In sinh học: Ứng dụng in 3D trong y khoa

Dân trí In sinh học, bioprinting, là một ứng dụng tuyệt vời và nhiều hứa hẹn của in 3D trong y khoa. Với máy in 3D, các chuyên gia y tế có thể in ra thuốc, xương, răng, mô tế bào, cơ quan sống…. dùng trong nghiên cứu, giảng dạy và điều trị.

Tổng quan về in 3D và in sinh học

Một vật thể qua chụp cắt lớp vi tính, CT scan, sẽ cho ra vô số lát cắt (mặt phẳng), và nếu chồng chúng lên nhau sẽ cho đúng hình thể ban đầu.

Máy in 3D sẽ in tuần tự nhiều lát cắt chồng liên tiếp lên nhau, từng lớp từng lớp, cho đến khi hoàn thành toàn dạng hình của vật thể. Mực in dùng ở đây chính là vật liệu muốn tạo lập trên vật thể ba chiều, như nhựa, giấy, bột, da, cơ, polymer, kim loại …

   In sinh học: Ứng dụng in 3D trong y khoa  - 1

 

Hiện nay, công nghiệp in 3D đang ngày càng phát triển. Con người đã sáng chế nhiều loại máy in 3D với nhiều loại mực, để in ra rất nhiều vật dụng khác nhau, từ cốc, chén bộ bàn ghế..trong gia đình cho đến các phương tiện di chuyển như ô tô, máy bay…

Tuy có nhiều chủng loại, kích cở, và nhiều loại “mực” khác nhau, nhưng tất cả máy in 3D đều vận hành theo ba bước:

* Bước 1: Hình ảnh sản phẩm được thiết kế trên máy tính thông qua phần mềm hổ trợ thiết kế (computer aided design software, CAD). Phần mềm CAD này hoạt động như một máy chụp cắt lớp sẽ phân tích vật cần in ra nhiều lát cắt;

* Bước 2: Các dữ liệu, những lát cắt, này sẽ được truyền tới máy in 3D; và

* Bước 3: Một motor sẽ kéo và mực chảy qua vòi phun. Vòi phun sẽ in chồng nhiều lớp vật liệu lên nhau nhờ vào các bộ phận di chuyển theo các trục độc lập, tạo ra sản phẩm ba chiều cần in hoàn chỉnh.

   In sinh học: Ứng dụng in 3D trong y khoa  - 2

In sinh học, bioprinting, là một ứng dụng tuyệt vời và hứa hẹn nhất của in 3D trong y khoa. Với các máy in sinh học 3D này, các chuyên gia y tế có thể in ra thuốc men, xương, răng, mô tế bào, cơ quan…. dùng trong nghiên cứu, giảng dạy và điều trị thực tế lâm sàng.

Những ứng dụng của in sinh học 3D trong y khoa

* Công nghiệp dược phẩm

Thông thường, một loại thuốc trước khi được cho phép, chấp nhận cho đưa ra thị trường cần trải qua nhiều công đoạn phức tạp, mất nhiều thời gian đặc biệt là khâu thử nghiệm trên động vật và trên con người.

Nhờ máy in 3D sinh học, các nhà nghiên cứu có thể in ra các mô hình ba chiều “bắt chước” đúng kiến ​​trúc sinh học của các mô cơ thể, để đánh giá tương quan giữa thí nghiệm và thực tế (in vitro-in vivo) và thay thế việc thử nghiệm tiền lâm sàng trên động vật.

Cũng nhờ các máy in sinh học 3D, hãng dược phẩm có thể cho nhiều loại mực in (bioink) khác nhau để in ra nhiều loại biệt dược khác nhau theo yêu cầu.

   In sinh học: Ứng dụng in 3D trong y khoa  - 3

* Mô hình sinh học

Máy in sinh học 3D, các nhà khoa học có thể tạo các mô hình, mẫu cấu trúc dựa vào hình ảnh từ CT scan và MRI dùng trong giảng dạy, giúp các bác sĩ chọn ra được phương pháp tối ưu cho các ca phẫu thuật, giảm đáng kể thời gian và các tai biến phẫu thuật.

   In sinh học: Ứng dụng in 3D trong y khoa  - 4

Vớimáy in sinh học 3D, các nhà nghiên cứu nhà nghiên cứu Trung Quốc và Hoa Kỳ đã in các mô hình khối u ung thư giúp con người hiểu rõ hơn về cách các khối u phát triển, di căn cũng như phát triển các loại thuốc chống ung thư mới.

