ da lợn. Loại collagen này rất dồi dào, rẻ, có độ tinh khiết cao và đã được sử dụng trong các sản phẩm y tế được FDA chấp thuận. Tóm lại, collagen tinh khiết được bù nước và liên kết ngang bằng chất hóa học liên kết ngang không độc hại hòa tan được trong nước, và được rửa sạch khỏi mô cấy. Tác dụng duy nhất của nó là liên kết các sợi collagen để tăng cường độ bền cho mô cấy ghép. Sau đó, ở bước thứ hai, bộ cấy đã được thêm một lượng nhỏ riboflavin (vitamin B2) sẽ tiếp xúc với ánh sáng UVA. Ánh sáng này liên kết quang hóa với nhiều các sợi collagen hơn nữa để tạo ra bộ cấy chắc chắn, là một hydrogel chứa gần 88% là nước.

Ưu điểm của giác mạc công nghệ sinh học là không chứa tạp chất, tế bào người hoặc vật liệu tế bào. Do đó, chúng có nguy cơ bị đào thải thấp hơn nhiều so với giác mạc được hiến tặng. Chúng cũng có thể được tùy chỉnh theo kích thước, độ dày và hình dạng của người nhận. Nó được đóng gói và vô trùng, có thể vận chuyển đến mọi nơi trên thế giới ở nhiệt độ phòng và có thể bảo quản đến hai năm trước khi sử dụng trong điều kiện tủ lạnh đạt chuẩn.

Mô của người hiến tặng phải được tìm kiếm và thực hiến cấy ghép trong vòng hai tuần. Đồng thời, cần có nơi lưu trữ và thuốc chuyên dụng để giữ cho mô có thể tồn tại. Điều này đòi hỏi chi phí cao và yêu cầu về cơ sở hạ tầng, thứ mà rất tiếc là hiện không có sẵn ở nhiều nước đang phát triển. Cuối cùng, giác mạc được hiến tặng là rất khan hiếm. Trong khi đó, về mặt lý thuyết thì giác mạc cấy ghép công nghệ sinh học có thể được sản xuất hàng loạt.

Ông cũng đã phát triển một phương pháp mới để điều trị bệnh keratoconus. Xin ông có thể cho chúng tôi biết về căn bệnh này, phương pháp mới của ông và những ưu điểm mà nó mang lại?

Keratoconus là một bệnh đã bắt đầu phát sinh từ khi còn nhỏ và nó trở nên phát triển hơn khi đến độ tuổi niên thiếu. Nó liên quan đến sự phân hủy dần dần collagen trong giác mạc. Khiến chi giác mạc yếu đi, mỏng hơn và mất hình dạng cũng như khả năng tập hợp ánh sáng. Tầm nhìn từ đó cũng ngày càng trở nên kém đi. Nguyên nhân của bệnh keratoconus vẫn chưa được biết rõ trong hầu hết các trường hợp và không có cách nào để ngăn chặn việc này.

Nếu không được phát hiện và điều trị sớm, bệnh sẽ tiến triển đến mức suy giảm thị lực trầm trọng và dẫn đến mù lòa. Khi này thì chỉ có ghép giác mạc mới có thể giúp phục hồi thị lực. Đây là một căn bệnh thông thường. Tuy nhiên, tỷ lệ lưu hành của nó thay đổi từ khoảng 0,1% với dân số Hoa Kỳ đến 2-3% với dân số ở Trung Đông, Châu Á và Úc. Điều này có nghĩa là ở một quốc gia như Ấn Độ hay Trung Quốc sẽ có hàng chục triệu người mắc bệnh. Thật không may là, bệnh này không được phát hiện hoặc điều trị sớm ở nhiều quốc gia dẫn đến mất thị lực nghiêm trọng và mù lòa.

Việc ghép giác mạc là cần thiết cho các giai đoạn tiến triển của bệnh Keratoconus. Khi mà giác mạc trở nên quá mỏng hoặc không đều để có thể thực hiện các biện pháp phòng ngừa. Điều này đòi hỏi phải loại bỏ toàn bộ độ dày của giác mạc và thay thế nó bằng giác mạc của người hiến tặng. Vì đây là ca cấy ghép mô chứa tế bào của người lạ, nên bệnh nhân phải dùng thuốc nhỏ mắt ức chế miễn dịch trong ít nhất một năm và quay lại phòng khám nhiều lần để điều chỉnh, thay thế và tháo chỉ khâu. Ngay cả khi đó, thị lực vẫn chưa tối ưu và cần có thêm các thủ tục điều chỉnh khúc xạ.

