Ngay khi lời của Ngô Hoà vang lên, mọi người có mặt tại đó đều gật đầu đồng ý. Khó khăn lớn nhất của công nghệ in 3D vẫn nằm ở việc in ra các cơ quan và mô có độ chính xác cao; làm thế nào để in được những cấu trúc này là vấn đề lớn nhất đối với tất cả các nhà nghiên cứu khoa học.

Để in ra những cơ quan và mô có độ chính xác cao, trước tiên phải hiểu rõ bản chất của chúng. Chỉ khi nắm được cách các tế bào trong cơ quan được sắp xếp và kết hợp với nhau một cách chi tiết, thì những cấu trúc được in ra mới có thể giữ được tính sống, tồn tại được trong cơ thể bệnh nhân và thay thế hoàn hảo chức năng của các cơ quan ban đầu.

Để hiểu rõ cách sắp xếp các tế bào, cần phải tiến hành nghiên cứu chi tiết về cấu trúc các cơ quan con người. Mặc dù trên thế giới đã có một số tài liệu nghiên cứu chuyên sâu, nhưng việc xác định chính xác thứ tự sắp xếp các tế bào vẫn là điều chưa ai thực hiện được. Vì vậy, nhiệm vụ quan trọng nhất đối với Ngô Hoà và nhóm của anh ta là phải có được các dữ liệu mô hình số chi tiết về từng loại cơ quan. Chỉ khi xây dựng được những mô hình số này, công nghệ in 3D sinh học mới có thể được triển khai thành công.

Principles of biological 3D printers are similar to those of ordinary 3D printers, but they are much more complex, and the difficulty level increases significantly. Ordinary 3D printers create models by decomposing them mathematically; the internal structure of the printed objects is usually honeycomb-like or hollow, with only the outer shell remaining. This approach helps reduce material consumption and lower costs. Additionally, because there are fewer layers being printed, the speed of production also increases greatly.

However, even though ordinary 3D printers already print objects relatively slowly, filling in the hollow areas can further increase the printing time by several times. Moreover, for all types of 3D printers – whether they use additive manufacturing techniques or light curing processes – there is always a parameter called “printing accuracy”. Due to differences in hardware and software quality, the accuracy of prints varies greatly between different printers. High-quality printers, with advanced hardware and software, naturally produce prints with higher accuracy, while cheaper printers, which sacrifice quality to save costs, tend to have less accurate prints. This difference is also reflected in the surface finish of the printed objects; high-quality printers produce surfaces that are smooth and delicate.

Các vật thể được in ra bởi những chiếc máy in 3D có chất lượng kém thường sẽ có bề mặt rất thô ráp, thậm chí còn xuất hiện những họa tiết giống như vân gỗ xoắn ốc – đó chính là dấu vết của quá trình in tăng tích.

Ngoài ra, độ chính xác trong quá trình in cũng có mối liên hệ mật thiết với thời gian in. Máy in 3D càng có độ chính xác cao thì thời gian in cũng sẽ càng kéo dài; ngược lại, nếu độ chính xác thấp thì thời gian in sẽ nhanh hơn.

Đối với các máy in 3D sinh học, tất cả những vấn đề này đều cần phải được giải quyết một cách triệt để. Đầu tiên, các cơ quan và mô được in ra phải tuân thủ chặt chẽ theo dữ liệu mô hình số hóa có độ chính xác cao, không được sai lệch chút nào. Điều này đòi hỏi máy in 3D sinh học phải có độ chính xác rất cao, đủ khả năng in ra các tế bào ở cấp độ micromet.

Thứ hai, những cơ quan và mô được in ra phải là những cơ quan thực thụ, có cấu trúc hoàn chỉnh, chứ không thể chỉ là những “vỏ rỗng” như khi sử dụng các máy in 3D thông thường – điều này chắc chắn là không thể chấp nhận được.

Tiếp theo là vấn đề thời gian in. Điều này cực kỳ quan trọng khi sử dụng máy in 3D sinh học để sản xuất các cơ quan và mô. Chúng ta cần đảm bảo rằng việc in ra các cơ quan này vừa phải đạt độ chính xác cao, vừa phải diễn ra nhanh chóng.

