Có thể tạo lớp da gồm cả mạch máu bằng máy in sinh học 3D

Các nhà nghiên cứu tại Học viện Bách khoa Rensselaer đã phát triển một phương pháp để tạo ra lớp da sống hoàn chỉnh với các mạch máu bằng phương thức in 3D.

Phương pháp tiến bộ này đã được công bố ngày 1/11 trên tạp chí Tissue Engineering Part A, là một bước quan trọng trong việc tạo ra các mảnh ghép giống như làn da mà cơ thể chúng ta tạo ra một cách tự nhiên.

Theo ông Pankaj Karande, Phó giáo sư kỹ thuật sinh học và hóa học, thành viên của Trung tâm nghiên cứu công nghệ sinh học và liên ngành (CBIS) và là người đứng đầu nghiên cứu này ở Rensselaer, cho biết: "Hiện tại, chúng ta đã có những sản phẩm lâm sàng giống như một miếng băng dán y tế quen dùng. Nó cung cấp một số phương pháp chữa lành vết thương cấp tốc, nhưng cuối cùng nó cũng rơi ra, không bao giờ thực sự tích hợp với các tế bào chủ".

Thực sự có một sự chuyển giao máu và chất dinh dưỡng đến mảnh ghép và đang giữ cho mảnh ghép còn sống.

Theo ông, một cản trở đáng kể cho sự tích hợp đó là sự vắng mặt của một hệ thống mạch máu hoạt động trong các mảnh ghép da.

Phó giáo sư Karande đã thực hiện thử thách này trong nhiều năm. Trước đó, những bài báo đầu tiên cho thấy các nhà nghiên cứu có thể lấy hai loại tế bào người sống, biến chúng thành "mực sinh học" rồi in chúng thành một cấu trúc giống như da. Kể từ đó, ông và nhóm của mình đã làm việc với các nhà nghiên cứu từ Trường Y tế Yale để kết hợp da với mạch máu.

Trong bài báo này, các nhà nghiên cứu cho thấy rằng nếu họ thêm các yếu tố chính, bao gồm các tế bào nội mô con người (nằm bên trong các mạch máu) và các tế bào pericyte của con người (bao bọc các tế bào nội mô), với collagen động vật và các tế bào cấu trúc khác thường được tìm thấy trong một mảnh ghép da, các tế bào bắt đầu giao tiếp và hình thành cấu trúc mạch máu có liên quan về mặt sinh học trong khoảng vài tuần.

"Là các kỹ sư làm việc để tái tạo sinh học, chúng tôi luôn đánh giá cao và nhận thức được thực tế rằng sinh học phức tạp hơn nhiều so với các hệ thống đơn giản chúng tôi tạo ra trong phòng thí nghiệm", ông Karande nói. "Chúng tôi rất ngạc nhiên khi thấy rằng, một khi chúng tôi bắt đầu tiếp cận sự phức tạp đó, sinh vật học tiếp diễn và bắt đầu ngày càng gần hơn với những gì tồn tại trong tự nhiên".

Khi nhóm Trường Y tế Yale ghép nó lên một loại chuột đặc biệt, các mạch từ da được in bởi nhóm Học viện Rensselaer bắt đầu giao tiếp và kết nối với các mạch máu của chuột.

Điều đó cực kỳ quan trọng, bởi vì chúng tôi biết rằng thực sự có một sự chuyển giao máu và chất dinh dưỡng đến mảnh ghép và đang giữ cho mảnh ghép còn sống, theo ông Karande nói.

Để phương pháp này có thể sử dụng được ở cấp độ lâm sàng, các nhà nghiên cứu cần có khả năng chỉnh sửa các tế bào của người hiến bằng cách sử dụng công nghệ CRISPR để các mạch có thể tích hợp và được cơ thể bệnh nhân chấp nhận.

“Chúng tôi vẫn chưa ở bước đó, nhưng chúng tôi đang tiến một bước gần hơn”, ông Karande nói.

Deepak Vashishth, giám đốc CBIS cho biết: "Sự phát triển quan trọng này làm nổi bật tiềm năng to lớn của công nghệ in sinh học 3D trong y học, nơi các giải pháp có thể được điều chỉnh cho các tình huống cụ thể và cuối cùng cho từng cá nhân. Đây là một ví dụ hoàn hảo về cách các kỹ sư tại Rensselaer đang giải quyết các thách thức liên quan đến sức khỏe con người".

Phó giáo sư Karande cho biết sẽ cần phải làm nhiều việc hơn để giải quyết các thách thức liên quan đến bệnh nhân bỏng, bao gồm mất mát các đầu dây thần kinh và mạch máu. Nhưng các mảnh ghép mà nhóm của ông đã tạo ra đưa các nhà nghiên cứu đến gần hơn để giúp những người có vấn đề riêng biệt hơn, như bị loét do bệnh tiểu đường hoặc lở loét do nằm quá lâu trên giường bệnh.

Theo ông Karande, đối với những bệnh nhân này, phương pháp này sẽ rất hoàn hảo, vì các vết loét thường xuất hiện ở những vị trí khác nhau trên cơ thể và có thể được giải quyết với những mảnh da nhỏ hơn. Chữa lành vết thương thường mất nhiều thời gian hơn ở bệnh nhân tiểu đường và điều này cũng có thể giúp đẩy nhanh quá trình đó.

• Da nhân tạo được sản xuất theo quy trình hoàn toàn tự động
• Da nhân tạo từ vi tảo, cung cấp oxi giúp vết thương mau lành

Từ khóa liên quan:

máy in sinh học 3D

da nhân tạo

da in sinh học 3d

tái tạo sinh học

da và mạch máu 3d

Học viện Bách khoa Rensselaer

Pankaj Karande