* Bộ phận giả (prosthetic parts)

Việc tạo bộ phận giả theo cách truyền thống thường rất tốn thời gian, công sức và tài chánh.

   In sinh học: Ứng dụng in 3D trong y khoa  - 5

 

Các nhà nghiên cứu ở Đại học Toronto, Autodesk Research và CBM Canada, đã sử dụng máy in 3D để sản xuất (in) các bộ phận giả nhanh chóng, giá thành rẻ và dễ dàng điều chỉnh cho các bệnh nhân ở các nước đang phát triển.

Hiện nay, nhiều phòng thí nghiệm đã dùng máy in 3D để in tay chân giả cho các nước nghèo.

* Xương

Năm 2011, Giáo sư Susmita Bose, Đại học Washington, dùng máy in 3D ProMET với mực in là các hóa chất pha trộn bột gốm in ra được các cấu trúc xương..

Với những bệnh nhi đang lớn các nhà khoa học đã in xương đàn hồi để có kết quả ghép tốt hơn. Các kỹ sư công nghệ Đại học Tây Bắc, Chicago, đã in 3D xương hyperelastic nhân tạo. Vật liệu in xương chủ yếu là hydroxyapatite, khoáng chất như xương người, với một ít polymer phân hủy sinh học giúp xương tái tạo và phát triển nhanh chóng trong cơ thể. Xương hyperelastic có thể điều chỉnh đa hình dạng theo yêu cầu và đã được cấy ghép thành công trên nhiều mô hình động vật.

   In sinh học: Ứng dụng in 3D trong y khoa  - 6

Các phẫu thuật viên cũng dễ dàng in sọ plastic để ghép cho bệnh nhân bị tai nạn

 

* Tai phỏng sinh học (bionic ear)

Các nhà khoa học tại Đại học Princeton, đã in 3D một "tai bionic" kết hợp ăng ten cuộn dây nhỏ với sụn, giúp tai có thể "nghe" được tần số vô tuyến vượt xa khả năng của con người bình thường.

   In sinh học: Ứng dụng in 3D trong y khoa  - 7

Mực in gồm một mạng (matrix) gồm hydrogel, tế bào bê với các hạt nano bạc tạo thành ăng ten. Các tế bào bắp chân bê sau đó phát triển thành sụn. Tín hiệu điện từ tai sinh học được kết nối với đầu dây thần kinh của bệnh nhân, tương tự cấy ốc tai điện tử.

Tai bionic được sử dụng để giúp khôi phục hoặc tăng cường khả năng nghe của con người.

* Áo cảm biến cho tim (tailor-made sensors)

Các nhà nghiên cứu Đại học Washington quét trái tim động vật để tạo ra các mô hình in 3D ra các thiết bị điện tử có thể co giãn được. Thiết bị được in bằng silicon này có thể bóc ra khỏi mô hình in và “mặc” vừa vặn quanh trái tim con người.

 

   In sinh học: Ứng dụng in 3D trong y khoa  - 8

Các cảm biến này có thể đo hàm lượng oxy, độ căng của tim, nhiệt độ cơ thể, độ axit máu, giúp bác sĩ điều trị theo dõi được các chức năng sinh tồn, các tắc nghẽn động mạch.v.v…

* Van tim

Jonathan Butcher, Đại học Cornell đã in một van tim thử nghiệm trên cừu. Mực in là một tổ hợp alginate, tế bào cơ trơn và tế bào kẽ van.

   In sinh học: Ứng dụng in 3D trong y khoa  - 9

* Răng kháng khuẩn (antibacterial tooth)

Các nhà nghiên cứu Đại học Groningen, Hà Lan, phát triển răng in 3D kháng khuẩn. Vật liệu in răng vẫn là nhựa răng nhân tạo thông thường được kết hợp với các ion amoni bậc bốn tích điện dương. Khi vật liệu này gặp màng vi khuẩn tích điện âm, nó sẽ giết chết vi khuẩn.

   In sinh học: Ứng dụng in 3D trong y khoa  - 10
* Da tổng hợp (synthetic skin)

Theo cách điều trị truyền thống, các vết bỏng thường được che phủ bằng các mảng da khỏe mạnh từ bộ phận khác của cơ thể. Nhưng với các vết bỏng rộng, nặng thường không có đủ da khỏe mạnh để sử dụng.

