Cách Nga in 3D nội tạng trực tiếp bên trong cơ thể bệnh nhân
© Ảnh : NUST MISIS
Đăng ký
Nga đã phê duyệt tiêu chuẩn quốc gia (GOST) đầu tiên về in sinh học – tạo ra các cấu trúc giống mô hoặc cơ quan cơ thể người bằng cách sử dụng máy in 3D chuyên dụng. Tình trạng hiện tại của công nghệ này tại Nga như thế nào? Những bộ phận cơ thể người nào đang được in 3D? Những chi tiết – trong tài liệu của Sputnik.
Chỉ có ở Nga
Ý tưởng về công nghệ in sinh học đã xuất hiện như một giải pháp cho tình trạng thiếu hụt trầm trọng các cơ quan, mô, tạng để cấy ghép: điều gì sẽ xảy ra nếu thay vì chờ đợi người hiến tặng, chúng ta có thể tự nuôi cấy "bộ phận" cần thiết và sau đó cấy ghép vào cơ thể? Một nhà khoa học người Nga đã trở thành người tiên phong trong lĩnh vực này. Trong một bài khoa học năm 2003, Vladimir Mironov và các đồng tác giả đã đưa thuật ngữ "in sinh học" vào giới khoa học. Hiện nay, ông Mironov là giáo sư tại Viện Kỹ thuật Y sinh thuộc Đại học Khoa học và Công nghệ Quốc gia NUST MISIS.
"Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Mô và Y học Tái tạo, thuộc Viện Kỹ thuật Y sinh, tập trung đặc biệt vào công nghệ in sinh học", - Tiến sĩ khoa học Fyodor Senatov, giám đốc Viện, nói với Sputnik. "Đây là một trong những đội ngũ mạnh nhất ở Nga, với danh tiếng toàn cầu".
Và đội ngũ này còn trẻ - bản thân giám đốc mới chỉ 38 tuổi. Theo ông, Nga nằm trong top 5 quốc gia hàng đầu trong lĩnh vực in sinh học. Một số điều là độc nhất vô nhị. Ví dụ, vào năm 2023, Bệnh viện Burdenko trở thành bệnh viện đầu tiên trên thế giới sử dụng máy in sinh học trực tiếp trên cơ thể người - một thủ thuật được thực hiện bởi các bác sĩ và nhà khoa học với sự hợp tác của công ty công nghệ sinh học 3D Bioprinting Solutions.
“Trong hầu hết các trường hợp, quy trình này tương tự như hoạt động của máy in 3D tiêu chuẩn: kết hợp tế bào sống, các vật liệu sinh học (bệ đỡ - scaffold) để tạo ra các cấu trúc mô hoặc cơ quan nhân tạo, sau đó được cấy ghép vào cơ thể người để thay thế hoặc sửa chữa các cơ quan bị hỏng. Nhưng cơ thể người không phẳng mà còn có khả năng vận động tự chủ –thở và cử động. Máy in 3D tiêu chuẩn không thể in trên cơ thể người. Cần phải có một máy in chuyên dụng: thứ nhất, có khả năng thích ứng với nhịp thở và các chuyển động nhỏ, và thứ hai, có thể in trên các bề mặt cong phức tạp. Đó là lý do tại sao chúng tôi sử dụng cánh tay robot. Ở đầu cánh tay robot là một máy in sinh học với hệ thống thị giác máy tính. Nó nhìn thấy những gì đang xảy ra trước mặt. Ví du, robot giao hàng của Yandex di chuyển trên vỉa hè, "nhìn" môi trường xung quanh bằng cảm biến thông minh và thích ứng với điều kiện đô thị phức tạp. Và robot in sinh học cũng nhìn thấy, ví dụ, một vết thương và các cạnh của nó, tạo ra mô hình 3D, và bắt đầu bịt kín và chữa lành vết thương bằng tế bào của chính bệnh nhân được lấy ngay tại bàn mổ”, - ông Senatov mô tả quy trình này.
