NộI Dung
- Cách thức hoạt động của chế độ in sinh học
- In sinh học trên chip
- In sinh học và Ghép xương
- In sinh học và tái tạo da và mô
- Mạch máu sinh học
Cách thức hoạt động của chế độ in sinh học
Máy in 3D có thể cung cấp độ sâu cho bất cứ thứ gì nó đang in và máy in sinh học thực hiện điều này bằng cách phân phối vật liệu sinh học như tế bào sống, keo tổng hợp và giàn collagen thành từng lớp để tạo ra một vật thể. Quá trình này được gọi là sản xuất phụ gia - các vật liệu được đưa vào máy in được đông đặc lại khi chúng đi ra để tạo ra một vật thể 3D.
Nhưng nó không đơn giản như đưa vật liệu vào máy in 3D và nhấn một nút. Để đến giai đoạn sản xuất phụ gia, máy in cần nhận được bản thiết kế - hình ảnh do máy tính tạo ra về những gì nó đang cố gắng tạo ra. Sau đó, các vật liệu bạn muốn sử dụng cho đối tượng được đưa vào máy in. Máy in đọc tệp kỹ thuật số bạn đã cung cấp trong khi in ra các vật liệu bạn đã cung cấp theo từng lớp để tạo lại đối tượng mong muốn. Mỗi lớp sẽ nguội và dính vào nhau (nhờ vào collagen, keo, hoặc trong một số trường hợp chỉ là chính các tế bào), tạo nên một mảnh vững chắc, ổn định.
Để đưa các tế bào sống (thường được gọi là liên kết sinh học) nuôi thành máy in sinh học, có một số con đường mà các nhà nghiên cứu có thể thực hiện. Đầu tiên, chúng có thể được lấy trực tiếp từ bệnh nhân mà họ đang làm in sinh học. Hoặc, nếu được sử dụng cho mục đích nghiên cứu hoặc trong trường hợp họ không thể sử dụng tế bào của chính bệnh nhân, thì tế bào gốc trưởng thành có thể được sử dụng vì chúng có thể được điều khiển cho loại tế bào cần thiết cho quá trình in sinh học để tái tạo mô.
Bản thiết kế mà máy in sinh học sử dụng thường là bản quét bệnh nhân. Điều này cho phép máy in sinh học tái tạo mô bằng cách tham chiếu đến quá trình quét và sử dụng các lớp mỏng, chính xác để tạo hoặc in mô.
In sinh học trên chip
Một trong những cách in sinh học 3D hiện đang được sử dụng trong cộng đồng khoa học và y tế là để thử nghiệm y học tái tạo. Tại Viện Wyss thuộc Harvard, các nhà nghiên cứu đã phát triển một máy in sinh học 3D có thể tạo ra các mô mạch máu của tế bào người sống được in trên một con chip. Họ sử dụng mô này trên một con chip để kết nối nó với một kênh mạch máu, cho phép các nghiên cứu cung cấp chất dinh dưỡng cho mô để theo dõi sự tăng trưởng và phát triển.
Khả năng phát triển mô trên chip giúp các nhà nghiên cứu kiểm tra các kỹ thuật mới trong y học tái tạo cũng như thử nghiệm thuốc. Bằng cách sử dụng máy in sinh học 3D, các nhà nghiên cứu cũng có thể xem xét các phương pháp tạo chip khác nhau. Một thành tựu là tạo ra một trái tim trên chip, với các cảm biến cho mục đích nghiên cứu và thu thập dữ liệu. Điều này trước đây có thể yêu cầu thử nghiệm động vật hoặc các biện pháp khác.
In sinh học và Ghép xương
Khi nói đến thực hành y học, vẫn còn nhiều điều phải học và thử nghiệm trong việc tạo ra các cơ quan nhân bản sinh học có kích thước tương đương với kích thước của con người. Nhưng các bước khá lớn đang được thực hiện, chẳng hạn như trong lĩnh vực ghép xương để khắc phục các vấn đề với xương và các khớp xung quanh chúng.
