Các nhà khoa học Israel đã in 3D thành công một trái tim sống

Tương lai là đây. Lần đầu tiên trên thế giới, các nhà khoa học Israel đã tạo ra một trái tim còn đập trong một quá trình in 3D cách mạng mới, tổng hợp từ mô của một bệnh nhân.

Một bản in 3D trái tim con người ở kích thước nhỏ, được thiết kế từ những vật liệu và tế bào của riêng bệnh nhân.

Tháng 11 năm ngoái, các nhà nghiên cứu ở Đại học Tel Aviv đã thông báo rằng, họ đã tạo ra mô để cấy [vào cơ thể người bệnh] đầu tiên hoàn chỉnh, được chế tạo từ vật liệu sinh học và tế bào của một bệnh nhân, mở đường cho một công nghệ mới sẽ khiến con người có thể tạo ra bất kì một loại mô cấy nào từ mô mỡ sinh thiết từ một cá thể.

Giờ đây, cũng chính các nhà khoa học này đã tạo ra một trái tim thật sử dụng quá trình đột phá của họ ở Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Mô và Thuốc Tái tạo, do PGS Tal Dvir, Khoa vi sinh và công nghệ sinh học phân tử, Đại học Tel Aviv dẫn dắt. ‘Đây là lần đầu tiên người ta thành công trong việc chế tạo và in 3D trọn vẹn một quả tim với tế bào, thành mạch máu, tâm thất và các ngăn tim.”

Quá trình này bao gồm việc lấy mô mỡ, sau đó tách vật liệu tế bào khỏi tế bào. Trong khi các tế bào được lập trình thành tế bào gốc để phách tách thành tế bào cơ tim hoặc thành tế bào nội mô (tế bào lót trong các mạch máu trong cơ thể), thì ma trận ngoại tế bào (ECM), như collagen và glycoproteins sẽ được xử lý thành gen nước cá nhân hóa, trở thành “mực” in. Đại học Tel Aviv thông báo.

Những tế bào được phân tách sau đó được trộn với mực sinh học và được sử dụng để in 3D thành những mảnh ghép tim tương thích với nhau và với các thành mạch máu, phù hợp với đặc điểm của bệnh nhân, tạo thành một trái tim tí xíu, trọn vẹn.

Những chứng bệnh tim mạch là nguyên nhân số một gây tử vong cho người dân trên khắp thế giới, theo Tổ chức Y tế Thế giới. Tính riêng năm 2016, người ta ước lượng khoảng 17,9 triệu người đã chết vì các bệnh tim mạch, mà chủ yếu trong số đó do nhồi máu cơ tim hoặc tai biến mạch máu não.

Cấy ghép tim hiện nay đang là cách điều trị duy nhất sẵn có cho các bệnh nhân suy tim giai đoạn cuối. Với sự thiếu hụt người hiến tim, thành tựu khoa học đột phá này có thể vạch ra một con đường trong thế giới y tế, lát đường cho một cuộc cách mạng tiềm tàng trong việc cấy ghép cơ quan và mô.

“Quả tim này được chế tạo từ tế bào của con người và những vật liệu sinh học tùy thuộc từng bệnh nhân. Trong quy trình của chúng tôi, những vật liệu này có vai trò như mực sinh học, các chất làm từ đường và protein có thể được sử dụng để in 3D các mô hình mô phức tạp khác,” Giáo sư Dvir nói.

“Trước đây, người ta đã tìm ra cách in 3D cấu trúc của một quả tim, nhưng không phải với các tế bào và mạch máu. Những kết quả của chúng tôi chứng minh cho tiềm năng của cách tiếp cận để thiết kế các mô và nội tạng cá nhân hóa để cấy ghép trong tương lai,” ông cho biết thêm.

Đại học Tel Aviv đã giải thích rằng trong phương pháp thiết kế hiện nay, các tế bào đều được cô lập khỏi bệnh nhân và nuôi dưỡng trong các vật liệu sinh học, tổng hợp hoặc tự nhiên, trích xuất từ cây cối hoặc động vật, để tổng hợp thành một mô chức năng. Sau khi cấy ghép, chúng có thể gây ra một phản ứng của hệ miễn dịch, có thể dẫn tới việc đào thải mô được cấy ghép.

Khi nhận các mô hay cơ quan mới, các bệnh nhân thường cần được điều trị ức chế miễn dịch, việc có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe của người bệnh. Với thành tựu này, “các bệnh nhân sẽ không còn phải chờ đợi được cấy ghép hay uống thuốc để chống đào thải. Thay vào đó, cơ quan cần cấy ghép sẽ được in ra, hoàn toàn cá nhân hóa cho từng bệnh nhân,” Đại học Tel Aviv khẳng định.

