Vật liệu in 4D biến hình chữa trị nhiều bệnh nguy hiểm phức tạp

17:10 17/02/2017
Các nhà nghiên cứu cho hay, ba cậu bé bị bệnh về đường hô hấp có nguy cơ tử vong đã được cứu sống nhờ vật liệu sinh học 4D, một loại mô cấy trong y học có thể thay đổi hình dạng giúp trẻ thở dễ dàng hơn.


Triển vọng thực sự vô hạn

"Hiện chúng tôi đang tìm kiếm phương pháp chữa những căn bệnh khiến nhiều trẻ em thiệt mạng bằng công nghệ 4D" - Giáo sư Glenn Green, tại khoa Nhi tai mũi họng thuộc Trường Đại học Michigan, C.S. Mott Children's Hospital cho biết.

Các nhà nghiên cứu cho hay, trong tương lai, vật liệu sinh học 4D không chỉ giúp những bệnh nhân mắc bệnh về đường hô hấp mà còn có thể cứu chữa bệnh nhân mắc chứng rối loạn chức năng liên quan tới tim, xương, cơ hay ruột.

Trưởng nhóm nghiên cứu, Giáo sư  Robert Morrison, đồng thời là bác sĩ phẫu thuật thường trú tại Trường Đại học Michigan tiết lộ với Live Science rằng: "Triển vọng này thực sự vô hạn".

Các nhà nghiên cứu chế tạo ra thiết bị bằng công nghệ in 3D đã cứu sống bé Kaiba Gionfriddo. Bé bị mắc chứng bệnh hiếm gọi là suy sụn phế quản khiến cậu không thể thở.

Các nhà khoa học đã chế tạo ra mô cấy bằng công nghệ in 3D. Những chiếc máy in ba chiều có thể tạo ra những đồ vật bằng các loại vật liệu đa dạng khác nhau như: nhựa, gốm, thủy tinh, kim loại và thậm chí là những vật liệu khác thường như tế bào sống. Máy in hoạt động bằng cách làm lắng các lớp nguyên liệu, giống như một chiếc máy in bình thường đổ mực xuống, còn chiếc máy in 3D có thể đổ những lớp phẳng lên nhau tạo ra vật thể 3D.

Những tiến bộ vượt bậc của công nghệ in 3D kích hoạt việc sản xuất nhanh chóng các thiết bị y tế phù hợp với từng bệnh nhân như: tai nghe trợ thính, cấy mô răng và tay nhân tạo. Tuy nhiên các thiết bị được tạo thành từ những nguyên liệu cứng thường không thích hợp với những bệnh nhân nhỏ tuổi vì mô trong cơ thể chúng phát triển rất nhanh.

4D khắc phục nhược điểm

Gần đây, các nhà khoa học phát triển những công nghệ tiên tiến để kết hợp công nghệ in 4D, sản phẩm của công nghệ 4D tương tự với những sản phẩm của công nghệ 3D nhưng đồ vật được in từ công nghệ 4D có thể thay đổi được hình dạng. Giáo sư Green cùng đồng nghiệp cho biết những sản phẩm của công nghệ 4D có thể lớn lên cùng cơ thể của bệnh nhân ít tuổi nếu muốn.

Ông phát biểu trên Live Science: "Đây là mô cấy đặc biệt đầu tiên được chế tạo có thể thay đổi hình dạng qua thời gian".

Ba cậu bé đều đang trong tình trạng tính mạng bị đe dọa, mắc cùng một loại bệnh hiếm về đường hô hấp có tên khoa học là tracheobronchomalacia (bệnh hẹp đường thở) được cấy mô với thiết bị mới. Cứ 2.000 trẻ em thì có một bé bị mắc căn bệnh này. Căn bệnh khiến cho khí quản hẹp lại, bệnh nhân cảm thấy khó thở hoặc không thở được. Giáo sư Green cho biết, không có bất cứ phương pháp nào chữa khỏi được căn bệnh hiểm nghèo này, và khi cả ba cậu bé được cấy mô, cuộc sống của các bé đã hoàn toàn thay đổi.