Trong trường hợp giác mạc vẫn trong suốt, phương pháp của chúng tôi sẽ giữ lại giác mạc của chính bệnh nhân, chỉ rạch một đường nhỏ bên trong giác mạc và đưa mô cấy công nghệ sinh học của chúng tôi vào. Bộ cấy không có tế bào nên không kích hoạt phản ứng miễn dịch, và chỉ cần dùng thuốc nhỏ mắt ức chế miễn dịch trong 8 tuần. Không cần phải khâu và thao tác này có thể được thực hiện chỉ trong một lần đến bệnh viện. Vết thương sẽ lành rất nhanh và thị lực gần như được cải thiện ngay lập tức. Chúng tôi đã chứng minh rằng quy trình này có khả năng mang lại thị lực 20/20 cho những bệnh nhân mù ban đầu mà không cần sử dụng mô của người hiến tặng. Đây cũng là một thủ thuật dễ thực hiện hơn so với cấy ghép tiêu chuẩn, điều mà chúng tôi hy vọng sẽ có thể được áp dụng ở các trung tâm ít chuyên môn hơn. 

Nhiều người cần cấy ghép giác mạc sống ở các nước đang phát triển. Đối với ông, việc cân nhắc tính kinh tế khi phát triển thiết bị cấy ghép này quan trọng như thế nào?

Tính kinh tế là vấn đề được cân nhắc kỹ lưỡng. Khi mà chúng tôi sử dụng collagen có nguồn gốc từ da lợn làm sản phẩm phụ của ngành công nghiệp thực phẩm. Điều này đảm bảo nguồn collagen rẻ, dồi dào và bền vững sẽ chuyển thành cấy ghép giác mạc với chi phí thấp. Từ đó có thể sản xuất hàng loạt và phân phối đến những nơi có gánh nặng về bệnh mù giác mạc cao nhất. Chúng tôi cũng đã cân nhắc tính kinh tế khi phát triển kỹ thuật cấy ghép. Kỹ thuật này đơn giản hơn các phương pháp cấy ghép hiện tại, không cần dùng nhiều loại thuốc hay phải đến bệnh viện theo dõi nhiều lần.

Các bệnh về mắt khác như đục thủy tinh thể có tỷ lệ mù lòa cao. Liệu các thiết bị cấy ghép tương tự có thể có khả năng được sử dụng để điều trị các bệnh về mắt khác không?

Công việc của chúng tôi là chứng minh tính khả thi của việc cấy vật liệu sinh học vào mắt và sự ổn định về lâu dài của nó để khôi phục chức năng bị mất. Mặc dù chúng tôi chưa thử nghiệm phương pháp này đối với các bệnh về mắt khác, nhưng nguyên tắc này hiện đã được chứng minh. Bệnh đục thủy tinh thể có thể được điều trị bằng cấy ghép nhân tạo hiện có. Thách thức của chúng tôi là làm sao để quy trình này này trở nên phổ biến toàn cầu với chi phí thấp. Tính sẵn có và chi phí là những yêu cầu chính giúp tôi phát triển mô giác mạc công nghệ sinh học và phương pháp cấy ghép mà hiện chúng tôi đang báo cáo.

Ông dự đoán vật liệu sinh học sẽ ảnh hưởng như thế nào đến chăm sóc sức khỏe và y học trong tương lai?

Vật liệu sinh học có khả năng khôi phục chức năng bị mất thông qua việc thay thế, tái tạo một phần hoặc toàn bộ các mô trong cơ thể. Chúng có thể được kết hợp với tế bào hoặc thuốc để đạt được hiệu quả điều trị tối đa. Bên cạnh việc cung cấp một lượng lớn các mô được xác định rõ ràng để cấy ghép mà không cần mô của người hiến tặng. Chúng tôi cũng dự đoán rằng vật liệu sinh học sẽ là một phần trong kho vũ khí điều trị bệnh trong tương lai. Khi mà nó được kết hợp với kiến thức, kỹ thuật và các dược chất y học phù hợp. Chúng tôi đang bước vào giai đoạn tăng tốc nghiên cứu, trong đó nhiều nhóm trên toàn thế giới đang tạo ra những bước đột phá trong việc sửa chữa mô và cơ quan với sự trợ giúp của vật liệu sinh học. Chúng tôi hy vọng rằng việc sử dụng vật liệu sinh học trong y học sẽ tiếp tục phát triển.

