Ý tưởng này là nền móng của công nghệ Bioprinting (công nghệ in sinh học - một nhánh của y học tái sinh hiện) đang được phát triển. Hiện tại công nghệ này chưa thể in các cơ quan phức tạp, nhưng các mô đơn giản hơn như mạch máu và ống dẫn chịu trách nhiệm trao đổi chất dinh dưỡng và chất thải đã nằm trong tầm tay.
Bioprinting tương tự in 3D (một kỹ thuật đặt các lớp vật liệu lên nhau để tạo ra một vật thể ba chiều), nhưng thay vì dùng nguyên liệu kim loại, nhựa,... Bioprinting sử dụng Bioink (mực in sinh học - một nguyên liệu in có chứa các tế bào sống), phần lớn Bioink là các phân tử Hydrogel. Trộn lẫn vào đó là hàng triệu tế bào sống cũng như các hóa chất khác nhau khuyến khích các tế bào giao tiếp và phát triển.
Một số Bioink bao gồm một loại tế bào, trong khi những loại khác kết hợp các loại khác nhau để tạo ra các cấu trúc phức tạp hơn. Ví dụ như bạn muốn in một mảnh sụn ở đầu gối giữ cho xương ống chân và xương đùi không bị mài vào nhau. Nó được tạo thành từ các tế bào gọi là Chondrocytes và bạn sẽ cần một nguồn nguyên liệu lành mạnh để tạo ra loại Bioink phù hợp. Những tế bào này có thể đến từ các tế bào được nuôi trong phòng thí nghiệm hoặc có thể lấy từ mô của chính bệnh nhân để tạo ra mô sụn ít có khả năng bị cơ thể đào thải.
Kỹ thuật in sinh học phổ biến nhất là Bioink được nạp vào buồng in và được đẩy qua một vòi tròn gắn vào đầu phun có đường kính nhỏ hơn 400 micron và có thể tạo ra một sợi liên tục. Một hình ảnh hoặc tập tin được vi tính hóa sẽ chỉ định vị trí của sợi. Những máy in này rất nhanh, tạo ra sụn trong khoảng nửa giờ. Sau khi in, một số Bioink sẽ cứng ngay lập tức, số khác cần ánh sáng tia cực tím hoặc một quá trình hóa học hoặc vật lý bổ sung 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 cách các tế bào thực hiện trong mô thực: truyền tín hiệu cho nhau, trao đổi chất dinh dưỡng và nhân lên. Hiện nay, chúng ta đã có thể in các cấu trúc tương đối đơn giản, ngoài ra các nhà nghiên cứu đã tạo ra mô phổi, da và sụn, 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.
Thách thức và tiềm năng của công nghệ in sinh học 3D
In sinh học với kỹ thuật hiện nay có thể phá hủy một tỷ lệ đáng kể các tế bào trong mực in nếu đầu phun quá nhỏ hoặc nếu áp suất in quá cao. Một trong những thách thức ghê gớm nhất là làm thế nào để cung cấp oxy và chất dinh dưỡng cho tất cả các tế bào trong một cơ quan có kích thước hoàn chỉnh. Đó là lý do tại sao chúng ta chỉ mới thành công với các cấu trúc phẳng hoặc rỗng và đang bận rộn phát triển cách để kết hợp các mạch máu vào mô được in.
Kỹ thuật in sinh học có tiềm năng vô cùng to lớn để nâng cao hiểu biết của chúng ta về cách thức các cơ quan hoạt động và mở ra cánh cửa mới cho y học. Liệu chúng ta có thể kéo dài cuộc sống của con người bằng cách in và thay thế các cơ quan bị hỏng?
Nguồn: TED-Ed