   In sinh học: Ứng dụng in 3D trong y khoa  - 11

Bắt đầu 2016, Viện Y học tái sinh Wake Forest (WFIRM), do Tiến sĩ Anthony Atala dẫn dắt, nghiên cứu cấy ghép thành công mô in 3D trên động vật. Sau đó, phát triển thành công phương pháp in 3D ra da chức năng, dùng để điều trị bỏng và thương tổn da trên người. Ở WFIRM, khoa học gia sử dụng hệ thống In mô và nội tạng tích hợp (Integrated Tissue and Organ Printing System, ITOP) in trực tiếp tế bào da của chính bệnh nhân lên vết thương. Vì “mực” in là da bệnh nhân nên không bao giờ có hiện tượng thải mảnh ghép.

Năm 2018, các nhà nghiên cứu Đại học Toronto, Canada, đã phát triển một máy in da 3D cầm tay, có thể in mô da tươi, protein sinh học gồm collagen và fibrin, có thể che phủ và làm đầy vết thương trong vòng hai phút.

 

* Thiết bị y khoa

Hiện nay, in 3D đang được áp dụng ở các khu vực nghèo đói trên thế giới. Nhờ đó, có thể cung cấp những mặt hàng khó sản xuất, hoặc đắt tiền bằng các phương tiện truyền thống.

   In sinh học: Ứng dụng in 3D trong y khoa  - 12

 

Thay lời kết

Máy in 3D cho phép con người thực hiện những công việc kinh ngạc, đặc biệt với in sinh học bioprinting.

Với “mực in tế bào” (cellular ink), con người có thể in sinh học ra những cơ quan, sinh vật sống, sử dụng cho nhiều mục đích như để cấy ghép mô, da, thử nghiệm thuốc.. đem lại lợi ích cho con người trong tương lai.

TS.BS Trần Bá Thoại

Uỷ viên BCH Hội Nội tiết Việt Nam

MỚI NHẤT
Xét nghiệm ELISA trong chẩn đoán y khoa
Xét nghiệm ELISA trong chẩn đoán y khoa

(Dân trí) - Sau thông tin trường mầm non Thanh Khương, Bắc Ninh cho học sinh ăn thịt lợn “gạo”, nhiều phụ huynh ở đây ồ ạt đưa con em về Hà Nội xét nghiệm ELISA bệnh sán dây lợn. Họ càng hoang mang hơn khi có cả trăm cháu có kết quả dương tính.

Thứ bảy, 30/03/2019 - 05:10

Bộ não của con trai và con gái khác nhau từ khi còn trong bụng mẹ
Bộ não của con trai và con gái khác nhau từ khi còn trong bụng mẹ

(Dân trí) - Một nghiên cứu mới gần đây đã xác nhận rằng sự khác biệt về giới tính liên quan đến bộ não khác nhau ngay từ trong bụng mẹ.

Thứ sáu, 29/03/2019 - 01:23

Phát hiện ngôi làng cổ ở Jerusalem
Phát hiện ngôi làng cổ ở Jerusalem

(Dân trí) - Các nhà khảo cổ học đã phát hiện di tích một ngôi làng nông nghiệp cổ ở phía đông Jerusalem, gồm một khu chôn cất xa xỉ, máy ép ô liu và các bồn tắm nghi lễ.

Thứ sáu, 29/03/2019 - 01:06

Rùng mình với ấu trùng sán chi chít trong não do ăn thịt lợn chưa nấu chín
Rùng mình với ấu trùng sán chi chít trong não do ăn thịt lợn chưa nấu chín

(Dân trí) - Một nam thanh niên 18 tuổi sống ở Ấn Độ đã tử vong do nhiễm ấu trùng sán trong não sau khi ăn thịt lợn chưa nấu chín.

Thứ sáu, 29/03/2019 - 12:49

Nhật Bản phát triển “phi hành gia” robot khám phá Mặt trăng
Nhật Bản phát triển “phi hành gia” robot khám phá Mặt trăng

(Dân trí) - Với ý tưởng cắt giảm chi phí, các nhà khoa học của Nhật Bản cho rằng việc gửi robot lên vũ trụ sẽ chỉ tốn 1/10 so với chi phí sử dụng phi hành gia là con người.

