Đột phá y học: In 3D da nhân tạo có mạch máu
Các nhà nghiên cứu Thụy Điển đã phát triển thành công công nghệ in 3D tạo ra lớp da nhân tạo có chứa mạch máu, mở ra hy vọng mới trong việc tái tạo làn da bị tổn thương nặng.
Trong điều trị các ca bỏng nặng và chấn thương sâu, khả năng tái tạo da có thể quyết định đến tính mạng của bệnh nhân. Phương pháp phổ biến hiện nay là ghép một lớp biểu bì mỏng (lớp da trên cùng) từ vùng da lành khác trên cơ thể. Tuy nhiên, kỹ thuật này không chỉ để lại sẹo lớn mà còn không thể phục hồi đầy đủ chức năng ban đầu của da.
Một làn da chỉ được xem là "sống" thực sự khi lớp hạ bì - lớp nằm dưới biểu bì, chứa mạch máu và dây thần kinh - được tái tạo hoàn chỉnh.
Để giải quyết thách thức trên, các nhà khoa học tại Đại học Linköping (Thụy Điển) đã phát triển thành công hai kỹ thuật in 3D sinh học để tạo ra lớp da nhân tạo có chứa hệ thống mạch máu và tạo ra các mạch máu với hình dạng bất kỳ trong mô.
Hai công nghệ này đã được trình bày chi tiết trong hai nghiên cứu đăng trên Tạp chí Advanced Healthcare Materials.
Lớp hạ bì phức tạp đến mức không thể nuôi cấy hoàn chỉnh trong phòng thí nghiệm. Chúng ta thậm chí còn chưa biết hết các thành phần của nó, ông Johan Junker, Phó giáo sư tại Đại học Linköping, chuyên gia phẫu thuật tạo hình, người dẫn đầu công trình, cho biết. Đó là lý do tại sao chúng tôi tin rằng, có thể cấy ghép các “viên gạch” cấu tạo ban đầu và để cơ thể tự hoàn thiện lớp hạ bì.
μInk - mực sinh học tạo ra cấu trúc da chứa tế bào
GS Junker và nhóm của ông đã thiết kế một loại mực sinh học có tên là “μInk”. Loại mực này chứa các tế bào nguyên bào sợi (fibroblasts) - tế bào sản xuất các thành phần của hạ bì như collagen, elastin và axit hyaluronic - được nuôi cấy trên bề mặt các hạt gelatin xốp nhỏ và bao bọc trong một lớp gel axit hyaluronic. Khi được in 3D, chúng tạo ra một cấu trúc da với mật độ tế bào cao theo ý muốn.
Trong thí nghiệm cấy ghép trên chuột, các nhà nghiên cứu xác nhận rằng, tế bào sống đã phát triển bên trong các mảnh mô được tạo ra từ μInk, đồng thời tiết ra collagen và tái tạo các thành phần của lớp hạ bì. Các mạch máu mới cũng phát triển bên trong phần da được ghép.
REFRESH - công nghệ tạo ra mạng lưới mạch máu
Mạch máu đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc xây dựng mô nhân tạo. Dù nuôi cấy bao nhiêu tế bào, nếu không có mạch máu, oxy và chất dinh dưỡng không thể được vận chuyển đến từng tế bào. Cấu trúc mô càng lớn, các tế bào ở trung tâm sẽ chết dần vì thiếu dưỡng khí.
Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã tạo ra công nghệ REFRESH. Công nghệ này sử dụng máy in 3D để dệt nên các sợi hydrogel (gel chứa 98% nước) bên trong cấu trúc da. Các sợi này bền chắc hơn nhiều so với vật liệu gel thông thường, có thể giữ nguyên hình dạng ngay cả khi bị thắt nút hoặc bện lại.
Điểm đặc biệt nhất là các sợi này có thể bị phân hủy hoàn toàn dưới tác động của một loại enzyme đặc hiệu mà không để lại dấu vết. Khi sợi hydrogel biến mất, sẽ để lại một hệ thống kênh rỗng cho mạch máu phát triển sau này.
Hướng tới ứng dụng lâm sàng
Bằng cách tích hợp hai công nghệ trên, các nhà khoa học có thể đưa một mạng lưới mạch máu được thiết kế tự do vào bên trong lớp da nhân tạo dày, giàu tế bào, cho phép oxy và chất dinh dưỡng đến được mọi ngóc ngách.
Vẫn còn nhiều thách thức để đưa công nghệ này từ phòng thí nghiệm đến bệnh viện. Tuy nhiên, đây vẫn được xem là một nghiên cứu đột phá, có tiềm năng giải quyết những vấn đề tồn tại lâu nay trong y học tái tạo./.