Cần biết rằng các tế bào trong cơ thể con người không bao giờ cố định, mà luôn thay đổi liên tục. Các tế bào liên tục già đi, chết đi và sau đó được tái tạo mới. Thời gian sống của các loại tế bào khác nhau rất khác nhau: tế bào niêm mạc ruột có thể sống được 3 ngày, tế bào gan sống được 150 ngày, tế bào vị giác sống được 10 ngày, tế bào móng tay sống được từ 6 đến 10 tháng, trong khi các tế bào thần kinh trong não, tủy xương và mắt có thể sống được hàng chục năm, gần bằng tuổi thọ con người; còn các tế bào bạch cầu trong máu thì chỉ sống được vài giờ mà thôi.

Tất cả các loại tế bào này đều liên tục được thay mới, qua đó thực hiện quá trình tái tạo các cơ quan và mô. Vì vậy, thời gian in phải được rút gọn một cách nhanh chóng. Không thể chỉ vì muốn đảm bảo độ chính xác mà để quá nhiều thời gian. Nếu thời gian in quá dài, các cơ quan và mô được tạo ra sẽ mất đi tính sống, trở thành những “khối thịt chết”, không còn giá trị y khoa nào cả.

Vì vậy, trong lĩnh vực in 3D sinh học, thời gian cũng là một trong những thách thức quan trọng mà các nhà nghiên cứu cần phải vượt qua.

Cuối cùng, và cũng là thách thức khó khăn nhất, đó là làm thế nào để đảm bảo tính sống của các cơ quan được

Không chỉ trong quá trình in ấn mà cả sau khi các cơ quan, mô được in ra cũng phải giữ được tính sống; đồng thời, những vật tư tiêu hao cần thiết cho quá trình in ấy – tức là chính các tế bào – cũng phải giữ được tính sống. Chỉ có những tế bào còn sống mới có thể tạo thành những cơ quan, mô hoạt động bình thường. Nếu các tế bào chết đi, thì những thứ được in ra chắc chắn sẽ chỉ là những khối mô không còn sống được nữa.

Hàng Kỹ Thuật này có độ khó rất cao; việc đảm bảo rằng tất cả các tế bào đều phải khỏe mạnh và còn sống là điều kiện tiên quyết. Nếu có quá nhiều tế bào chết, điều đó sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của các cơ quan, mô được in ra, thậm chí còn ảnh hưởng đến tỷ lệ sống sót và tính toàn vẹn về chức năng của chúng.

Hơn nữa, những tế bào này còn phải trải qua quá trình in ấn; vì vậy, làm thế nào để đảm bảo tỷ lệ sống sót của chúng cũng là một thách thức lớn đối với các nhà nghiên cứu khoa học.

Thực ra, những khó khăn trong Hàng Kỹ Thuật này còn nhiều hơn nữa; ngay cả những vấn đề tưởng chừng không quan trọng cũng có thể trở thành rào cản lớn trong quá trình triển khai. Ví dụ, tùy thuộc vào loại cơ quan, mô khác nhau, cấu trúc của chúng cũng sẽ khác nhau; mặc dù tất cả đều được tạo thành từ tế bào, nhưng hình dạng và cách sắp xếp các tế bào lại rất khác nhau. Những cách sắp xếp khác nhau sẽ tạo ra những cấu trúc mô khác nhau.

Chẳng hạn, làm thế nào để in ra mạng lưới mạch máu quan trọng trong các cơ quan, mô? Làm thế nào để in ra các phần chứa chất béo hay phần sụn? V.v.

Vì vậy, chiếc máy in 3D sinh học này có thể không chỉ cần một đầu phun duy nhất để thực hiện công việc in ấn; có thể sẽ cần nhiều đầu phun khác nhau thay phiên nhau hoạt động. Đồng thời, cũng không thể chỉ sử dụng một loại vật tư tiêu hao (tế bào) duy nhất; có thể sẽ cần chuẩn bị nhiều loại vật tư khác nhau để đáp ứng nhu cầu in ấn cho các phần cấu trúc khác nhau của cơ quan, mô.

Chỉ thông qua cách này, chúng ta mới có thể thực hiện việc sao chép và in ấn các cơ quan, mô con người với độ chính xác cao, từ đó tạo ra những cơ quan, mô khỏe mạnh đủ tiêu chuẩn y khoa để được ghép vào cơ thể bệnh nhân, giúp kéo dài cuộc sống của họ.