Thứ sáu, 29/03/2019 - 11:16

Động vật được biết đến sớm nhất trên Trái Đất có thể đã rất phát triển
Động vật được biết đến sớm nhất trên Trái Đất có thể đã rất phát triển

(Dân trí) - Thời đại Ediacaran, khoảng 571-541 triệu năm trước, đã chứng kiến ​​sự xuất hiện của những động vật đầu tiên trong hồ sơ hóa thạch trên Trái Đất, bao gồm Dickinsonia.

Thứ sáu, 29/03/2019 - 10:14

Phát hiện hang động muối dài nhất thế giới tại Israel
Phát hiện hang động muối dài nhất thế giới tại Israel

Ngày 28/3/2019, các nhà thám hiểm Israel tuyên bố đã phát hiện được hang động muối gần Biển Chết dài nhất thế giới (gần 10km), đánh bại kỷ lục hiện nay mà Iran đang nắm giữ.

Thứ sáu, 29/03/2019 - 06:38

Ô nhiễm không khí có liên quan dến chứng loạn thần ở người trẻ
Ô nhiễm không khí có liên quan dến chứng loạn thần ở người trẻ

(Dân trí) - Trẻ em sống ở thành phố - khu vực thường có chất lượng không khí thấp - sẽ có nguy cơ mắc phải chứng rối loạn tinh thần cao hơn hẳn những nơi khác! Kết quả này vừa được công bởi nhóm các nhà nghiên cứu đến từ Vương quốc Anh!

Thứ sáu, 29/03/2019 - 06:27

Cá voi ngày nay di cư với cùng lộ trình của tổ tiên chúng sống cách đây 270.000 năm!
Cá voi ngày nay di cư với cùng lộ trình của tổ tiên chúng sống cách đây 270.000 năm!

(Dân trí) - Loài cá voi hiện tại vẫn đang di cư với tuyến đường giống như tổ tiên của chúng sống cách đây 270.000 năm. Phát hiện này có được là nhờ vào việc nghiên cứu hóa thạch của những con Hà – GPS của thời tiền sử!

Thứ sáu, 29/03/2019 - 06:03

Bạn sẽ không ngờ thế giới thú vị đến vậy trước khi xem những bức hình này!
Bạn sẽ không ngờ thế giới thú vị đến vậy trước khi xem những bức hình này!

(Dân trí) - Thế giới chúng ta đang sống ẩn chứa hàng loạt những điều thú vị, ngay cả trong những thứ nghe quá đỗi quen thuộc như: sách dạy học, tủ lạnh hay cách đào đất, vận tải đường biển…

Thứ sáu, 29/03/2019 - 05:23

NASA trả số tiền lớn để tình nguyện viên chỉ cần… nằm
NASA trả số tiền lớn để tình nguyện viên chỉ cần… nằm

(Dân trí) - Công việc có thể kì lạ nhưng đó hoàn toàn là sự thật đang được NASA và ESA “tuyển” người.

Thứ năm, 28/03/2019 - 05:53

Đột phá trong nhân bản voi ma mút
Đột phá trong nhân bản voi ma mút

(Dân trí) - (Dân trí)-Các nhà khoa học đến từ Nga và Nhật Bản đã nghiên cứu hơn 20 năm trước khi công bố điều được miêu tả là một tiến triển lớn, trong đó các tế bào được tách từ một con voi ma mút lông tìm thấy tại tầng đất đóng băng vĩnh cửu ở Siberia được cấy vào một phôi thai chuột, và sau đó đã cho thấy hoạt tính sinh học.

Thứ năm, 28/03/2019 - 05:48

ĐÁNG QUAN TÂM
Trứng ngàn năm tuổi bất ngờ tìm thấy trong chiếc vại ở ngôi mộ cổ
Trứng ngàn năm tuổi bất ngờ tìm thấy trong chiếc vại ở ngôi mộ cổ

Một đội các nhà khảo cổ Trung Quốc đã khai quật một chiếc vại lớn chứa những quả trứng mà họ tin rằng nó đã được chôn trong ngôi mộ từ 2.500 năm trước.

Thứ năm, 28/03/2019 - 07:53

Các vi khuẩn cổ đại đã ăn các xác chết của nhau để sống sót dưới Biển Chết
Các vi khuẩn cổ đại đã ăn các xác chết của nhau để sống sót dưới Biển Chết

(Dân trí) - Là hồ nước mặn lớn nhất trên Trái Đất, dưới lòng Biển Chết tồn tại các vi sinh vật đơn bào đã có những cuộc đấu tranh sinh tồn khốc liệt.

