Điều gì sẽ xảy ra khi chúng ta có thể in 3D các nội tạng trong cơ thể?

Nội tạng cơ thể, chẳng hạn như thận, gan và tim đều là các cấu trúc được xây dựng từ nhiều loại mô cực kỳ phức tạp. Trong đó, mỗi mô lại được tạo thành từ nhiều loại tế bào, phối hợp với nhau để tạo nên cấu trúc của cơ quan cho phép chúng thực hiện đúng chức năng của mình.

Ý tưởng là nếu chúng ta có thể dùng kỹ thuật in 3D để tạo ra nội tạng, kỹ thuật này phải bắt chước được đúng như những gì tự nhiên đã làm- sắp xếp các tế bào đúng vị trí và khiến chúng phục vụ đúng nhu cầu sinh học của cơ thể. Chẳng hạn như, đã in ra một quả thận 3D thì ít nhất nó cũng phải biết xử lý chất thải và bài tiết chúng dưới dạng nước tiểu.

Trong nghiên cứu mới nhất của mình, các nhà khoa học Đức và Australia đã công bố một kỹ thuật in 3D tế bào và các vật liệu sinh học khác. Nó là một bước tiến tới kết quả cuối cùng, nhằm tạo ra được các cơ quan phức tạp trong cơ thể bằng công nghệ được gọi là in 3D sinh học.

Điều gì sẽ xảy ra khi chúng ta có thể in 3D các nội tạng trong cơ thể?

In 3D sinh học khác gì in 3D thường?

Trên thực tế, công nghệ in 3D đã được phát triển từ những năm 1980. Mục đích ban đầu của nó là tìm ra một cách hiệu quả và tối ưu để tạo ra được các vật thể rắn, chẳng hạn như các chi tiết máy móc phục vụ công nghiệp. In 3D sẽ thay thế các phương pháp chế tạo truyền thống như cắt gọt, đúc hoặc ép khuôn.

Bằng sáng chế về những kỹ thuật in 3D đầu tiên được bảo hộ trong 20 năm. Ngay sau khi nó hết hạn, ứng dụng trong lĩnh vực in 3D đã bùng nổ. Bây giờ, bạn đã có thể bắt gặp ở bất cứ đâu một chiếc máy in 3D, và nó sẽ in ra đủ mọi thứ, từ đồ chơi, máy móc cho tới cả một ngôi nhà.

Thế nhưng, in 3D sẽ trở thành một kỹ thuật hoàn toàn mới, nếu nó trở thành in 3D sinh học để làm việc với các tế bào.

Chẳng hạn, in 3D sinh học đòi hỏi phải được thực hiện trong điều kiện vô trùng để tránh ô nhiễm mẫu in. Môi trường cũng phải có nhiệt độ, độ ẩm thích hợp để các tế bào không chết. Ngoài ra, vật liệu sử dụng trong in 3D sinh học cũng không thể là vật liệu trong in 3D thông thường, bởi đa số chúng cần nhiệt độ cao hoặc dung môi độc hại với sự sống.

Hiện nay, các nhà khoa học vẫn đang tìm kiếm các vật liệu có thể được sử dụng cho một máy in 3D sinh học. Thách thức ở đây là chúng ta sẽ cần rất nhiều chứ không chỉ một loại vật liệu duy nhất.

Ví dụ, xương sẽ cần một loại vật liệu bền vững và chắc chắn. Cơ tim cần có tính đàn hồi còn các nội tạng mềm như gan cần loại vật liệu dẻo dai và có thể nén được.

Tháng trước, trong một nghiên cứu mới công bố tháng trước trên tạp chí Advanced Healthcare Materials, các nhà khoa học đã tìm ra một vật liệu mới chiết xuất từ tảo biển. Nó có thể được sử dụng để in 3D sinh học các tế bào gốc mà không gây hại cho sự tồn tại của chúng. Các tác giả tin rằng phát hiện mới này sẽ mở đường cho việc in ra được các cấu trúc mô phức tạp trong tương lai.

Khi nội tạng cũng có thể được in

Nguồn cung nội tạng trên thế giới hiện nay phụ thuộc gần như hoàn toàn vào người hiến tặng, và cung không đủ cầu. Mỗi ngày, khoảng 22 bệnh nhân trong danh sách chờ đợi hiến tạng ở Mỹ sẽ chết trước khi họ nhận được cơ quan cấy ghép.

Ngay cả khi may mắn được phẫu thuật ghép tạng, bệnh nhân sau đó cũng phải sử dụng thuốc ức chế miễn dịch suốt đời. Cùng với đó là nguy cơ cao các biến chứng, cấy ghép nội tạng từ nguồn hiến tặng tạo ra một chi phí rất lớn cho hệ thống y tế.

Nếu chúng ta có thể in 3D các mô sinh học, đó sẽ là một nguồn cung nội tạng thay thế mới. Nhưng in 3D toàn bộ một cơ quan là một mục tiêu rất phức tạp.

Trong khi các nhà khoa học mới chỉ đạt được thành công bước đầu với các cơ quan đơn giản như da, họ sẽ sớm phải đối mặt với việc kết hợp các dây thần kinh, mạch máu, mạch bạch huyết. Tích hợp rất nhiều hệ thống mới có thể tạo ra được các cơ quan như thận, phổi, tim hoặc gan.

Ứng dụng trong tương lai gần

Chúng ta sẽ phải mất nhiều năm và hàng triệu USD nữa mới có thể in ra được toàn bộ các bộ phận trên cơ thể người. Nhưng không hẳn là cứ phải đi đến đích thì các công nghệ in 3D sinh học mới được ứng dụng.

Hiện tại, chi phí từ đầu tới cuối để đưa được một loại thuốc từ nghiên cứu ra thị trường là khoảng 2,5 tỷ USD. Quá trình này mất trung bình 10 năm, và mỗi loại thuốc cũng chỉ có dưới 10% cơ hội được phê duyệt.

Khi một loại thuốc tiến đến giai đoạn thử nghiệm trên người, xác suất thành công của nó cũng chỉ đạt từ 10-15%. Trong khi đó, bệnh nhân tham gia thử nghiệm sẽ phải đối mặt với nguy cơ cao, thậm chí là tử vong.

Chúng ta biết rằng thử nghiệm thuốc thất bại, bởi các loại thuốc cho hiệu quả tốt trên động vật nhưng kém trên cơ thể bệnh nhân thực. Khoảng cách loài giữa các đối tượng thử nghiệm, từ chuột, tới linh trưởng và con người là rất lớn. Do vậy, chúng ta phải tìm cách kéo gần chúng lại.

Trong khi việc tạo ra nội tạng trong cơ thể động vật, sử dụng kỹ thuật chỉnh sửa gen, đang là một hướng đi mới mẻ, công nghệ in 3D sinh học cũng có thể giúp đỡ. Một số công ty dược phẩm đã bắt đầu thực hiện ý tưởng in ra các mô hình của gan, thận hoặc tim để thử nghiệm thuốc.

Việc sử dụng động vật trong thử nghiệm cũng dấy lên vấn đề đạo đức. Năm 2013, Liên minh Châu Âu thậm chí đã thông qua một đạo luật hạn chế đưa động vật vào một số lĩnh vực thử nghiệm, chẳng hạn như phát triển mỹ phẩm.

Do dó, với nhiều ngành công nghiệp, các nhà nghiên cứu và phát triển sản phẩm cũng sẽ phải tìm cho mình hướng đi mới với những công nghệ có sẵn hiện tại. Mà trong tương lai gần, rất có thể đó sẽ là in 3D sinh học.

Tham khảo ScienceAlert