Máy in 3D sinh học in da trực tiếp lên vết thương

Có lẽ nhiều người chúng ta còn nhớ bộ phim The fifth element của đạo diễn Luc Besson được công chiếu vào năm 1997? Trong phim này, đạo diễn kịch bản đã mô tả một cỗ “máy in” đặc biệt, chỉ cần đặt xương vào đó và máy sẽ “in” ra một cơ thể khỏe mạnh. Đây dĩ nhiên chỉ là chuyện giả tưởng.

Nhưng năm 2019, tức 22 năm sau, tình huống giả tưởng này gần như đã thành hiện thực, khi các nhà khoa học Mỹ đã tạo ra hệ thống in sinh học di động đầu tiên có thể in trực tiếp da lên trên vết thương.

Bằng cách kết hợp hệ thống hình ảnh với máy in sinh học 3D, các nhà nghiên cứu tại Wake Forest Institute của Mỹ đã có thể in lớp da trực tiếp lên từng vết thương trên heo và chuột.

Theo tác giả chính của công trình, Sean Murphy, khía cạnh độc đáo của công nghệ này là tính di động của hệ thống và khả năng quản lý các vết thương mở rộng tại chỗ bằng cách quét và đo chúng để gửi các tế bào trực tiếp vào nơi cần thiết để tạo da.

Hệ thống này kết hợp công nghệ in sinh học có khả năng lắng tụ nhanh chóng các vật liệu và tế bào với độ chính xác cao.

Theo số liệu khảo sát thống kê, có tới hơn 2 triệu người Pháp bị các vết thương mãn tính gây ảnh hưởng trên da, các vết thương này có thời gian phục hồi thường hơn 4 tuần, làm suy giảm chất lượng cuộc sống do đau đớn và hạn chế khả năng vận động. Chủ yếu là bị loét chân liên quan đến suy tĩnh mạch hoặc động mạch, tiểu đường và lở loét do nằm một chỗ vì bị liệt cơ thể kéo dài.

Hệ thống này kết hợp công nghệ in sinh học có khả năng lắng tụ nhanh chóng các vật liệu và tế bào với độ chính xác cao, và công nghệ hình ảnh quét lên vết thương để đo cấu trúc liên kết một cách cụ thể, cho phép phân phối chính xác các loại mô và tế bào thích hợp tới từng khu vực cụ thể của vết thương.

Đầu tiên, các nhà nghiên cứu thực hiện một sinh thiết nhỏ của vùng mô không bị tổn thương để phân lập các tế bào da chính, tức nguyên bào sợi tổng hợp collagen và tế bào keratinocytes hình thành lớp biểu bì. Trên nguyên tắc thì các mô sử dụng phải được lấy từ chính bệnh nhân.

Nhưng trong công trình này lại là các tế bào người đã được sử dụng cho heo và chuột. Công nghệ hình ảnh tích hợp sẽ phân tích vết thương và đưa dữ liệu vào thuật toán để báo cho các đầu in biết các tế bào nào sẽ được sử dụng để phân phối chính xác cho từng lớp.

Để xác định tính chính xác và phù hợp của công nghệ, các thử nghiệm đã được thực hiện và thành công trên chuột, vết thương nhanh chóng liền da so với những con chuột không được điều trị. Tuy nhiên, do có sự khác biệt đáng kể trong cơ chế phục hồi của da người nên sau đó các nhà nghiên cứu đã tiếp tục thử nghiệm trên loài heo với công nghệ hiệu quả hơn nữa là in phun tế bào da.

Kỹ thuật này bao gồm phun vào vết thương một hỗn hợp các tế bào da - keratinocytes và nguyên bào sợi - từ các chế phẩm sau khi cắt bao quy đầu cho trẻ sơ sinh. Kết quả thành công tới 70 % trên “bệnh nhân” so với 46 % theo phương pháp thông thường.

Các tác giả giải thích: “Sự khác biệt chính giữa hai kỹ thuật này nằm ở chỗ phương pháp ức chế sinh học cho phép cung cấp các tế bào biểu bì và da được phân phối theo từng lớp riêng biệt chớ không phải là một hỗn hợp vô tổ chức của hai loại tế bào”.

Phương pháp mới này đã đem lại kết quả là vết thương ổn định không co dãn và đóng lại nhanh chóng trong vòng 2 tuần, lớp biểu bì cũng hình thành trong 2 tuần, so với từ 4 - 6 tuần như trước. Vì vậy bước tiếp theo sẽ là tiến hành thử nghiệm lâm sàng ở người.

Hiện nay, việc ghép da vẫn còn là một thách thức, vì nguồn da khỏe mạnh thì không có sẵn, còn nguồn da hiến tặng thì lại có thể gây ra đào thải. Do vậy, với phương pháp mới này, việc ghép da sẽ không còn cần thiết nữa để khỏi gây đau đớn, biến dạng và hình thành sẹo.

Từ khóa liên quan:

máy in 3d sinh học

máy in da trực tiếp lên vết thương

Công nghệ hình ảnh tích hợp

ghép da

Wake Forest Institute

Sean Murphy