Hiện nay có hàng trăm nghìn người đang chờ được cấy ghép các nội tạng quan trọng như thận, tim và gan, để tiếp tục sự sống. Tuy nhiên, số nội tạng hiến tặng không đủ để đáp ứng nhu cầu đó. Vậy nếu chúng ta có thể tạo ra các cơ quan nội tạng nhân tạo mới thay vì chờ đợi người hiến tặng thì điều gì sẽ xảy ra? Liệu điều này có khả thi không?
Với tên gọi là công nghệ in sinh học, được phát triển dựa trên công nghệ in 3D và là một nhánh của y học tái tạo, đây là kỹ thuật để in chồng các lớp vật liệu lên nhau, mỗi lần một lớp, để tạo ra vật thể ba chiều. Thay vì sử dụng các vật liệu vô cơ như nhựa, kim loại, gốm trong in 3D, in sinh học sẽ sử dụng mực sinh học - một vật liệu in có chứa những tế bào sống. Phần lớn mực in sinh học là những phân tử giàu nước gọi là hydrogels và hàng triệu tế bào sống cũng như các hóa chất khác nhau hỗ trợ tế bào kết hợp và phát triển. Một số mực in sinh học chỉ chứa một loại tế bào, một số khác kết hợp nhiều tế bào khác nhau, tạo ra cấu trúc phức tạp hơn.
Ví dụ, bạn muốn in một mảnh sụn ở đầu gối để giữ cho xương ống chân và xương đùi không mài vào nhau. Sụn được tạo thành từ các tế bào gọi là chondrocytes và bạn sẽ cần một nguồn cung lớn các tế bào này cho mực in của mình. Các tế bào này được lấy từ mô người hiến tặng hoặc chính mô của bệnh nhân để giảm thiểu khả năng bị cơ thể đào thải, sau đó được nhân rộng trong phòng thí nghiệm.
Với tên gọi là công nghệ in sinh học, được phát triển dựa trên công nghệ in 3D và là một nhánh của y học tái tạo, đây là kỹ thuật để in chồng các lớp vật liệu lên nhau, mỗi lần một lớp, để tạo ra vật thể ba chiều. Thay vì sử dụng các vật liệu vô cơ như nhựa, kim loại, gốm trong in 3D, in sinh học sẽ sử dụng mực sinh học - một vật liệu in có chứa những tế bào sống. Phần lớn mực in sinh học là những phân tử giàu nước gọi là hydrogels và hàng triệu tế bào sống cũng như các hóa chất khác nhau hỗ trợ tế bào kết hợp và phát triển. Một số mực in sinh học chỉ chứa một loại tế bào, một số khác kết hợp nhiều tế bào khác nhau, tạo ra cấu trúc phức tạp hơn.
Ví dụ, bạn muốn in một mảnh sụn ở đầu gối để giữ cho xương ống chân và xương đùi không mài vào nhau. Sụn được tạo thành từ các tế bào gọi là chondrocytes và bạn sẽ cần một nguồn cung lớn các tế bào này cho mực in của mình. Các tế bào này được lấy từ mô người hiến tặng hoặc chính mô của bệnh nhân để giảm thiểu khả năng bị cơ thể đào thải, sau đó được nhân rộng trong phòng thí nghiệm.
Có nhiều kỹ thuật in và phổ biến nhất là in phun sinh học. Theo đó, mực in được nạp vào buồng in, khi in, mực in sẽ được đẩy qua một vòi tròn đường kính nhỏ hơn 0,4mm để tạo ra một sợi vật liệu có độ dày gần bằng móng tay con người. Một hình ảnh 3D mô phỏng trên máy tính sẽ hướng dẫn vị trí của các sợi.
Những máy in hoạt động rất nhanh, tạo ra mô sụn chỉ trong khoảng 30 phút. Sau khi in, một số mực in sinh học sẽ đông lại ngay lập tức. Một số khác cần tia UV, hợp chất hóa học hoặc tác động vật lý để ổn định cấu trúc. Nếu quá trình in thành công, các tế bào trong mô tổng hợp sẽ bắt đầu hoạt động giống như các tế bào trong mô thực như truyền tín hiệu, trao đổi chất dinh dưỡng và nhân đôi.
Nhiều thí nghiệm in sinh học và cấy ghép đã thành công trên chuột. Hiện nay, chúng ta chưa thể in các cơ quan phức tạp, nhưng các mô đơn giản bao gồm các mạch máu chịu trách nhiệm trao đổi chất và các mô sụn thì đã thành công. Các nhà nghiên cứu cũng đã tạo ra mô phổi, da, cũng như các phiên bản thu nhỏ, bán chức năng của thận, gan và tim.
Tuy nhiên, tái tạo môi trường sinh hóa phức tạp của một cơ quan chính là một thách thức lớn. In phun sinh học có thể phá hủy một tỷ lệ đáng kể các tế bào trong mực nếu đầu phun quá nhỏ hoặc nếu áp suất in quá cao. Một trong những thách thức lớn nhất là làm sao cung cấp oxy và dinh dưỡng cho tế bào ở cơ quan kích cỡ bình thường. Đó là lý do các nhà nghiên cứu đang tìm cách để kết hợp các mạch máu vào mô in.
Kỹ thuật in sinh học có tiềm năng rất lớn, không chỉ dừng lại ở việc kéo dài sự sống bằng in sinh học và thay thế nội tạng. Kỹ thuật này còn là nền tảng để phát triển công nghệ kết hợp giữa mô cơ và thiết bị điện tử hay các vật liệu khác, để tạo ra các cơ quan vượt xa khả năng của con người như da không bỏng chẳng hạn. Khi đấy, tiềm năng tiến hóa của con người là vô hạn.
Nguồn: TED-Ed
Quảng cáo