Tiến sĩ khoa học Fyodor Senatov, giám đốc Viện Kỹ thuật Y sinh
© Ảnh : NUST MISIS
Nhà khoa học lưu ý, kể từ đó, chỉ có một vài ca phẫu thuật tương tự được thực hiện ở các quốc gia khác. Nhân tiện, cả máy in sinh học và robot được các chuyên gia Nga sử dụng đều là các sản phẩm với 90-95% linh kiện được sản xuất nội địa.
Các nhà khoa học đang làm việc
© Ảnh : NUST MISIS
Đầu tiên là dạng phẳng, sau đó là dạng ống
Công nghệ in sinh học chưa phải là công nghệ đại trà. Theo ông Senatov, sự phát triển của công nghệ này có thể được chia thành ba giai đoạn chính. Giai đoạn đầu tiên là in bất cứ thứ gì dạng phẳng: bao gồm các mảnh sụn (tai, mũi) và mô da. Các kỹ sư sinh học đã học được cách làm điều này rất tốt.
Giai đoạn thứ hai là in bất cứ thứ gì dạng ống. Điều này khó hơn, nhưng đã có những thành công: bệnh nhân bắt đầu được nhận các mảnh mạch máu. Và các bác sĩ tại Hàn Quốc đã đạt được bước tiến lớn khi cấy ghép thành công khí quản in 3D.
Giai đoạn thứ ba, cũng chính là mục đích ban đầu của toàn bộ quá trình, là in 3D sinh học các cơ quan phức tạp như gan, thận và tim. Và Nga tiếp tục khẳng định vị thế dẫn đầu trong lĩnh vực này. Năm 2015, công ty 3D Bioprinting Solutions đã tạo ra một tuyến giáp hoạt động hoàn chỉnh và thực sự sản sinh ra hormone. Tuy nhiên, không phải trên người mà là trên chuột thí nghiệm. Đáng tiếc là kể từ đó đến nay vẫn chưa có bước đột phá nào: việc in 3D các cơ quan vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm và việc ứng dụng lâm sàng còn rất xa vời.
“Tại sao mọi người lại in những vật phẳng trước, rồi đến những vật hình ống, sau đó mới đến những vật phức tạp? Nếu vật thể khá phẳng – ví dụ như da được in và ghép lên người, hoặc in trực tiếp lên người – thì cần phải đảm bảo tế bào "sống". Và để “sống”, chúng cần nhận được chất dinh dưỡng thông qua hệ tuần hoàn. Nếu vật thể mỏng, như da, thì mạch máu của chính bệnh nhân sẽ có thời gian để phát triển vào đó, và mô được in sẽ sống sót. Nhưng nếu đó là thứ gì đó lớn, như tuyến giáp lớn, thì nó sẽ không có đủ thời gian để phát triển mạch máu trước khi các tế bào chết. Do đó, trước tiên chúng ta cần học cách tạo ra mạng lưới mạch máu ổn định. Toàn thế giới hiện đang ở giai đoạn thứ hai. Khi vấn đề này được giải quyết, chúng ta sẽ chuyển sang giai đoạn thứ ba”, - ông Senatov giải thích.
Máy in sinh học
© Ảnh : NUST MISIS
Vẫn còn nhiều thách thức trên lĩnh vực này. Chúng đang được giải quyết bởi các kỹ sư, nhà hóa học, nhà khoa học vật liệu, nhà sinh vật học, bác sĩ và chuyên gia CNTT - một nhóm đa ngành rộng lớn. Và các luật sư cũng đang nỗ lực để đảm bảo một khuôn khổ pháp lý cho việc ứng dụng công nghệ đầy hứa hẹn này. Tiêu chuẩn quốc gia điều chỉnh công nghệ in sinh học là một bước tiến theo hướng này, theo các tác giả của văn kiện mới.
Mẫu mô sinh học tương đương được tạo ra trên máy in sinh học.
© Ảnh : NUST MISIS
Theo các nhà phát triển, văn kiện mới này sẽ giúp khắc phục những lo ngại thường nảy sinh liên quan đến sự xuất hiện của các đổi mới y tế.
