Triển vọng của công nghệ in 3D sinh học nội tạng

Theo một nghiên cứu năm 2019, in sinh học nội tạng là sử dụng công nghệ in 3D lắp ghép nhiều loại tế bào, yếu tố tăng trưởng cùng vật liệu sinh học thành từng lớp để cho ra đời nội tạng nhân tạo mô phỏng hoàn hảo nội tạng tự nhiên.

Giáo sư Jennifer Lewis (Viện nghiên cứu Wyss thuộc Đại học Harvard) đánh giá phương thức tái tạo này đang ở giai đoạn phát triển với động lực là nhu cầu của con người.

Theo thống kê của Cơ quan Quản lý Dịch vụ & Tài nguyên y tế Mỹ (HRSA) tính đến ngày 8.3.2023, nước này có đến 106.800 trường hợp chờ ghép tạng. Tuy nhiên trung bình mỗi năm người hiến tạng còn sống chỉ cung cấp được khoảng 6.000 cơ quan, khoảng 8.000 người hiến tạng đã chết trung bình cung cấp 3,5 cơ quan/người.

Tiến sĩ Anthony Atala (Viện nghiên cứu Y học tái tạo Wake Forest) cho biết: “Tiến hành phẫu thuật với người không cần làm vậy là một rủi ro lớn. Người hiến tạng còn sống không phải nguồn ưu tiên vì khi đó bạn đang lấy đi một bộ phận cơ thể của người khác. Họ có thể cần nó đặc biệt lúc về già”.

HRSA xác định mỗi ngày có 17 người chết trong khi chờ ghép tạng, mỗi 10 phút danh sách chờ ghép tạng lại thêm 1 cái tên.

“Khoảng 1 triệu người trên thế giới đang cần một quả thận. Họ suy thận giai đoạn cuối và phải chạy thận. Chạy thận đem lại thêm 5 năm để sống nhưng mỗi năm tỷ lệ tử vong lại tăng 15%. Chạy thận rất khó khăn với cơ thể, vì vậy đây thực sự là động lực để phát triển in sinh học nội tạng”, theo giáo sư Lewis.

Chủ tịch công ty công nghệ sinh học United Therapeutics Martine Rothblatt nhấn mạnh: “Không có lý do gì mà người cần thận hay phổi, tim, gan lại không nhận được. Chúng ta đang sử dụng công nghệ giải quyết vấn đề”.

Quy trình in sinh học nội tạng

Để in sinh học nội tạng, đầu tiên bác sĩ dùng dụng cụ sinh thiết lấy một mảnh mô từ bệnh nhân. Từ mảnh mô họ tách lấy tế bào rồi nuôi cấy chúng trong lồng ấp. Mỗi loại tế bào cần môi trường khác nhau.

Sau đó họ pha trộn tế bào với một chất keo tạo thành “ma trận ngoại bào”. Đây chính là mực sinh học chứa tế bào sống, phân tử giàu nước gọi là hydrogel, chất trung gian cùng yếu tố tăng trưởng giúp tế bào tiếp tục sinh sôi và chuyên biệt hóa.

Giáo sư Lewis cho biết vật liệu dùng đến không độc hại, có thể phân hủy sinh học và tương thích về sinh học đảm bảo tránh phản ứng miễn dịch tiêu cực. Collagen và gelatin là hai trong số vật liệu sinh học phổ biến cho in sinh học nội tạng.

Tiếp theo các bác sĩ nạp mực sinh học vào hộp mực, sử dụng đầu in cùng vòi phun tạo từng lớp vật liệu dựa trên dữ liệu hình ảnh từ bệnh nhân. Thời gian in tùy thuộc loại nội tạng cần in, chất lượng thiết bị in, số lượng đầu in cần dùng nhưng nhìn chung cần vài giờ. Tiến sĩ Atala cho biết toàn bộ quá trình từ lấy mô đến cấy ghép vào khoảng 4 - 6 tuần.

Thử thách cuối cùng là làm cho nội tạng nhân tạo hoạt động như bình thường. Giáo sư Lewis cho biết: “Giống như khi lấy nội tạng từ người hiến, bạn phải lập tức đưa nội tạng nhân tạo vào lò phản ứng sinh học và bắt đầu rưới máu, nếu không nó sẽ chết đi”.

Thời gian ra mắt và giá cả

Cả giáo sư Lewis lẫn tiến sĩ Atala đều thận trọng trong ước tính thời gian nội tạng in sinh học hoạt động tốt có thể được cấy ghép.

Giáo sư Lewis nhận định: “Lĩnh vực này đang phát triển nhanh chóng, nhưng tôi nghĩ ngay cả với tiến bộ to lớn đã đạt được thì chúng ta vẫn cần hơn một thập kỷ nữa”.

Về phương diện giá cả, tiến sĩ Atala khẳng định mọi người đều sẽ tiếp cận được: "Chi phí chữa trị suy nội tạng rất cao. Bệnh nhân chạy thận mỗi năm tốn đến 250.000 USD. Tạo ra nội tạng cấy ghép chắc chắn rẻ hơn rất nhiều".

Hiệp hội Thận Mỹ xác định chi phí ghép thận trung bình năm 2020 là 442.500 USD. Trong khi đó máy in 3D bán lẻ dao động từ vài nghìn đến 100.000 USD tùy thuộc độ phức tạp. Tuy nhiên việc duy trì ngân hàng tế bào cho bệnh nhân, nuôi cấy tế bào và xử lý vật liệu sinh học một cách an toàn sẽ khá tốn kém.