“Chế tạo” bộ phận người nhờ... máy in

Cấu trúc 3D của tế bào nấm men được in ra theo mẫu UMD. Cuộc sống mới của chiếc máy in phun Công nghệ in sinh học (Bioprinting) do hai nhà khoa học người Anh, là Swan Jayasinghe và Peter Eagles phát minh ra vào năm 2005. Họ cũng là những người đầu tiên chế tạo được máy in tế bào sống dựa trên cơ sở hoàn thiện chiếc máy in màu thông dụng vẫn thường được sử dụng để in các bức tranh ảnh. Chỉ có điều, hộp mực của họ thay vì phun ra những hạt mực với 4 màu cơ bản lên mặt giấy thì sẽ phun ra các "giọt" mực đặc biệt, gọi là mực sinh học (Bio-ink) bao gồm các tế bào sống và các protein mà các nhà khoa học đổ vào trong hộp mực. Thêm vào đó, họ còn sử dụng một dòng điện có cường độ vài chục ngàn vôn để tạo ra một vùng từ trường tác động mạnh lên những giọt mực khi nó ra khỏi đầu kim phun. Nhờ thế mà các "giọt mực tế bào" sẽ bị tách thành những hạt cực nhỏ, cực mịn với kích thước không quá 2 micromét, mang theo vài ba tế bào khi "đổ bộ" xuống mặt giấy sinh học. Giấy sinh học là một hỗn hợp gélatine và axit hyaluronique (thành phần bọc tế bào, giúp nó di chuyển và sinh sản). Bằng cách này, Swan Jayasinghe và Peter Eagles đã in ra một cách chính xác trên nền giấy sinh học những mẫu mô theo chương trình đã lập sẵn. Tuy nhiên, công việc của họ mới dừng lại ở công đoạn tạo ra những cấu trúc phẳng như da. Cũng với phương pháp tương tự, song nghiên cứu của GS. Makoto Nakamura thuộc Viện khoa học công nghệ Kanagawa, Tây Nam Tokyo (Nhật Bản) đã đưa công nghệ này lên một bước tiến mới vào năm 2007 khi ông phát triển chiếc máy in thông thường thành một máy in sinh học 3D có thể "in ra" những cấu trúc tế bào ba chiều, tức những bộ phận cơ thể hoàn chỉnh. Có thể hiểu đơn giản cơ chế hoạt động của chiếc máy in này thông qua hình ảnh cắt lát trái cây. Một bộ phận cơ thể khi được cắt lát ngang, cho phép các nhà nghiên cứu nhìn thấy một lớp tế bào ở bề mặt. Khi ra lệnh in, thay vì phun mực như trong máy in văn phòng, máy in sinh học phun hàng tỷ tế bào sống vào đúng vị trí trên mặt giấy sinh học theo hình hài đã "thiết kế" trên máy vi tính để thành một lớp tế bào tương tự như một lát cắt. Quá trình đó lặp lại với hàng ngàn lớp cho đến khi một bộ phận cơ thể có cấu trúc 3 chiều hình thành. Thay vì chọn và sắp xếp vị trí các màu mực khác nhau, máy in sinh học sẽ chọn và sắp xếp các loại tế bào theo lập trình phần mềm đã được cài đặt trước trong máy vi tính và có thể đạt độ chính xác đến 1/1000mm với vận tốc 3cm trong vòng 2 phút. GS. Nakamura cho biết: "In mỗi một lớp trên tấm giấy sinh học mất chưa đầy 2 giây, nhưng có thể cần một tuần lễ để các tế bào hòa quyện và ăn khớp vào nhau". Loạt sản phẩm đầu tiên của Nakamura là các ống mạch máu và các lá tế bào cơ tim có cấu trúc 3 chiều. Điều thú vị là hàng tỷ tế bào tạo nên những "sản phẩm" này vẫn sống sau quá trình in. Nakamura giải thích: "Do tế bào có kích thước nhỏ hơn nhiều so với lỗ phun, nên chúng sẽ được phun ra khỏi hộp mực một cách an toàn