Lần đầu dùng in 3D tạo tai từ tế bào người để cấy ghép cho bệnh nhân

Cô gái 20 tuổi sinh ra với tai phải nhỏ và méo mó đã được cấy ghép tai in 3D làm từ tế bào của chính cô, 3DBio Therapeutics công bố hôm 2.6. Các chuyên gia độc lập cho biết ca cấy ghép, một phần của thử nghiệm lâm sàng đầu tiên về ứng dụng y tế thành công của công nghệ này, là một bước tiến đáng kinh ngạc trong lĩnh vực kỹ thuật mô.

Theo 3DBio Therapeutics, công ty y học tái tạo có trụ sở tại quận Queens (thành phố New York, Mỹ), chiếc tai mới được in với hình dạng khớp chính xác với tai trái của cô gái. 3DBio Therapeutics cho biết chiếc tai mới, được cấy ghép vào tháng 3.2022, sẽ tiếp tục tái tạo mô sụn, mang lại cho nó hình dáng và cảm giác của một chiếc tai tự nhiên.

Adam Feinberg, giáo sư kỹ thuật y sinh và khoa học vật liệu tại Đại học Carnegie Mellon, nói: “Đó chắc chắn là một vấn đề lớn”.

Không liên kết với 3DBio Therapeutics, Adam Feinberg là đồng sáng lập của FluidForm, công ty y học tái tạo cũng sử dụng in 3D. Ông nói: “Nó cho thấy công nghệ này không phải là ‘nếu’ nữa, mà là khi nào”.

Kết quả cuộc phẫu thuật tái tạo của cô gái 20 tuổi đã được 3DBio Therapeutics công bố trong một bản tin. Do lo ngại về quyền sở hữu độc quyền, 3DBio Therapeutics đã không tiết lộ công khai các chi tiết kỹ thuật của quy trình, khiến các chuyên gia bên ngoài khó đánh giá hơn. Công ty nói rằng các cơ quan quản lý liên bang Mỹ đã xem xét thiết kế thử nghiệm và đặt ra các tiêu chuẩn sản xuất nghiêm ngặt, với dữ liệu sẽ được công bố trên tạp chí y tế khi nghiên cứu hoàn tất.

Thử nghiệm lâm sàng, bao gồm 11 bệnh nhân, vẫn đang tiếp tục và các ca cấy ghép có thể thất bại hoặc mang lại các biến chứng sức khỏe không lường trước được. Song vì các tế bào có nguồn gốc từ chính mô của bệnh nhân nên tai mới không có khả năng bị cơ thể từ chối, các bác sĩ và quan chức 3DBio Therapeutics cho biết.

Thành công của 3DBio Therapeutics là một trong số những bước đột phá gần đây trong nỗ lực cải thiện việc cấy ghép mô và nội tạng. Vào tháng 1.2022, các bác sĩ phẫu thuật ở bang Maryland (Mỹ) đã cấy ghép tim lợn biến đổi gen vào một người đàn ông 57 tuổi bị bệnh tim, kéo dài sự sống của ông thêm 2 tháng. Các nhà khoa học cũng đang phát triển các kỹ thuật để kéo dài tuổi thọ của các cơ quan hiến tặng để chúng không bị lãng phí. Tuần này, các bác sĩ Thụy Sĩ đã báo cáo rằng một bệnh nhân nhận lá gan người được bảo quản trong 3 ngày vẫn khỏe mạnh vào 1 năm sau đó.

United Therapeutics Corp, công ty cung cấp con lợn biến đổi gien cho quy trình phẫu thuật tim, cũng đang thử nghiệm in 3D để sản xuất phổi để cấy ghép. Các nhà khoa học từ Viện Công nghệ Israel đã báo cáo vào tháng 9.2021 rằng họ đã in 3D một mạng lưới các mạch máu, cần thiết để cung cấp máu cho các mô được cấy ghép.

Các công ty trước đây đã sử dụng công nghệ in 3D để sản xuất chân tay giả phù hợp tùy chỉnh làm bằng nhựa và kim loại nhẹ. Thế nhưng, thiết bị cấy ghép tai, được làm từ một loạt tế bào nhỏ được thu hoạch từ tai biến dạng của người phụ nữ, dường như là ví dụ đầu tiên được biết đến về mô cấy in 3D làm từ các mô sống.

