Các nhà khoa học Mỹ vừa phát triển thành công một phương pháp mới để in 3D bên trong cơ thể sống, hứa hẹn mở ra nhiều ứng dụng hữu ích trong y học, như cho phép chữa lành xương gãy hoặc thậm chí khắc phục các dị tật ở van tim mà không cần phẫu thuật xâm lấn.

Mô hình minh họa dùng phương pháp in 3D mới để chữa tổn thương tim.

Phương pháp in 3D mới có tên DVAP (viết tắt của cụm từ “deep-penetrating acoustic volumetric printing”) do kỹ sư y sinh Shrike Zhang ở Trường Y Harvard và đồng nghiệp Junjie Yao ở Đại học Duke đã phát triển. Về cơ bản, phương pháp in 3D mới bao gồm truyền sóng siêu âm tới một loại mực in có tính tương thích sinh học - được tiêm vào cơ thể để sửa chữa hoặc khắc phục tổn thương ở một bộ phận nào đó - và làm cho nó đông cứng lại theo yêu cầu. Loại mực sinh học chuyên dụng dùng trong kỹ thuật DVAP được gọi là “mực sono”, chứa những thành phần bao gồm hydrogel, vi hạt và phân tử có khả năng phản ứng đặc biệt với sóng siêu âm.

Chuyên gia Yao cho biết: “Sóng siêu âm có thể xuyên qua (da) sâu hơn gấp 100 lần so với ánh sáng bình thường song vẫn bị giới hạn về mặt không gian, vì vậy, chúng ta có thể tiếp cận các mô, xương và các cơ quan với độ chính xác cao hơn mà các phương pháp in khác không thể tiếp cận”. Đồng tác giả Zhang giải thích thêm: “Do mực sono là một chất lỏng nhớt, nên nó có thể được tiêm vào khu vực mục tiêu khá dễ dàng. Và khi bạn di chuyển đầu dò in siêu âm xung quanh (khu vực mục tiêu), các vật liệu trong mực in sẽ liên kết với nhau và cứng lại thành các cấu trúc phức tạp - như từ khung xương cho đến các bong bóng hydrogel phù hợp để đặt trong nội tạng. Sau khi hoàn tất, bạn có thể dùng ống tiêm rút bỏ phần mực chưa bị đông cứng còn sót lại”. Không chỉ vậy, các chuyên gia còn có thể linh hoạt thiết kế công thức của mực cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau, cũng như điều chỉnh độ bền, khả năng phân hủy và thậm chí cả màu sắc của mực.

Để chứng minh tiềm năng của DVAP, nhóm nghiên cứu đã tiến hành 3 thử nghiệm dùng phương pháp in 3D mới này. Trong thử nghiệm đầu tiên, họ sử dụng mực sono để bịt kín một phần tim dê, thủ thuật thường đòi hỏi phải mổ hở vùng ngực. Tiếp theo, sóng siêu âm từ DVAP được truyền xuyên qua 12mm mô, kết dính mực in với mô tim một cách an toàn mà không gây thêm tổn thương nào. Phần mô tim mới mềm dẻo này có khả năng chịu được các chuyển động mô phỏng nhịp đập của trái tim.

Trong thử nghiệm thứ hai, nhóm nghiên cứu đã chứng minh khả năng xây dựng và tái tạo mô của DVAP, bằng cách tiêm mực sono vào mô hình xương chân gà bị khuyết tật. Mực in được đưa qua lớp da và mô cơ dày 10mm một cách dễ dàng, sau đó kết nối liền mạch với xương, mà không ảnh hưởng tiêu cực đến bất kỳ mô nào xung quanh.

Còn thử nghiệm thứ ba cho thấy vai trò của DVAP trong việc cung cấp thuốc điều trị. Bằng cách thêm một loại thuốc hóa trị thông thường vào mực in, các nhà nghiên cứu đã có thể truyền lượng thuốc đó vào mẫu mô gan bị bệnh. Khi hydrogel cứng lại, thuốc sẽ từ từ giải phóng thuốc điều trị vào mô gan. “Bởi vì có khả năng in xuyên qua mô, DVAP cho phép rất nhiều ứng dụng tiềm năng trong phẫu thuật và trị liệu mà theo truyền thống thường đòi hỏi đến các phương pháp rất xâm lấn và có thể gây rối loạn chức năng mô hoặc bộ phận xung quanh” - kỹ sư Yao nhận xét.

Nhóm nghiên cứu tin tưởng DVAP có thể là bước khởi đầu quan trọng để hướng tới cuộc cách mạng hóa y sinh và chăm sóc sức khỏe cá nhân hóa trong tương lai gần.

AN NHIÊN (Theo Futurism, Interesting Engineering)