Các nhà nghiên cứu đã dùng máy CT (chụp cắt lớp) để quan sát hệ hô hấp của trẻ nhằm chế tạo ra những thanh nẹp cấy vào đường hô hấp bằng công nghệ in 3D. Thanh nẹp điều chỉnh được độ dài, đường kính, độ dày và tất cả những yếu tố khác nhằm phù hợp với từng trẻ, giúp cải thiện hệ hô hấp cho chúng.

Đồng tác giả của nghiên cứu, kỹ sư y sinh Scott Hollister đang làm việc tại Đại học Michigan phát biểu với tờ Live Science: "Chúng ta có thể in hàng chục cũng như hàng trăm thanh nẹp có độ chính xác cao so với thiết kế cho dù hình dạng có phức tạp như thế nào đi nữa. Đây là yếu tố rất quan trọng để kiểm soát chất lượng và khuôn mẫu, bởi chúng ta có thể lấy bản sao giống hoàn toàn thiết kế để thử nghiệm trước khi cấy mô hình vào cơ thể" .

Khi những thanh nẹp này được cấy vào cơ thể trẻ, khâu xung quanh khí quản bằng tia laser, thiết bị này sẽ giúp các mô xung quanh tạo đường thông qua đường thở bị chặn. Thanh nẹp được tạo thành từ một loại bột được gọi là polycaprolactone, chất này hoàn toàn vô hại khi bị tan trong cơ thể qua thời gian.

Giáo sư Morrison cho hay: "Đây là lần đầu tiên công nghệ in 3D được sử dụng để tạo ra mô cấy y học nhằm chữa một căn bệnh nguy hiểm đe dọa tính mạng của nhiều người".

Những thanh nẹp cấy tại đường thở có cấu tạo rỗng, có lỗ nhỏ li ti, được chế tạo có thể lớn lên cùng cơ thể. Giáo sư Green cũng cho hay, phế quản của trẻ sơ sinh có các đường dẫn khí nối khí quản với phổi, có chiều rộng khoảng bằng một chiếc bút chì khi được cấy các thanh nẹp, tuy nhiên đường kính của nó sẽ tăng gấp đôi khi những thanh nẹp này tan vào cơ thể.

Các nhà nghiên cứu theo dõi sự phát triển của đường ống thở qua thời gian bằng máy quét CT và MRI. Họ nhận thấy, thanh nẹp được cấy vào ba bệnh nhân giúp cải thiện hô hấp và khi kích thước thanh nẹp lớn cùng cơ thể khiến đường thở mở rộng. Tất cả các thanh nẹp đều tan ra như mong đợi, không có thanh nẹp nào gây ra biến chứng đối với cơ thể bệnh nhân.

Phép màu của cuộc sống

Hiện ba cậu bé được ở nhà sống cùng gia đình, và đã không cần dùng tới thuốc giảm đau, an thần. Giáo sư Green cho hay: "Ba cậu bé đã không còn phải trải qua những kỳ nghỉ trong bệnh viện. Thay vì nằm thẳng một chỗ hàng tuần cho tới cuối đời, các em đang ngồi học, đứng và chạy".

Các bác sĩ đã nhận được sự cho phép khẩn cấp từ FDA (Cơ quan Kiểm nghiệm thực phẩm và dược phẩm Hoa Kỳ) để áp dụng phương pháp chữa bệnh mới này như một phương án cuối cùng cho bệnh nhân. Hiện tại, các nhà khoa học đang tiếp tục nghiên cứu một thí nghiệm lâm sàng đối với những bệnh nhân mắc bệnh tracheobronchomalacia mức độ nhẹ bằng vật liệu sinh học 4D.

Giáo sư Green tiết lộ: "Chúng tôi đang họp với FDA để lên kế hoạch tiếp nhận 30 trẻ em làm thí nghiệm lâm sàng. Những trẻ em này đều mắc bệnh tracheobronchomalacia nặng, nhưng chưa tới mức nguy hiểm đe dọa tới tính mạng ngay lập tức giống như ba bệnh nhân đầu tiên".

Văn Nguyễn - T.P. (theo Livescience)