Bệnh nhân đến từ Mexico, được sinh ra với microtia, dị tật bẩm sinh hiếm gặp khiến màng nhĩ, hoặc phần bên ngoài của tai, nhỏ và dị dạng (nó cũng có thể ảnh hưởng đến thính giác trong tai).

Với nhiều nghiên cứu hơn, các giám đốc điều hành 3DBio Therapeutics nói công nghệ này có thể được sử dụng để chế tạo nhiều bộ phận cơ thể thay thế khác, bao gồm đĩa đệm cột sống, mũi, sụn chêm đầu gối, gân cơ chóp xoay vai và mô tái tạo cho khối u. Họ cho biết thêm, in 3D thậm chí có thể tạo ra các cơ quan quan trọng phức tạp hơn nhiều, như gan, thận và tuyến tụy.

Tiến sĩ Arturo Bonilla, bác sĩ phẫu thuật tái tạo tai nhi ở thành phố San Antonio (bang Texas, Mỹ), nói: “Điều này thật thú vị, đôi khi tôi phải tiết chế bản thân một chút”.

Thử nghiệm được tài trợ bởi 3DBio Therapeutics, nhưng Tiến sĩ Arturo Bonilla không có bất kỳ cổ phần tài chính nào trong công ty. Ông nói: “Nếu mọi thứ diễn ra theo đúng kế hoạch, điều này sẽ cách mạng hóa cách thức thực hiện”.

James Iatridis, người đứng đầu phòng thí nghiệm kỹ thuật sinh học cột sống tại Trường Y khoa Icahn ở Mount Sinai (thành phố New York), nói các mô cấy ghép 3D khác đang được triển khai, nhưng ông không biết về bất kỳ sản phẩm nào khác đang được thử nghiệm lâm sàng.

Tiến sĩ James Iatridis cho hay: “Việc cấy ghép tai 3D là một bằng chứng về khái niệm để đánh giá khả năng tương thích sinh học, đối sánh và duy trì hình dạng ở người đang sống”.

Theo tiến sĩ Adam Feinberg, phần bên ngoài của tai là một phần phụ tương đối đơn giản, mang tính thẩm mỹ hơn là chức năng. Ông cảnh báo rằng con đường tới các cơ quan rắn - như gan, thận, tim và phổi - vẫn còn rất dài. “Đi từ tai đến đĩa đệm cột sống là bước nhảy khá lớn, nhưng sẽ thực tế hơn nếu bạn làm được với tai”, ông Adam Feinberg nói.

Quy trình sản xuất in 3D tạo ra một vật thể ba chiều rắn chắc từ một mô hình kỹ thuật số. Công nghệ này thường liên quan đến việc một máy in điều khiển bằng máy tính bồi đắp vật liệu thành các lớp mỏng để tạo ra hình dạng chính xác của vật thể.

Thiết bị cấy ghép tai mới của 3DBio Therapeutics tích hợp một số công nghệ độc quyền, bắt đầu bằng phương pháp biến một mẫu tế bào nhỏ của bệnh nhân thành hàng tỉ tế bào, theo các lãnh đạo công ty. Máy in 3D của 3DBio Therapeutics sử dụng “mực sinh học” dựa trên collagen, an toàn cho cơ thể và giữ cho tất cả các vật liệu được vô trùng.

Tất cả quá trình nghiên cứu và sản xuất đều diễn ra dưới một mái nhà, trong một tòa nhà gạch mới, đơn sơ ở quận Queens được trang bị "phòng sạch" hợp vệ sinh, với các kỹ thuật viên đeo khẩu trang, đeo găng tay và mũ bảo hộ lao động.

"Nó đến như một sinh thiết từ bệnh nhân và để lại một tai sống", Daniel Cohen, Giám đốc điều hành và đồng sáng lập của 3DBio Therapeutics, đã giải thích trong chuyến tham quan cơ sở vào tuần trước.

Bệnh nhân nhận tai mới là một trong những người đầu tiên được cấy ghép thành công trong khuôn khổ cuộc thử nghiệm lâm sàng do Tiến sĩ Arturo Bonilla đứng đầu. Các tình nguyện viên thử nghiệm cũng đang được ghi danh tại Trung tâm Y tế Cedars-Sinai ở thành phố Los Angeles (bang California, Mỹ).

Bác sĩ phẫu thuật đã bắt đầu bằng cách loại bỏ một nửa gam sụn từ tàn tích tai microtia của cô gái 20 tuổi. Sau đó, bác sĩ vận chuyển chiếc tai đó, cùng với bản quét 3D tai khỏe mạnh của cô ấy, từ San Antonio đến tòa nhà 3DBio Therapeutics ở khu dân cư Long Island City, quận Queens.