Dự định và hướng nghiên cứu tiếp theo của ông là gì?

Chúng tôi dự định tiến hành các thử nghiệm lâm sàng ngẫu nhiên với một số lượng bệnh nhân lớn hơn. Vì vậy, chúng tôi đang làm việc để đạt được một nguồn tài trợ cho việc này. Sau khi chúng tôi có thể chứng minh tác dụng này trong một thử nghiệm ngẫu nhiên, thì chúng tôi sẽ xin cấp phép tiếp thị sản phẩm cấy ghép công nghệ sinh học. Trong thời gian chờ đợi, chúng tôi đang thực hiện nghiên cứu cơ bản và lâm sàng để mở rộng ứng dụng của vật liệu này sang các bệnh về mắt khác.

Thông tin về Neil Lagali

Neil Lagali hiện là Giáo sư Nhãn khoa Thực nghiệm tại Đại học Linköping, tập trung vào giác mạc và các bệnh về bề mặt mắt. Lagali thực hiện khoa học cơ bản về nuôi cấy tế bào và sinh học phân tử, cũng như đánh giá các vật liệu sinh học mới, thiết bị y sinh và các chất thí nghiệm trong các mô hình bệnh về mắt hiện có hoặc sắp có. Phối hợp chặt chẽ với các bác sĩ nhãn khoa, nhóm của ông cũng thực hiện các nghiên cứu lâm sàng tập trung vào hình ảnh y sinh, cơ chế gây bệnh về mắt và phát triển liệu pháp phẫu thuật mới. Trình độ học vấn chính thức của ông là về kỹ thuật, vật lý, quang học và quang tử học. Sau đó, ông làm việc trong ngành viễn thông cáp quang ở Canada và Hoa Kỳ. Trong suốt 20 năm qua, ông đã làm việc trong lĩnh vực nghiên cứu y sinh và nhãn khoa nói riêng. Ông đã lãnh đạo các tập đoàn và các mạng lưới nghiên cứu lớn do EU tài trợ (www.arrestblindness.eu, www.aniridia-net.eu), nắm giữ nhiều bằng sáng chế và đã xuất bản hơn 100 bài báo trong lĩnh vực nghiên cứu giác mạc. Ông hiện là biên tập viên của các tạp chí Scientific Reports và The Ocular Surface. 

Thông tin về Mehrdad Rafat

Mehrdad Rafat hiện đang là Phó Giáo sư phụ trợ về Kỹ thuật mô thuộc Khoa Kỹ thuật Y sinh tại Đại học Linköping ở Thụy Điển. Đồng thời ông cũng là đồng sáng lập và Giám đốc điều hành của Linkocare Life Sciences AB, một công ty khởi nghiệp đã sản xuất giác mạc kỹ thuật sinh học, được sử dụng trong nghiên cứu gần đây. Và NaturaLens AB, một công ty khởi nghiệp mới được ủy quyền phát triển kính áp tròng tự nhiên để điều trị cận thị ở bệnh nhân khô mắt, phối hợp với Viện Đổi mới và Công nghệ Châu Âu (EIT-Health).

Ông là một doanh nhân giàu kinh nghiệm với tiểu sử làm việc trong lĩnh vực giáo dục đại học, cơ quan chính phủ và ngành công nghiệp ở Canada, Hoa Kỳ và Thụy Điển. Có kỹ năng về vật liệu sinh học, kỹ thuật mô và thiết bị y tế nhãn khoa với nền tảng giáo dục vững chắc với bằng Tiến sĩ về  lĩnh vực Kỹ thuật Hóa Sinh của Đại học Ottawa, Canada và học bổng sau tiến sĩ tại Bộ Y Tế Canada và Viện Nghiên cứu Y tế Ottawa. Ông đã thành lập các công ty con thành công về khoa học đời sống từ nghiên cứu học thuật của mình, bao gồm LinkoCare và NaturaLens AB.

Nguồn: https://www.news-medical.net/news/20220823/Cornea-implant-made-of-collagen-from-pige28099s-skin-restores-vision.aspx