Tiến bộ đáng chú ý nhất đến từ các nhà nghiên cứu của Đại học Swansea ở Wales. Các nhà in sinh học của nhóm có thể tạo ra vật liệu xương nhân tạo ở các hình dạng cụ thể cần thiết bằng cách sử dụng vật liệu tái tạo và bền. Các nhà nghiên cứu tại AMBER Science Foundation Ireland và Trinity College ở Dublin, Ireland đã tạo ra một quy trình hỗ trợ in sinh học 3D của vật liệu xương để giúp khắc phục các khuyết tật do cắt bỏ khối u, chấn thương và nhiễm trùng, cũng như dị dạng xương di truyền.
Đại học Nottingham ở Anh cũng đã đạt được nhiều thành tựu trong lĩnh vực y học này, in sinh học một bản sao của xương mà họ đang thay thế và phủ nó bằng tế bào gốc. Giàn giáo được đặt bên trong cơ thể. Theo thời gian, với sự hỗ trợ của các tế bào gốc, nó được thay thế hoàn toàn bằng một xương mới.
In sinh học và tái tạo da và mô
Da là một lĩnh vực thành công của y học để in sinh học vì khả năng tạo lớp của máy khi in. Vì da là một cơ quan nhiều lớp, bao gồm các tế bào khác nhau trong mỗi lớp, các nhà nghiên cứu hy vọng rằng theo thời gian quá trình in sinh học có thể giúp tái tạo các lớp của da như hạ bì và biểu bì.
Các nhà nghiên cứu tại Trường Y khoa Wake Forest ở Bắc Carolina đang xem xét kỹ vấn đề này khi đề cập đến những nạn nhân bỏng không có đủ da không bị tổn thương để thu hoạch để giúp chăm sóc và chữa lành vết thương. Trong trường hợp này, máy in sinh học sẽ lấy thông tin vết thương của bệnh nhân đó từ máy quét (bao gồm độ sâu và các loại tế bào cần thiết) để giúp tạo da mới sau đó có thể được sử dụng trên bệnh nhân.
Tại Đại học Bang Pennsylvania, các nhà nghiên cứu đang nghiên cứu in sinh học 3D có thể tạo ra sụn để giúp sửa chữa mô ở đầu gối và các khu vực khác thường bị mòn do hao mòn trong cơ thể, cũng như da và các mô hệ thần kinh khác cần thiết cho sức khỏe nội tạng .
Mạch máu sinh học
Khả năng tái tạo mạch máu bằng cách sử dụng máy in sinh học không chỉ hữu ích ở khả năng có thể cấy chúng trực tiếp vào bệnh nhân mà còn cho việc thử nghiệm thuốc và thuốc cá nhân hóa. Các nhà nghiên cứu tại Bệnh viện Brigham và Phụ nữ đã đạt được nhiều thành tựu trong lĩnh vực y học này bằng cách in các sợi agarose đóng vai trò như các mạch máu. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng những mạch máu được in sinh học này đủ mạnh để di chuyển và tạo thành mạng lưới lớn hơn, thay vì tan biến xung quanh một cấu trúc hiện có.
Một lời từ rất tốt
Nghiên cứu bắt nguồn từ quá trình in sinh học thật hấp dẫn, và mặc dù đã có một tiến bộ lớn về kiến thức và thu được từ khả năng in sinh học xương, da, mạch máu, sụn và thậm chí các cơ quan, nhưng vẫn còn nhiều tiến bộ cần được thực hiện trước nhiều những thực hành này được chuyển thể thành y học.
Tuy nhiên, một số có thể sẵn sàng sớm hơn những người khác. Trong trường hợp in sinh học và nhà nghiên cứu da hy vọng sẽ có khoa học sẵn sàng trong vòng 5 năm cho những người lính bị bỏng nhiều trong chiến đấu. Các lĩnh vực in sinh học khác, chẳng hạn như tái tạo các cơ quan cho con người sử dụng, vẫn còn một chặng đường phát triển.
Khi nói đến việc bắt chước các quá trình của cơ thể và quan sát sự tương tác của một số loại thuốc trong hệ thống lớn hơn của cơ thể, in sinh học đã mở ra cánh cửa trong việc thu thập dữ liệu cũng như những cách không xâm lấn để xem cách cơ thể con người tương tác với một số chất nhất định, điều này có thể dẫn đến thuốc cá nhân hóa hơn cho bệnh nhân và ít tác dụng phụ hơn.