In sinh học 3D không chỉ tạo ra các bộ phận cấy ghép trên cơ thể người mà còn mở ra hướng đi mới cho các tập đoàn chế tạo dược phẩm khi có thể thay thế các thử nghiệm trên động vật vốn gây tranh cãi lâu nay.
Các cơ quan trong cơ thể như thận, gan và tim là các mô cực kỳ phức tạp. Mỗi tế bào được tạo thành từ nhiều loại tế bào khác nhau và cùng với các thành phần khác để hoạt động và tạo nên cấu trúc riêng biệt.
Để có thể in sinh học được những cơ quan này, máy in 3D phải bắt chước hoạt động của chúng trong tự nhiên - cả về cách sắp xếp và nhu cầu sinh học. Ví dụ, thận phải xử lý và thải chất thải dưới dạng nước tiểu.
Cấy ghép nội tạng không phải là kết quả quan trọng nhất của nghiên cứu mới này. Đã có bằng chứng cho thấy công nghệ in tế bào 3D vô cùng hữu ích trong việc phát triển các loại thuốc. Điều này hứa hẹn sẽ giảm việc thí nghiệm trên động vật khi đưa các phương pháp điều trị mới, đồng thời việc cung ứng thuốc vào thị trường cũng nhanh hơn và an toàn hơn.
Làm thế nào để in sinh học 3D?
In 3D hay chế tạo đắp lớn là một chuỗi các công đoạn khác nhau được kết hợp để tạo ra một vật thể ba chiều. Trong y học, in "sinh học" sẽ đưa các tế bào vào kỹ thuật in nhằm tạo ra các bộ phận trên cơ thể người để cấy ghép.
In sinh học 3D đòi hỏi điều kiện vô trùng để tránh ô nhiễm vật liệu in và nhiệt độ, độ ẩm phải thích hợp để tế bào không chết. Ngoài ra, các vật liệu nhựa thông thường được sử dụng trong in 3D không thể được sử dụng trong in sinh học vì chúng đòi hỏi phải được in ở nhiệt độ cao hoặc có chứa dung môi độc hại.
Các nhà nghiên cứu trên thế giới đang phát triển các vật liệu có thể được chế tác trong máy in 3D và không gây hại nhiều đến các tế bào. Tuy nhiên, mỗi loại tế bào lại đòi hỏi môi trường cơ học độc nhất mới có thể hoạt động bình thường.
Phát triển máy in sinh học 3D. (Ảnh: Crystal Eye Studio).
Ví dụ, xương là vật liệu dẻo dai và bền, cơ tim có tính đàn hồi, các cơ quan nội tạng như gan thì mềm và có thể nén được.
Trong một phát biểu gần đây, các nhà nghiên cứu cho biết: “Các vật liệu mới được chiết xuất từ tảo biển có thể được sử dụng để in 3D tế bào gốc nhân tạo trong môi trường riêng biệt và không gây hại cho tế bào. Chúng tôi tin rằng phát hiện này mở đường cho việc in các cấu trúc mô phức tạp".
Niềm hy vọng cho các bệnh nhân
Hiện nay, bệnh nhân cần thay thế nội tạng phải chờ đợi rất lâu mới có cơ quan cấy ghép và sau đó phải dùng thuốc ức chế miễn dịch trong suốt phần còn lại của cuộc đời. Điều này gây ra các phản ứng phụ và tiêu tốn một khoảng chi phí khổng lồ cho hệ thống y tế.
Sự phát triển các mô sinh học in 3D để thay thế những cơ quan bị tổn thương hy vọng sẽ đưa ra một giải pháp mới cho 1.500 bệnh nhân ở Australia mỗi năm. Nhưng in ấn toàn bộ các cơ quan trong cơ thể là một quá trình cực kỳ phức tạp, nó có thể mất đến một vài tuần, trong khi bệnh nhân không thể chờ đợi được.
Trước đây, các nhà nghiên cứu đã tiến hành in các mô đơn giản như da. Giai đoạn tiếp theo của công nghệ này đòi hỏi phải kết hợp các dây thần kinh, mạch máu, mạch bạch huyết và phải phù hợp với cơ thể thì mới tạo ra các cơ quan có thể cấy ghép được như thận, phổi, tim hoặc gan.
Có lẽ chúng ta phải mất nhiều năm và hàng triệu đô la để có thể in toàn bộ cơ quan trong cơ thể người. Nhưng có một cách khác mà các tế bào tái tạo có thể được sử dụng, đó là: thử nghiệm các loại thuốc mới trong phòng thí nghiệm.
Các tế bào được in ra để thử nghiệm thuốc
Hiện tại, để đưa một loại thuốc mới vào thị trường ước tính phải tốn 2,5 tỷ USD, và có thể mất hơn mười năm kể từ lúc bắt đầu cho đến khi kết thúc. Ngay cả loại thuốc mới được xác định thì khả năng chấp thuận của chúng cũng rất thấp: năm 2016, chưa đến 10% loại thuốc mới được chấp thuận.
Khi bắt đầu các thử nghiệm lâm sàng trên người, xác suất của một loại thuốc để đưa nó ra thị trường là từ 10 đến 15%. Tuy nhiên, phương pháp này có thể gây tử vong cho những người tham gia thử nghiệm.
Những loại thuốc thử nghiệm thất bại chủ yếu là do hiệu quả kém ở người mặc dù kết quả thử nghiệm ở động vật rất khả quan. Điều này là do sự khác nhau giữa các loài: loài gặm nhấm và động vật thử nghiệm khác con người ở nhiều điểm chính.
Vì vậy, công nghệ in 3D này cho phép chúng ta in các mô hình 3D phức tạp của gan, thận hoặc cơ tim, phù hợp để kiểm tra và xác định các phân tử dược phẩm ở giai đoạn thử nghiệm. Các mô hình này đã bắt đầu được sử dụng bởi các công ty dược phẩm đa quốc gia.
Trong khi việc sử dụng động vật trong nghiên cứu vẫn không thể tránh khỏi, Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ mới đây đã bắt đầu xem xét việc sử dụng các sản phẩm in sinh học 3D nhằm thay thế cho các phương pháp thử nghiệm dược phẩm hiện tại.