Mô, tạng nhân tạo từ công nghệ in 3D

Hiện nay, các nhà khoa học đang cố gắng ứng dụng công nghệ in 3D vào lĩnh vực y học. Tại các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới, các kỹ sư sinh học đã bắt đầu in ra những mẫu đầu tiên của bộ phận người như van tim, tai, xương nhân tạo, khớp, mạch máu và da ghép.

Dean Kamen, hiện đang nắm giữ hơn 440 bằng sáng chế trong đó có cả các thiết bị y khoa và là người sáng lập của Công ty Nghiên cứu và phát triển DEKA, cho biết: "Nếu bạn chỉ có một chiếc compa và thước thẳng, bạn chỉ có thể vẽ hình hộp hoặc hình tròn. Nhưng khi bạn bắt đầu sở hữu một dụng cụ tốt hơn, tư duy của bạn sẽ thay đổi. Chúng tôi nay đã có thể ứng dụng ở một trình độ hoàn toàn mới so với trước đây".

Tương lai của công nghệ in 3D phụ thuộc vào những chiếc máy in tinh vi, sự phát triển của y học tái tạo và phần mềm máy tính. Để in được mô gan tại Organovo, kỹ sư phần mềm 25 tuổi, Vivian Gorgen chỉ cần chạy chương trình và sau đó mô gan có dạng tổ ong được hình thành. Tuy còn khá xa để có một nội tạng hoàn chỉnh nhưng đây là thành quả cho thấy triển vọng của nghiên cứu. Các kỹ sư ứng dụng máy in 3D vào lĩnh vực y học cũng đã in được mô ghép xương bằng gốm, chóp răng bằng sứ, máy trợ thính bằng acrylic và chi giả bằng polymer.

Kỹ sư Hod Lipson ở Đại học Cornell, là người đầu tiên tạo ra mô sụn. Lipson cùng đồng nghiệp đã quyết định in ra một sụn chêm - một mảnh sụn hình chữ C có chức năng đệm cho đầu gối và những vùng khớp khác trong cơ thể. Thế nhưng khi trông thấy chiếc sụn này các bác sĩ phẫu thuật đầu gối cho rằng nó quá yếu để có thể chịu được tác động hằng ngày của cơ thể.

Công ty của Organovo tại San Diego, Mỹ.

Một chiếc máy in có thể cung cấp đúng chất liệu nhưng đó mới chỉ là bước khởi đầu. Về cơ bản, các nhà khoa học  vẫn còn một khó khăn to lớn trước mắt, đó là những bộ phận cơ thể này cần phải sống được. Chúng cần phải có mạch máu để phân phối chất dinh dưỡng và oxy.

Chính vì thế, các nhà nghiên cứu ở Organovo đã tạo ra hệ thống mạch máu tương đối vững chắc bằng cách in chất làm đầy, chẳng hạn như hydrogel, vào giữa những ống tế bào mô. Sau đó, chất làm đầy này sẽ được tách ra và để lại những ống rỗng cho máu di chuyển. Tuy nhiên, cho đến nay những máy in sinh học 3D vẫn còn thiếu một phần mềm sinh học tinh vi.

Để đáp ứng nhu cầu, Autodesk - một công ty đa quốc gia của Mỹ chuyên sản xuất phần mềm thiết kế - đã hợp tác với Organovo nhắm đến mục tiêu phát triển phần mềm CAD sử dụng trong lĩnh vực sinh học.

Tháng 4/2014, nhóm nghiên cứu của Carlos Olguin - trưởng nhóm nghiên cứu vật liệu sinh học, vật liệu nano và vật liệu có thể lập trình của Autodesk - bắt đầu dự án Cyborg, một nền tảng web hướng đến việc mô phỏng những phân tử siêu nhỏ cho ngành tế bào học.

Sản phẩm mô gan đầu tiên của Công ty Organovo được dùng trong thử nghiệm thuốc. Theo Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ (FDA), ngành công nghiệp dược phẩm phải tốn hơn 39 triệu USD cho việc nghiên cứu và phát triển sản phẩm mỗi năm, và nguy cơ gây nhiễm độc gan chính là nguyên nhân phổ biến để một loại thuốc bị loại ngay từ những vòng thử nghiệm lâm sàng. Không có cách nào đủ độ tin cậy để biết được ảnh hưởng của thuốc đối với gan sau khi được nuốt vào bụng, thậm chí cả khi đã thử nghiệm trên động vật.

Năm 2015, Organovo sẽ cho ra những bộ thử nghiệm gan - một đĩa petri chứa tế bào gan có cấu trúc 3D dày từ 200 đến 500 micrometer (dày gấp 2 - 5 lần sợi tóc). Đây là một thị trường đầy tiềm năng. Tất cả các loại thuốc dùng bằng cách uống qua đường miệng đều phải qua bước thử nghiệm độc tố đối với gan. Với phương pháp này, các nhà nghiên cứu sẽ thu được kết quả nhanh chóng, chuẩn xác hơn và hạn chế việc thử nghiệm trên động vật.

Công nghệ in sinh học này cũng chứng minh được những lợi ích vô giá đối với sinh viên trường y. Tại Mỹ, 118,000, người đang có tên trong danh sách chờ người hiến tạng quốc gia và cứ mỗi tháng danh sách này lại tăng thêm 300 người. Đây không chỉ đơn thuần là sự đòi hỏi cấp bách để ghép tạng mà còn vì xác suất tìm ra được một cơ quan phù hợp là rất thấp. Với công nghệ in sinh học 3D, một ngày nào đó các bác sĩ sẽ có thể in bằng tế bào trưởng thành của chính bệnh nhân để có được một cơ quan tương thích hoàn hảo như ý muốn