Máy in sinh học đang tạo ra các bản sửa lỗi sống cho các gai bị hỏng


Dành cho bác sĩ và Các nhà nghiên cứu y tế sửa chữa cơ thể người, một máy in 3D đã trở nên có giá trị như một máy chụp x quang, kính hiển vi hoặc dao mổ. Các nhà sinh học đang sử dụng máy in 3D để tạo ra các khớp hông và đầu gối bền hơn, chân tay giả và gần đây, để sản xuất mô sống gắn vào một giàn giáo của vật liệu in.

Các nhà nghiên cứu nói rằng mô in sinh học có thể được sử dụng để kiểm tra hiệu quả của việc điều trị bằng thuốc, ví dụ, với mục tiêu cuối cùng là in toàn bộ các cơ quan có thể phát triển và sau đó được cấy ghép vào bệnh nhân. Bước mới nhất hướng tới việc thay thế in 3D các bộ phận con người thất bại đến từ một nhóm nghiên cứu tại Đại học California San Diego. Nó đã được in sinh học một phần của tủy sống có thể tùy chỉnh phù hợp với chấn thương của bệnh nhân.

Trường Kỹ thuật Jacobs UCSD

Các nhà khoa học lần đầu tiên in ra các mô cấy nhỏ làm bằng softgel và lấp đầy chúng bằng các tế bào gốc thần kinh, một lần nữa sử dụng máy in. Các bộ cấy sau đó được phẫu thuật đặt bên trong một khe nhỏ trong tủy sống của chuột. Theo thời gian, các tế bào thần kinh và sợi trục mới phát triển và hình thành các kết nối mới trên tủy sống bị cắt của động vật. Các tế bào thần kinh này kết nối không chỉ với nhau mà với mô tủy sống của vật chủ và hệ thống tuần hoàn của bệnh nhân, giúp đảm bảo sự sống sót của chúng trong cơ thể. Việc in 3D chính xác cho phép ma trận mềm và ma trận di động khớp chính xác vào vết thương.

Nhóm UCSD, dẫn đầu bởi Shaochen Chen, giáo sư về kỹ thuật nano, và nhà thần kinh học Mark Tuszinski, đã công bố phát hiện của họ ngày hôm nay trên tạp chí Y học tự nhiên. Hầu hết các công việc in 3D sinh học được thực hiện trong các món ăn nuôi cấy, nhưng thí nghiệm này là duy nhất ở chỗ nhóm nghiên cứu có thể thực hiện điều này trên chuột trong phòng thí nghiệm và bởi vì các tế bào được nuôi trong phòng thí nghiệm đã thu hẹp thành công khoảng trống của tủy sống bị cắt và một phần khôi phục chuyển động đến các khu vực phía sau của động vật.

Christine Schmidt, giáo sư kỹ thuật y sinh tại Đại học Florida, người không liên quan đến nghiên cứu mới này cho biết, họ có thể định hướng lại các tế bào tạo mô sẹo và tạo ra các kết nối mới. Đây luôn là một thách thức lớn trong lĩnh vực này. Đó thực sự là cuốn tiểu thuyết.

Máy in sinh học sử dụng pipet dẫn hướng bằng máy tính để tạo lớp tế bào sống, được gọi là mực sinh học, đặt lên nhau để tạo mô sống nhân tạo trong phòng thí nghiệm. Hầu hết các máy in sinh học chỉ có thể in xuống tới 200 micron, nhưng nhóm này đã phát triển một phương pháp sản xuất mô xuống tới 1 micron, Chen nói. Độ phân giải cao hơn này có nghĩa là họ có thể tái tạo lại chính xác hơn hỗn hợp chất xám và chất trắng tạo nên tủy sống.

Nhóm nghiên cứu cũng có thể bắt chước cấu trúc của một tủy sống thực sự có chất xám ở giữa và một lớp vỏ trắng bảo vệ của các tế bào thần kinh myelin xung quanh nó. Hy vọng là kết quả là, bộ cấy ghép sẽ có thể thay thế liền mạch một phần bị tổn thương của cột sống của một người, điều mà cho đến nay vẫn chưa thể thực hiện được. "Đó là vẻ đẹp của in 3D của chúng tôi," Chen nói. "Tôi có thể bắt chước cấu trúc. Những người khác cũng không thể làm như vậy."

Nhưng Chen và nhóm của anh ấy đã vượt qua nhiều rào cản trước khi những người bị chấn thương cột sống có thể đi lại được. Đầu tiên, hầu hết các chấn thương như vậy là do nghiền nát, thay vì cắt hoặc cắt đứt hoàn toàn mô tủy sống. Trong nghiên cứu này, gai của động vật đã bị cắt. Bởi vì chấn thương trong thế giới thực thường không tạo ra một sự phá vỡ sạch sẽ, sẽ không quá dễ dàng để đơn giản đưa một phân đoạn mới vào cột sống của một người. Thứ hai, kỹ thuật này phải được thử nghiệm ở loài linh trưởng trước khi bước vào thử nghiệm lâm sàng ở người. Trong khi đó, Chen và các đồng nghiệp của mình có những ý tưởng khác về mô in sinh học, tạo ra các cơ quan nhỏ để kiểm tra hiệu quả của các phương pháp điều trị bằng thuốc khác nhau. Trong hai năm qua, nhóm nghiên cứu cũng đã tạo ra mô gan và mô tim in sinh học.

In ấn sinh học có thể được đẩy bao xa? Năm ngoái, các nhà sinh học tại Viện Y học tái sinh Wake Forest đã tạo ra bộ não in 3D đầu tiên có chứa tất cả sáu loại tế bào được tìm thấy trong giải phẫu người bình thường. Tất nhiên đó không phải là một bộ não suy nghĩ thực tế. Florida, ông Schmidt nói rằng có thể mất vài thập kỷ nữa về cả kỹ thuật và khoa học não bộ.

Ngay bây giờ, họ có thể in các vật liệu mô phỏng cấu trúc của não và thêm các dấu hiệu sinh hóa và các phân tử ma trận ngoài tế bào, theo ông Schmidt. Tuy nhiên, vẫn còn rất nhiều điều chưa biết về cách thức hoạt động của não bộ. Bio Bio in một bộ não mới nghe có vẻ như là một ý tưởng gọn gàng, có lẽ công việc khó khăn hơn là lập trình.


Thêm những câu chuyện WIRED tuyệt vời