Nội tạng in 3D mang hy vọng cấy ghép giá rẻ

In 3D khung cấu trúc động mạch vành. Ảnh: Carnegie Mellon University College of Engineering

Theo Live Science, trong tương lai, công nghệ này sẽ giúp tạo ra các bộ phận cấy ghép 3D mềm, đem lại cơ hội thay tạng cho người bệnh. Các mô sống sẽ phát triển ở đây để hình thành nên các cơ quan nội tạng khác nhau.

Máy in 3D đang được sử dụng để tạo ra nhiều loại sản phẩm khác nhau, từ các loại vật liệu như gốm sứ, nhựa, thủy tinh, kim loại, thậm chí cả tế bào sống. Nó hoạt động bằng cách chồng các lớp in 2D lên nhau để tạo thành vật thể 3D.

Tuy nhiên, các máy in 3D hiện tại mới chỉ in được các vật thể rắn. Trong lĩnh vực y tế, các thiết bị rắn trợ giúp cho bệnh nhân như máy trợ thính, các cấy ghép nha khoa, tay giả đều sử dụng công nghệ in 3D.

"Kim loại, gốm sứ và polymer cứng đã được in 3D từ rất lâu. Các vật liệu mềm cần phải có sự hỗ trợ đặc biệt trong quá trình in, vì vật thể có thể sụp đổ dưới sức nặng của chính nó", Adam Feinberg, kỹ sư y sinh thuộc Đại học Carnegie Mellon, tác giả chính của nghiên cứu chia sẻ.

Để giải quyết vấn đề này, quá trình sản xuất các bộ phận cấy ghép mềm cần có một quá trình gọi là "in sinh học". Các vật liệu mềm sẽ được in trong một bể chất lỏng hỗ trợ có chứa bột gelatin.

"Quá trình này sẽ giúp chúng tôi định vị chính xác các vật liệu mềm từng lớp khi in", Feinberg nói. "Về cơ bản, máy in 3D sẽ tạo ra một cái khung để các mô và cơ quan nội tạng phát triển".

Bằng cách này, nhóm nghiên cứu đã in thử nghiệm được các cấu trúc khung nguyên mẫu như xương đùi, động mạch vành người, phôi tim gà 5 ngày tuổi, các nếp gấp bên ngoài não người. Nguyên liệu in là các vật liệu sinh học như chất tạo keo (collagen) ở gân và dây chằng. Độ phân giải của các nguyên mẫu này là 200 micron, gấp đôi chiều rộng một sợi tóc người (100 micron).

"Chúng tôi sử dụng các vật liệu như chất tạo keo, tơ huyết (giúp tạo các cục máu đông cầm máu), alginate (có nhiều trong tảo biển), các loại vật liệu mà chính cơ thể con người cũng sử dụng, để làm nguyên liệu in", Feinberg cho biết.

"Chúng tôi có thể xây dựng các khung mô kỹ thuật sử dụng các vật liệu này trong các cấu trúc phức tạp phù hợp các mô và cơ quan trong cơ thể".

Chất lỏng hỗ trợ quá trình in dính trên sản phẩm có thể dễ dàng loại bỏ bằng cách nung nóng tới nhiệt độ cơ thể người. Nhiệt độ này không làm hư hỏng các phân tử sinh học hoặc các tế bào của sản phẩm, theo nhóm nghiên cứu. Tuy quá trình in hoàn thiện một cơ quan nội tạng còn cần nhiều thời gian, nhưng các nhà khoa học tin đã lên kế hoạch tích hợp các tế bào tim vào khung cấu trúc, để từ đó có thể phát triển thành cơ tim.

Phương pháp mới này có thể giúp chi phí in 3D sinh học từ 100.000 USD xuống còn 1.000 USD. Nó cũng sử dụng một phần mềm mã nguồn mở cho những người quan tâm có thể truy cập và cải tiến.

Nghiên cứu đã được đăng tải chi tiết trên tạp chí Science Advances hôm 23/10.

Nguyễn Thành Minh