Công nghệ in 3D sinh học – đây là lĩnh vực tiên phong mà các nhà khoa học trên khắp thế giới đang tranh nhau nghiên cứu. Công nghệ này được coi là một trong những dự án y tế quan trọng có khả năng phá vỡ giới hạn tuổi thọ con người, và cũng là lĩnh vực tiên tiến mà các tập đoàn dược phẩm lớn cùng các phòng thí nghiệm công nghệ sinh học đều đang cạnh tranh để chinh phục.

Mặc dù công nghệ này rất được quan tâm, có rất nhiều phòng thí nghiệm, tổ chức nghiên cứu và các tập đoàn dược phẩm đang đầu tư vào lĩnh vực này, và cũng đã xuất hiện một loạt “kết quả nghiên cứu” được công bố, nhưng cho đến nay vẫn chưa ai tuyên bố rằng họ đã thành công trong việc chinh phục công nghệ này.

Vậy mà lần này, Ngô Hoà lại công bố thông tin này tại một sự kiện ra mắt hàng năm có tầm ảnh hưởng lớn; làm sao mà không thu hút sự chú ý và hứng thú của mọi người được chứ?

Ngô Hoà mỉm cười và tiếp tục giải thích: “Công nghệ in 3D sinh học gặp phải hai vấn đề kỹ thuật then chốt. Đầu tiên, bạn cần có một chiếc máy in chuyên dụng cho in 3D sinh học – đây không phải là những chiếc máy in thông thường hay máy in 3D bình thường, mà là những thiết bị y tế đặc biệt được thiết kế dựa trên cơ sở tế bào sinh học.”

Hiện tại, trên thế giới vẫn chưa có trường hợp nào thành công trong việc sử dụng loại máy in này, vì vậy chúng tôi chỉ có thể tự mình tìm tòi, tham khảo các nguyên lý liên quan đến các loại máy in khác, và tiếp tục thực hiện các thí nghiệm nghiên cứu.

Vấn đề then chốt là làm thế nào để in các tế bào sinh học thành những cơ quan, tổ chức sống và có chức năng – đây chính là điều mà chúng tôi luôn đang nghiên cứu. Tế bào sinh học không giống như những vật liệu in thông thường; chúng mang tính sống động. Làm thế nào để những tế bào này được ghép nối một cách có trật tự và tạo thành những cơ quan sống có chức năng?

Có rất nhiều vấn đề kỹ thuật cần được giải quyết trong quá trình này. Giống như khi chúng ta sử dụng máy in 3D để in ra các vật thể, chúng ta cần vật liệu in, sau đó đun chảy chúng ở nhiệt độ cao và phun chúng ra từ những lỗ phun đặc biệt; theo vị trí trong không gian, các lớp vật liệu này sẽ được xếp chồng lên nhau dần dần, cuối cùng tạo thành vật thể theo thiết kế ban đầu.

Nguyên lý hoạt động của máy in 3D phun keo thực chất cũng tương tự như máy in loại xếp chồng, chỉ khác là nó sử dụng vật liệu resin và áp dụng nguyên lý đóng rắn bằng tia cực tím để tạo ra vật thể mong muốn.

Còn máy in 3D sinh học của chúng tôi thì cần phải kết hợp những ưu điểm và nhược điểm của cả hai công nghệ này, để chọn ra phương pháp in phù hợp nhất cho tế b

Nói đến đây, Ngô Hoà dừng lại một chút, hít một hơi thật sâu rồi tiếp tục giải thích: “Mặc dù nguyên lý kỹ thuật của máy in 3D khá đơn giản – chỉ là sử dụng tọa độ không gian ba chiều để xếp chồng các vật liệu tiêu hao, cuối cùng tạo thành hình dạng của vật thể cần thiết.

Nhưng để in ra những vật thể hoàn hảo, máy in phải có độ chính xác cao. Độ chính xác này quyết định mức độ tinh xảo và chính xác của vật thể được in ra, liệu nó có đúng như yêu cầu thiết kế hay không, và liệu bề mặt của vật thể có mịn màng, đầy đủ hay không. Nếu độ chính xác không đủ, vật thể in ra sẽ rất thô ráp, thậm chí có thể xuất hiện tình trạng thiếu sót ở một số điểm, biến dạng, hoặc các vật liệu tiêu hao bị dính vào nhau.”

Mọi người đều biết rằng các cơ quan và mô trong cơ thể chúng ta đều rất tinh vi, được tạo thành từ vô số tế bào có cấu trúc được sắp xếp một cách có trật tự. Nếu độ chính xác của máy in 3D sinh học không đủ, thì không thể in ra những cơ quan và mô khỏe mạnh, hoạt động bình thường được.

