In tế bào sống: phải chăng khoa học viễn tưởng?

Kiến trúc của tòa nhà Viện đại học Bordeau không khác gì so với thập niên 1970, không mang hơi hướm hiện đại. Tuy nhiên, bên trong lại ẩn chứa một bí mật. Kể từ năm 2017, trong một phòng nghiên cứu của INSERM, người ta in các phủ tạng của con người dưới dạng mini như trong phim khoa học giả tưởng. Tên của dự án là ART BioPrint (ART viết tắt của từ Accelerateur de Recherche Technologique).

Phòng thí nghiệm này nghiên cứu về in sinh học 3D, nghĩa là sử dụng máy in 3D để tạo ra các mô tế bào sinh học còn sống. Thay vì sắp xếp từng lớp plastic hay silicon theo sơ đồ đã được lập trình để in một sản phẩm, thì ở đây mực in 3D lại là một dịch huyền phù chứa các tế bào sống trong môi trường nuôi cấy của chúng.

Đối với y học, kỹ thuật này mở ra một triển vọng không thể tưởng tượng nổi: thay vì thử nghiệm trên thú vật thì bây giờ các nhà khoa học tạo ra các mẫu phủ tạng con người dưới dạng mini để nghiên cứu trực tiếp, đánh giá độ độc hại của các loại thuốc mới; hoặc tạo ra các avatar của các khối u để thử nghiệm các liệu pháp điều trị và chọn ra liệu pháp tối ưu cho từng bệnh nhân hoặc in các mẫu da để ghép cho bỏng nặng hay in các mẫu sụn để cấy ghép cho người bị tai nạn…

nguyễn mẫu da sinh học

Nguyên mẫu da in sinh học

Nhóm bao gồm 7 nhà nghiên cứu, kỹ sư và chuyên viên công nghệ, từ sinh học tế bào đến vật lý quang học bởi vì in sinh học là một công nghệ bao gồm cả sinh học, hóa học và vật lý.

Chế biến mực in sinh học là một giai đoạn mâu chốt

Có 3 kỹ thuật được dùng để in sinh vật.

Kỹ thuật xưa nhất, vào cuối thập niên 1980, là máy in bằng mực hoạt động giống như của máy in văn phòng, chỉ khác là hộp mực ở đây chứa một dịch tế bào, nhỏ từng giọt qua một cái lỗ nhỏ.

Kỹ thuật thứ hai là “ép vọt vi tế”. Đầu máy in là một bơm tiêm cực nhỏ, nhờ sự trợ giúp của pittong để bơm một chất sinh học qua một ống đường kính rất nhỏ.

Và cuối cùng là kỹ thuật hiện đại nhất: in sinh học bằng laser. Năng lượng của laser có khả năng tạo ra một tia làm bay hơi mực sinh học trên nền.

Tuy nhiên, cả 3 kỹ thuật này đều không hoàn hảo. Vì vậy, các nhà nghiên cứu kết hợp cả 3 lại với nhau bởi vì chúng không có cùng độ phân giải cũng như khối lượng in.

Đầu máy in tế bào sống

Đầu máy in tế bào sống

Cho dù dùng bất cứ kỹ thuật in nào thì việc chế biến mực sinh học và sinh chất hỗ trợ là những giai đoạn chủ yếu. Cần phải có được một dịch tế bào không quá lỏng hay quá nhờn để có thể tạo được một giọt đều đặn và đi qua được những lỗ in thành các tia mực và ép vọt vi tế mà không làm tổn thương hay giết chết tế bào.

Khi in, các tế bào tự tích tụ lại thành mô tế bào

Giai đoạn in bao gồm sắp xếp các tế bào đang còn sống theo một nguyên mẫu đã lập trình sẵn, có nghĩa là theo cấu trúc của mô tế bào mà các nhà nghiên cứu chế tạo. Các tế bào có một khả năng tự cấu trúc trong không gian khá yếu. Nên trong khi in chúng thẳng hàng và cách khoảng rất dễ chính xác.

Trái ngược với in 3D phải sử dụng chất liệu bất hoạt, ở đây là chất liệu sống và cần có thêm chiều thứ 4 là thời gian, nên đây là in 4D. Các nhà nghiên cứu phải theo dõi quá trình in và kiểm tra xem các tế bào có tự cấu trúc theo nguyên mẫu đã lập trình hay không.

Kiểm tra sau in được thực hiện nhờ các phương pháp huỳnh quang. Một khi đã ngâm mực sinh học, mỗi loại tế bào mang một gen đã mã hóa với một protein gắn huỳnh quang riêng biệt. Nhờ vậy, các nhà nghiên cứu có thể theo dõi dưới kính hiển vi nhờ màu sắc flour.

Đây là một trong những ứng dụng hiệu quả nhất, đáng chờ đợi nhất của việc in sinh học. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu vẫn rất dè dặt về triển vọng này bởi vì điều mấu chốt chưa giải quyết được: chẳng hạn như để in một lá gan người nặng gần 1,7kg thì phải cần một số lượng tế bào (tức là khối lượng mực in sinh học) rất lớn, không thể chứa nổi trong phòng thí nghiệm.

Mấu chốt thứ hai thuộc về kỹ thuật: không một người nào biết cách in một mô tế bào kèm theo mạch máu. Bởi vì chính sự tưới máu này nuôi và duy trì sự sống cho mô tế bào và cơ quan.

Những thử nghiệm đầu tiên về ghép da và sụn xương

Bù lại, in sinh học có bước khởi đầu tốt đẹp đối với mô tế bào không cần mạch máu, như trường hợp của sụn xương. Có rất nhiều nhóm trên thế giới nghiên cứu về in sinh học. Có lẽ đây là lĩnh vực mà các ứng dụng lâm sàng được thực hiện nhanh chóng nhất.

Tháng 2.2016, một nhóm nghiên cứu người Mỹ đã in một cái tai bằng sụn người và khi ghép dưới da ở chuột thì mô tế bào vẫn sống và có khả năng tạo ra các protein chuyên biệt. Như vậy, da không cần phải in sinh học với mạch máu.

Nếu người ta áp một lớp da in sinh học trên bề mặt của vết thương hay vết bỏng thì cơ thể tiếp nhận sẽ phát triển hệ vi mạch riêng biệt của mình để đến tưới máu cho mảnh ghép. Vì vậy, việc sử dụng máy in 3D để ghép da cho những bệnh nhân bị bỏng nặng đang được nhắm đến. Trong lúc này, các mẫu da đang được các nhà nghiên cứu chế biến và sẽ được ngành công nghiệp thẩm mỹ sớm đưa ra thị trường.

BS. Nguyễn Văn Thông

Menu