Quy trình đã được phác thảo trong một bài báo có tựa đề là “ 3D Printing of Personalized Thick and Perfusable Cardiac Patches and Hearts” (In 3D những mảnh ghép tim và tim dày dặn và hoàn thiện), công bố hôm thứ Hai, trên tạp chí “Advanced Science,” một tạp chí khoa học được bình duyệt. GS Dvir, TS. Assaf Shapira ở Khoa Khoa học Sự sống, Đại học Tel Aviv, và Nadav Moor, một nghiên cứu sinh ở phòng thí nghiệm, hợp tác chỉ đạo nghiên cứu chủ đề này. Trong nghiên cứu của họ, nhóm làm việc với hai mô hình: một làm từ mô người, và một làm từ mô chuột.

Trong buổi họp báo, GS Dvir đã nhấn mạnh rằng công nghệ này “sẽ không sẵn có trong phòng khám hay bệnh viện ngay lập tức, chúng ta mới đang ở bước rất sơ khai trong công nghệ này.” Nhưng, trong khoảng một thập kỉ tới, khi công nghệ in 3D phát triển, các bệnh viện và phòng khám có thể sẽ có những máy in này tại chỗ, ông nói.

Giáo sư Dvir đã giải thích rằng, trái tim, hiện đang bằng kích thước của một trái tim thỏ, sẽ cần trải qua một quá trình trưởng thành trong các bioreactor – một hệ thống tạo ra môi trường sinh học – để giúp giữ các tế bào sống sót và nuôi dưỡng chúng để đạt được một trái tim có kích thước tự nhiên, trong khi “dạy” chúng tổ chức và có khả năng bơm máu.

Hiện tại, ông nói, “tế bào có khả năng co bóp một cách tách biệt nhưng chưa bơm.”

Quá trình in mất khoảng 3-4 giờ, nhưng quá trình trưởng thành mất khoảng một tháng, sau đó các nhà khoa học sẽ bắt đầu thử nghiệm trên các sinh vật nhỏ như thỏ và chuột.

Họ hi vọng rằng chuyện này sẽ xảy ra trong một hoặc hai năm.

Quy trình in các mảnh vá cho tim và trái tim 3D hoàn chỉnh

TS. Shapira nói với tạp chí NoCamels rằng các nhà khoa học sẽ in 3D những trái tim cho những con vật này từ chính mô của chúng sau đó họ sẽ thực hiện cấy ghép và bắt đầu thử nghiệm lâm sàng.

Tiềm năng của nghiên cứu này thật tuyệt. Theo GS. Dvir, việc sử dụng vật liệu “tự nhiên” phù hợp với từng bệnh nhân rất quan trọng trong việc thiết kế thành công các mô và cơ quan.

“Sự tương thích sinh học của vật liệu được thiết kế là quan trọng trong việc triệt tiêu những rủi ro của việc thải bỏ cơ quan cấy ghép, vốn gây hại cho sự thành công của những cách điều trị này,” ông nói. “Một cách lý tưởng, vật liệu sinh học nên sở hữu cùng những tính chất sinh hóa, cơ và địa hình giống như các mô của chính bệnh nhân. Ở đây, chúng tôi có thể thuật lại một cách tiếp cận đơn giản với việc in 3D những mô tim dày, có mạch máu và có thể sử dụng được mà khớp hoàn toàn với những tính chất miễn dịch, tế bào, sinh hóa và giải phẫu của bệnh nhân.”

Nhưng cũng có những chướng ngại đáng kể. Trước tiên là giá thành, GS. Dvir nói quá trình in tim mất khoảng vài nghìn USD trong môi trường phòng thí nghiệm, nhưng nếu công nghệ này được thương mại hóa trong tương lai, nhiều khả năng nó sẽ đắt đỏ.

Các nhà khoa học sẽ phải in ra một quả tim có kích thước tim người và việc này có thể dấy lên một thách thức. “Làm thế nào các ông in được tất cả tế bào và thành mạch máu cho một quả tim?” GS. Dvir hỏi, đề cập đến những giới hạn hiện tại về độ phân giải của các máy in 3D.

“Chúng ta sẽ phải xét tới việc công nghệ in 3D vẫn đang phát triển,” ông nói.

Có lẽ, trong 10 năm tới, sẽ có những máy in nội tạng trong những bệnh viện tốt nhất trên khắp thế giới, và những quy trình này sẽ được thực hiện thường xuyên,” ông nói.

Theo Khoahocphattrien