Thứ năm, 28/03/2019 - 06:31

Vì sao các giọt nước lại hợp nhất khi ở gần nhau?
Vì sao các giọt nước lại hợp nhất khi ở gần nhau?

(Dân trí) - Một nhóm các nhà vật lý và toán học người Anh đã sử dụng một siêu máy tính để khám phá ra sự thật ẩn giấu về cách các giọt nước hợp nhất và dính lại với nhau.

Thứ năm, 28/03/2019 - 06:04

Sông băng ở Greenland dày lên sau nhiều năm tan chảy chưa phải là tin tốt
Sông băng ở Greenland dày lên sau nhiều năm tan chảy chưa phải là tin tốt

(Dân trí) - NASA vừa tiết lộ sông băng Jakobshavn của đảo quốc Greenland đang tăng kích thước trở lại, nhưng các nhà khoa học đánh giá đây thực sự là tin xấu tiên lượng lâu dài cho hành tinh.

Thứ năm, 28/03/2019 - 05:43

Vi khuẩn có thể di chuyển hàng nghìn km trên toàn cầu
Vi khuẩn có thể di chuyển hàng nghìn km trên toàn cầu

(Dân trí) - “Phương tiện” của vi khuẩn được cho là một “cầu không khí” vô hình.

Thứ năm, 28/03/2019 - 05:21

Anh: Bị cắt bao quy đầu khi đi khám… bàng quang
Anh: Bị cắt bao quy đầu khi đi khám… bàng quang

(Dân trí) - Sự việc hi hữu mới xảy ra khiến dư luận tại nước Anh xôn xao. Theo đó, một người đàn ông đã đến bệnh viện để kiểm tra bàng quang cuối cùng đã bị cắt bao quy đầu do… nhầm lẫn.

Thứ tư, 27/03/2019 - 03:06

Con người liên tục sản sinh tế bào não suốt cuộc đời
Con người liên tục sản sinh tế bào não suốt cuộc đời

(Dân trí) - Lần đầu tiên các nhà khoa học đã chứng minh rằng con người tiếp tục tạo ra các tế bào não mới suốt cuộc đời.

Thứ tư, 27/03/2019 - 02:06

Phụ nữ sắp có thể tránh thai nhờ… đeo đồ trang sức
Phụ nữ sắp có thể tránh thai nhờ… đeo đồ trang sức

(Dân trí) - Các nhà khoa học tại Mỹ vừa phát triển một kỹ thuật mới giúp phụ nữ tránh thai thông qua đồ trang sức, bao gồm bông tai, nhẫn hoặc dây chuyền.

Thứ tư, 27/03/2019 - 06:36

NASA hủy bỏ kế hoạch để 2 phi hành gia nữ “đi bộ” ngoài không gian vì… thiếu đồ
NASA hủy bỏ kế hoạch để 2 phi hành gia nữ “đi bộ” ngoài không gian vì… thiếu đồ

(Dân trí) - Các phi hành gia Anne McClain và Christina Koch trước đó nhận nhiệm vụ sẽ rời trạm vũ trụ quốc tế ISS để thay một số pin niken-hydride bằng các phiên bản lithium-ion tiên tiến hơn trên một trong các mảng năng lượng Mặt Trời của trạm.

Thứ tư, 27/03/2019 - 06:31

Hack DNA có thể giúp con người “bất tử”
Hack DNA có thể giúp con người “bất tử”

(Dân trí) - Đó là tuyên bố của một chuyên gia chống lão hoá đến từ Mỹ đang gây nhiều tranh cãi trong cộng đồng nghiên cứu trên thế giới.

Thứ tư, 27/03/2019 - 06:27

Nga chế tạo robot “thợ lặn” hoạt động dưới nước
Nga chế tạo robot “thợ lặn” hoạt động dưới nước

(Dân trí) - Các kỹ sư người Nga từ Đại Học Quốc Gia Sevastopol (SevSU) đã nói về việc chế tạo robot Android nhằm mục đích nghiên cứu đáy biển.

Thứ tư, 27/03/2019 - 05:25

Phát hiện sinh vật hóa thạch 520 triệu năm tuổi có 18 xúc tu ở TQ
Phát hiện sinh vật hóa thạch 520 triệu năm tuổi có 18 xúc tu ở TQ

Các nhà nghiên cứu mới phát hiện hóa thạch sinh vật cổ xưa, giúp làm sáng tỏ phần nào quá trình tiến hóa của loài sứa ngày nay.

Thứ ba, 26/03/2019 - 01:24