Các tế bào cấu thành cơ thể con người rất nhỏ, chỉ khoảng vài micromet đến vài chục micromet; tế bào lớn nhất cũng chỉ khoảng một hai trăm micromet. Điều này khiến cho kích thước của chúng cực kỳ nhỏ – 1 micromet tương đương với 0,001 milimét, 1000 micromet mới bằng một milimét; tế bào lớn nhất cũng chỉ khoảng 0,2 milimét, gần như không thể nhìn thấy được bằng mắt thường.

Để sử dụng những tế bào này để in ra các cơ quan và mô cần thiết, độ chính xác của máy in phải rất cao – ít nhất phải cao hơn đường kính của một tế bào, tức là 0,001 milimét.

Mặc dù loài người đã sản xuất ra các chip ở cấp độ nanomet, nhưng trong lĩnh vực in 3D sinh học, đây vẫn là một lĩnh vực công nghệ tiên tiến, và rất ít người có thể đạt được thành tựu trong lĩnh vực này.

Khi độ chính xác đã đủ, vấn đề tiếp theo cần giải quyết là làm thế nào để chế tạo ra những đầu phun in có khả năng in ra các cơ quan và mô. Đây chính là yếu tố then chốt của toàn bộ máy in 3D sinh học.

Để sử dụng những tế bào có đường kính vài micromet đến vài chục micromet này để in ra các cơ quan và mô, cần phải có những đầu phun in đặc biệt. Những đầu phun này phải rất nhỏ, mới có thể cho phép những tế bào có kích thước nhỏ này đi qua một cách có trật tự.

Vì kích thước của các tế bào này không giống nhau, nên một đầu phun duy nhất không thể đáp ứng được yêu cầu. Vì vậy, trên một chiếc máy in 3D sinh học, cần có từ sáu đến mười đầu phun in có các kích thước khác nhau – từ những đầu phun siêu nhỏ có đường kính vài micromet, đến những đ

Hơn nữa, các tế bào thể này có hình dạng khác nhau: hình cầu, hình vuông, hình trụ… Vì vậy, cần phải sử dụng những loại đầu phun khác nhau để có thể in ra những tế bào này một cách chính xác.

Những đầu phun in này sẽ tự động lựa chọn và in ra những tế bào có kích thước và hình dạng khác nhau theo dữ liệu in đã được thiết lập trước đó. Điều này không chỉ đặt ra yêu cầu rất cao đối với hệ thống điều khiển thông minh của máy in 3D sinh học, mà còn đòi hỏi tính chính xác trong quá trình in, cũng như sự phối hợp ăn ý giữa các loại đầu phun in có thông số kỹ thuật khác nhau.

Ngoài ra, còn một vấn đề không thể bỏ qua, đó là nguyên liệu được sử dụng để in chính là các tế bào sống. Những tế bào này vốn rất hoạt động mạnh mẽ; vì vậy, việc lưu trữ chúng một cách an toàn, đồng thời đảm bảo rằng chúng có thể được đưa vào đầu phun để in mà không gặp phải tình trạng tắc nghẽn, nén ép hay chết tế bào, là một thách thức rất lớn đối với hệ thống cung cấp nguyên liệu của máy in 3D sinh học này.

Làm thế nào để bảo quản những tế bào này cũng là một vấn đề khiến các chuyên gia kỹ thuật nghiên cứu khoa học rất đau đầu. Bởi vì những tế bào này rất mong manh, chỉ cần không cẩn thận một chút là có thể bị hỏng. Hơn nữa, tuổi thọ của chúng khá ngắn; việc kiểm soát quá trình sống, phân chia, biệt hóa, di truyền và biến đổi gen của chúng cũng là những thách thức kỹ thuật vô cùng khó khăn.

Vì vậy, cần phải có một thiết bị lưu trữ đặc biệt để bảo vệ những tế bào này và đảm bảo rằng chúng được vận chuyển một cách an toàn đến đầu phun in. Sau nhiều nghiên cứu và thử nghiệm liên tục, các chuyên gia kỹ thuật của chúng tôi cuối cùng đã phát triển thành công một công nghệ lưu trữ dạng lỏng, giúp giải quyết được vấn đề này.

Công nghệ lưu trữ dạng lỏng này áp dụng phương pháp hòa tan các tế bào sinh học vào một dung dịch bảo quản đặc biệt. Loại dung dịch này có khả năng duy trì hoạt tính của các tế bào, và vì các tế bào được bao quanh bởi chất lỏng, nên chúng khó bị nén ép, và quá trình vận chuyển cũng ít gặp phải sự cố tắc nghẽn.