Một bước tiến quan trọng trong kỹ thuật mô đã được ghi nhận khi các nhà nghiên cứu phát triển một kỹ thuật in 3D mới, có khả năng kiểm soát đường kính của các mạch máu được chế tạo bằng mô và thúc đẩy sự tự tái tạo của tổ hợp tế bào. Phát hiện này mở ra tiềm năng tạo ra các mạch nhỏ đường kính (SDV) với tính chất cơ học vượt trội và khả năng hỗ trợ sự hình thành nội mô, góp phần cải thiện đáng kể lĩnh vực mạch ghép nhân tạo.

Trong nhiều năm, các nhà khoa học đã nỗ lực nghiên cứu để tạo ra các mạch máu nhân tạo thay thế SDV, nhưng kết quả thường chưa đáp ứng được yêu cầu lâm sàng. Những hạn chế chủ yếu đến từ việc thiếu lớp tế bào nội mô, khiến mạch ghép dễ bị huyết khối, cũng như tính chất cơ học chưa đủ bền vững để chịu được áp lực từ dòng máu. Các phương pháp chế tạo truyền thống như điện quay hay kỹ thuật tấm tế bào tuy có tiềm năng nhưng lại tốn nhiều thời gian và công sức. Chính vì thế, công nghệ in sinh học 3D xuất hiện như một giải pháp đột phá, mang lại khả năng chế tạo nhanh chóng và chính xác các cấu trúc phức tạp của mô sinh học.

Một trong những tiến bộ đáng chú ý là kỹ thuật in kéo 3D, được phát triển bởi các nhà khoa học từ Đại học Wonkwang và Đại học Khoa học và Công nghệ Pohang. Phương pháp này kết hợp polymer tổng hợp và tự nhiên để tạo ra các cấu trúc ống nhiều lớp với đường kính có thể kiểm soát, giúp chế tạo các cấu trúc rỗng mà không cần đến vật liệu hỗ trợ hay các bước xử lý bổ sung. Điều này giúp quy trình sản xuất trở nên đơn giản và hiệu quả hơn nhiều so với các phương pháp truyền thống.

Quy trình chế tạo bắt đầu với việc in các cấu trúc nhiều lớp có lỗ rỗng bằng kỹ thuật in kéo 3D. Bằng cách điều chỉnh các thông số như số lượng cột và tốc độ nạp liệu, các nhà nghiên cứu có thể kiểm soát chính xác đường kính của mạch máu, đảm bảo chức năng vận chuyển chất dinh dưỡng và trao đổi chất trong mô. Đáng chú ý, một kết quả mang tính đột phá của nghiên cứu này là khả năng tự lắp ráp của tế bào trong SDV. Khi tế bào nội mô tĩnh mạch rốn người (HUVEC) và tế bào cơ trơn động mạch chủ người (HAoSMC) được nhúng vào polymer sinh học và in lên cấu trúc, chúng có thể tự di chuyển và sắp xếp một cách tự nhiên, tạo thành một lớp nội mô chức năng trên bề mặt trong của mạch máu. Đây là một yếu tố quan trọng giúp giảm nguy cơ huyết khối và tăng cường khả năng tích hợp của mạch ghép với cơ thể.

Bên cạnh đó, các SDV được chế tạo bằng phương pháp này thể hiện những tính chất cơ học ấn tượng, bao gồm áp suất nổ, độ giữ mối khâu và khả năng chống rò rỉ, khiến chúng trở thành lựa chọn phù hợp cho các ứng dụng lâm sàng. Sự có mặt của các lỗ rỗng không chỉ hỗ trợ quá trình hình thành nội mô mà còn tăng cường độ bền của mạch, làm cho chúng trở thành giải pháp tiềm năng để thay thế các phương pháp hiện có.

Ngoài ứng dụng trong chế tạo mạch máu, kỹ thuật in kéo 3D còn mở ra tiềm năng cho việc tạo ra các mô ống khác như thực quản. Khả năng kiểm soát đường kính và tạo điều kiện cho sự tự lắp ráp của tế bào khiến phương pháp này trở thành một công cụ linh hoạt, có thể áp dụng cho nhiều lĩnh vực trong kỹ thuật mô. Thành công của nghiên cứu này đánh dấu một cột mốc quan trọng trong y học tái tạo. Trong tương lai, các nghiên cứu sẽ tiếp tục tập trung vào việc tối ưu hóa phương pháp này và mở rộng phạm vi ứng dụng sang nhiều loại mô khác. Nếu thử nghiệm lâm sàng xác nhận được tính an toàn và hiệu quả trên bệnh nhân, kỹ thuật này có thể mở ra một kỷ nguyên mới trong ngành y học tái tạo.

Sự phát triển của công nghệ in 3D trong kỹ thuật mô, đặc biệt là kỹ thuật in kéo 3D, đại diện cho một bước tiến vượt bậc trong việc chế tạo các mạch nhỏ đường kính. Bằng cách giải quyết những thách thức quan trọng về hình thành nội mô và độ bền cơ học, phương pháp này hứa hẹn mang lại những mạch ghép có chất lượng tốt hơn, tăng khả năng thành công trong ghép mạch và giảm thiểu nguy cơ biến chứng cho bệnh nhân. Trong tương lai, cùng với sự phát triển của công nghệ, in sinh học 3D không chỉ góp phần thay đổi y học mạch máu mà còn có thể tạo ra nhiều ứng dụng đột phá trong lĩnh vực y học tái tạo.

Tài liệu tham khảo:
Jeong, H.-J., Nam, H., Kim, J.-S., Cho, S., Park, H.-H., Cho, Y.-S., Jeon, H., Jang, J., & Lee, S.-J. (2023). Dragging 3D printing technique controls pore sizes of tissue engineered blood vessels to induce spontaneous cellular assembly. Bioactive Materials, 31, 590–602. https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2023.07.021