với tỷ lệ lên đến 99%". Để ngăn các giọt tế bào không bị chết khô sau khi ra khỏi hộp mực và giúp chúng tạo cấu trúc 3D, Nakamura đã sử dụng một loại giấy sinh học có thêm chất dinh dưỡng alginate sodium và calcium chloride. Tấm giấy sinh học này có tác dụng như cái sườn kết nối và nuôi dưỡng tế bào. Dần dần nó sẽ tự hủy khi bộ phận đã được cấy ghép hoàn chỉnh. Máy in sinh học có thể in ra các bộ phận người. Một triển vọng đầy hứa hẹn Khi máy in sinh học 3D ra đời, các nhà khoa học hàng đầu thế giới đã nhận xét rằng đây là một công nghệ của phù thủy. Chỉ cần một cái bấm nút, có thể cho ra mọi bộ phận của cơ thể theo ý muốn với "nguyên liệu" ban đầu là các tế bào được tạo ra từ vài ba tế bào gốc. Người ta cũng dự đoán, với cái đà này, chỉ trong khoảng từ 5-10 năm nữa sẽ xuất hiện những trung tâm chuyên tạo mẫu và "in" các bộ phận cơ thể người theo đơn đặt hàng. Sự thật là chỉ đến tháng 3/2009 vừa qua, lần đầu tiên một bản sao chính xác ngón tay của một người đàn ông bị tai nạn lao động đã được "in ra" từ một chiếc máy in 3D. Tác giả của sản phẩm hoàn chỉnh đầu tiên này thuộc về GS. Christian Weinand và cộng sự ở Bệnh viện Insel, Thụy Sỹ. Tất nhiên, quá trình in này đòi hỏi phải sử dụng các hợp chất kích thích sự phát triển của tế bào và sự tự kết hợp thành cấu trúc thống nhất. S. Christian Weinand cho biết, theo lý thuyết thì có thể in ra mọi bộ phận cơ thể theo cách này, chỉ cần dựng được chính xác hình ảnh 3 chiều của bộ phận mà bạn muốn thay thế trên màn hình vi tính. Có thể dựa vào chính hình ảnh các bộ phận đã hỏng hóc hoặc dựa vào bộ phận cặp đôi với nó (ví dụ, mất ngón tay cái trái thì tạo ra hình ảnh đối của ngón tay cái phải) để dựng hình ảnh cho máy in. Những bộ phận được "in ra" như thế rất cần cho các ca phẫu thuật thẩm mỹ, phẫu thuật tim mạch hoặc chỉnh hình. Dĩ nhiên, giới chuyên gia cũng nghĩ đến khả năng sản xuất những bộ phận của cơ thể từ kỹ thuật nhân bản tế bào lấy từ chính bộ phận đó của đối tượng - thí dụ, tế bào mũi của nạn nhân bị biến dạng sau tai nạn giao thông. Điều quan trọng là bằng kỹ thuật in tế bào, người ta hoàn toàn có thể "in ra" bộ phận để thay thế với đầy đủ hệ mao mạch và mạng thần kinh. Thêm vào đó, các bản sao đồng nhất được chế tạo bằng chính các tế bào của bệnh nhân cũng sẽ không đem lại nguy cơ bị thải ghép. Vấn đề còn lại chỉ là chuẩn bị "mực in" cho tốt và "ấn nút" vào thời điểm thích hợp để máy in phun ra loại sản phẩm như ý. Tuy nhiên, theo TS. Helen Lu, Trưởng khoa vật liệu sinh học, ĐH Columbia thì các nhà khoa học còn phải khống chế các thông số khác một cách chính xác, như cơ chế hình thành mạch máu bên dưới da. Không thể nào chỉ ghép nó vào cơ thể rồi phủi tay bảo... xong! Còn GS. Brian Derby, thuộc ĐH Manchester thì cho rằng: "Vấn đề quan trọng trong kỹ thuật này là tìm xem loại tế bào nào có thể in 3 chiều không gian mà có thể tồn tại được trong một thời gian dài đáng kể. Bởi không phải tế bào nào cũng có sức sống như nhau". Tuấn Đức (Theo Live Science)