Tại cơ sở này, tế bào chondrocytes của bệnh nhân - tế bào chịu trách nhiệm hình thành sụn - được phân lập từ mẫu mô và nuôi cấy trong hỗn hợp chất dinh dưỡng độc quyền, sinh sôi nảy nở thành hàng tỉ tế bào.

Theo Nathaniel Bachrach, Giám đốc khoa học của 3DBio Therapeutics, các tế bào sống sau đó được trộn với mực sinh học dựa trên collagen của công ty, “giống như vụn sô-cô-la trộn vào kem bột bánh quy”.

Collagen được đưa qua một ống tiêm vào máy in sinh học 3D chuyên dụng. Máy in này phun ra vật liệu từ vòi phun theo một dòng mỏng, ổn định, kéo khóa xung quanh để tạo ra một hình dạng thuôn nhỏ giống như một bản sao của chiếc tai khỏe mạnh của bệnh nhân. Toàn bộ quá trình in kéo dài chưa đầy 10 phút.

Hình dạng chiếc tai in sau đó được bọc trong một lớp vỏ bảo vệ có thể phân hủy sinh học và được chuyển qua đêm trong kho lạnh cho Tiến sĩ Arturo Bonilla. Sau đó, ông cấy tai dưới da của bệnh nhân, ngay trên xương hàm của cô ấy. Khi da được thắt chặt xung quanh thiết bị cấy ghép, hình dạng của một chiếc tai sẽ xuất hiện.

Khoảng 1.500 trẻ em sinh ra ở Mỹ mỗi năm mắc chứng microtia hoặc một tình trạng liên quan, chứng thiếu sản, trong đó toàn bộ tai ngoài bị thiếu. Thử nghiệm lâm sàng đến nay bao gồm 11 tình nguyện viên, tuổi từ 6 đến 25, những người này sẽ được theo dõi trong 5 năm để đánh giá độ an toàn và kết quả thẩm mỹ lâu dài.

Một lựa chọn khác để tái tạo vi mô - thường được thực hiện khi bệnh nhân còn nhỏ để họ không bị bắt nạt hoặc chế giễu khi bắt đầu đi học - yêu cầu phẫu thuật nội trú (phải ở lại bệnh viện ít nhất một đêm) để lấy sụn từ xương sườn của bệnh nhân, sau đó được khắc thành hình dạng gần giống Tiến sĩ Bonilla nói.

Tuy nhiên, thủ tục mới có thể được thực hiện trong vài giờ và bên ngoài bệnh viện. 3DBio Therapeutics không nói rõ sẽ tính phí thế nào cho việc cấy ghép, nhưng một nữ phát ngôn viên cho biết mức giá này sẽ phù hợp với chi phí của tiêu chuẩn chăm sóc hiện tại.

“Tôi luôn cảm thấy cả thế giới microtia đang chờ đợi một công nghệ mà chúng tôi không cần phải đi vào lồng ngực và bệnh nhân sẽ được chữa lành từ ngày này sang ngày khác”, Tiến sĩ Bonilla nói.

Alexa, bệnh nhân 20 tuổi yêu cầu giấu họ vì lo ngại về quyền riêng tư, cho biết cô rất hào hứng với chiếc tai mới, dù nó vẫn được băng kín. Dù nhiều đứa trẻ mắc chứng microtia bị bạn bè trêu chọc, điều này có thể dẫn đến lo lắng, trầm cảm và thù địch, nhưng Alexa cho biết cô chưa bao giờ rất bận tâm về nó cho đến những năm thiếu niên, khi cô tự ý thức hơn về ngoại hình của mình.

“Bạn quan tâm nhiều hơn một chút đến hình ảnh của mình khi còn ở tuổi thiếu niên. Một số người đã nói những điều thiếu suy nghĩ và điều đó bắt đầu làm phiền tôi”, cô nói.

Alexa cho biết cô đã hoàn thiện nghệ thuật che tai phải của mình bằng cách để tóc dài và xõa. Hầu hết mọi người thậm chí không thể biết rằng cô đang thiếu một bên tai. Song hiện tại, Alexa nói cô rất mong được làm nhiều trò vui vẻ với mái tóc của mình, thắt bím hoặc búi lên.

“Tôi nghĩ sự tự tin của tôi sẽ tăng lên”, cô nói.