"In" xương người bằng công nghệ 3D

Các nhà khoa học tại Đại học Bang Washington, Mỹ, đã phát triển phương pháp sử dụng máy in 3D để tạo ra những cấu trúc xương nhân tạo phục vụ điều trị chấn thương. Công nghệ này hướng tới những sản phẩm có đặc điểm được mô tả là giống hệt xương tự nhiên, mở ra khả năng thay thế phần xương cơ thể bị hỏng. Thay vì dùng một mảnh ghép cố định lâu dài, xương nhân tạo có thể hỗ trợ cơ thể trong giai đoạn chờ mô xương mới hình thành. Vật liệu chính của sản phẩm là bột canxi photphat, loại chất có thể được đưa vào vị trí xương tự nhiên bị tổn thương để tạo thành một bộ khung tạm thời. Bộ khung này duy trì cấu trúc cần thiết trong vài năm, giúp các tế bào xương mới có thời gian phát triển và lấp đầy khu vực bị thiếu hụt. Khi nhiệm vụ hoàn tất, vật liệu nhân tạo sẽ tự phân hủy, không gây ảnh hưởng đến sức khỏe theo thông tin được nhóm nghiên cứu công bố. Điểm đáng chú ý nằm ở khả năng tạo hình linh hoạt của máy in 3D, thiết bị có thể sản xuất nhiều dạng xương khác nhau phù hợp với từng vị trí trên cơ thể. Quy trình bắt đầu bằng việc trải bột canxi photphat thành từng lớp, sau đó phủ lên bề mặt một lớp kết dính nhựa rất mỏng. Máy lặp lại thao tác phủ bột và kết dính nhiều lần, cho đến khi hình dạng xương hoàn chỉnh xuất hiện theo thiết kế ban đầu. Sau khi rời máy in, sản phẩm chưa thể sử dụng ngay mà cần trải qua các bước xử lý nhằm loại bỏ phần vật liệu không cần thiết và ổn định cấu trúc. Các nhà khoa học sấy khô sản phẩm, lau sạch bề mặt, rồi đưa sản phẩm vào lò nung trong hai giờ ở nhiệt độ 1.250 độ C. Quá trình nhiệt này giúp hoàn thiện mẫu xương trước khi các nhà nghiên cứu đánh giá khả năng sử dụng trong điều trị. Công nghệ mới được kỳ vọng hỗ trợ những bệnh nhân bị mất hoặc tổn thương một phần xương, đặc biệt khi hình dạng vùng cần phục hồi khó đáp ứng bằng phương pháp ghép thông thường. Tuy nhiên, vật liệu canxi photphat nguyên bản có giới hạn về khả năng chịu lực, nên không phải mọi vị trí trong cơ thể đều phù hợp để áp dụng. Giáo sư Susmita Bose, đồng tác giả báo cáo trên tạp chí Vật liệu Nha khoa, cho biết phương pháp này chủ yếu phù hợp với những vị trí ít chịu lực. Để cải thiện đặc tính cơ học, nhóm nghiên cứu đã bổ sung silicat và oxit kẽm vào vật liệu canxi photphat trong quá trình phát triển sản phẩm. Những thành phần này giúp mức chịu lực của vật liệu tăng gấp đôi so với canxi photphat ban đầu, theo kết quả được nhóm công bố. Việc gia tăng độ bền có ý nghĩa quan trọng, bởi một bộ khung xương nhân tạo cần duy trì hình dạng ổn định trong thời gian cơ thể tạo ra mô mới. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm trên thỏ và chuột, đồng thời ghi nhận những kết quả được đánh giá là đầy hứa hẹn trong giai đoạn nghiên cứu. Các thử nghiệm này cung cấp dữ liệu ban đầu về khả năng tương thích và hoạt động của vật liệu khi được đưa vào cơ thể động vật. Dù vậy, thông tin hiện có mới tập trung vào kết quả thử nghiệm trên động vật, chưa cho thấy công nghệ đã được áp dụng rộng rãi cho bệnh nhân người. Nhìn tổng thể, máy in 3D đang biến bột canxi photphat thành những cấu trúc có hình dạng chính xác hơn, thay vì chỉ tạo ra các vật liệu ghép theo khuôn mẫu sẵn có. Xương nhân tạo hoạt động như một giàn giáo tạm thời, rồi nhường chỗ cho các tế bào xương mới khi cơ thể dần phục hồi vùng tổn thương. Kết quả từ Đại học Bang Washington cho thấy công nghệ này có tiềm năng hỗ trợ điều trị chấn thương, trước mắt tập trung vào các vị trí ít chịu lực và cần thêm nghiên cứu để đánh giá đầy đủ.