Máy in tạng người

Hai nhà nghiên cứu người Mỹ là Thomas Bolan, trợ lý công nghệ sinh học tại Đại học Clemson, bang Caroline và Giáo sư Vladimir Mironov, Giám đốc Phòng nghiên cứu Trường đại học Y bang Caroline, Mỹ, vừa thành công trong việc tạo ra một hệ thống mao mạch sống theo mô hình trên máy tính. Điều đáng ngạc nhiên nhất trong phát minh này là công cụ mà các nhà khoa học dùng để ghép các tế bào sống theo lệnh của máy tính lại chỉ là một chiếc máy in phun màu đơn giản được cải tiến.

Theo Thomas Bolan, phát minh mới này chỉ là bước đầu chứng tỏ tính khả thi của phương pháp tạo tạng người. Trong 5 năm nữa, họ có thể tạo ra các bộ phận cơ thể. Công nghệ mới này nếu đạt được kết quả như vậy sẽ làm đảo lộn hoàn toàn khái niệm cho và ghép tạng. Chiếc máy in của hai nhà nghiên cứu trên có thể tạo ra mạch máu, chiếc van tim, thậm chí là cả quả thận hay toàn bộ lá gan từ các tế bào được lấy ra của bệnh nhân.

Protéine trong các ống mực in

Thomas Bolan kể lại: “Cách đây 2 năm, công việc phụ tá giáo sư trong trường đại học đòi hỏi tôi phải đưa các protéine và các mẫu ADN vào các ống mực in pétri... Và để làm được điều này đòi hỏi tôi phải có cách làm đơn giản và tiết kiệm thời gian cũng như công sức. Do kích thước của các protéine và các mẫu ADN quá nhỏ, nên tôi cần phải có sự trợ giúp của các ống hút chất lỏng cực nhỏ và kính hiển vi.

Tuy nhiên, trong khi quan sát một chiếc máy in màu, tôi chợt phát hiện chiếc máy in này có tất cả những thành phần tôi cần để sắp đặt các phân tử ADN hay protéine lên một bề mặt theo lệnh của máy tính. Những di chuyển của đầu in mực so với tờ giấy cho phép in ở bất cứ vị trí nào theo tọa độ X, Y. Trong khi đó, với các ống mực hiện có của máy in màu làm tôi nảy ra ý định, trút bỏ toàn bộ số mực trong ống và thay vào đó là các thành phần khác nhau mà tôi đang cần sắp xếp".

Xuất phát từ ý nghĩ này, Thomas Bolan đã tiến hành những thử nghiệm đầu tiên vào cuối năm 2000. Trước hết, ông trút bỏ toàn bộ số mực có trong ống, rửa thật sạch và đổ đầy các ống mực này các dung dịch cần sử dụng. Nên biết rằng máy in thiết kế ra là để tái tạo một hình ảnh, chữ viết lên trên giấy, do vậy nó không thể sử dụng được một plaquette bằng thủy tinh và còn khó hơn với một ống mực pétri.

Nhưng thật may, các trục cuốn bằng cao su của máy in lại lùi vào so với đầu in, do vậy Thomas Bolan đã nảy ra ý định gắn các ống pétri lên trên các tờ giấy in trước khi cho đem in. Sau đó, Bolan còn sử dụng chiếc môtơ của trục cuốn giấy in để di chuyển “cỗ xe” trên đó các đầu in sẽ di chuyển từ phải qua trái. Do vậy, các đầu in này có thể di chuyển theo chiều ngang hay chiều dọc bên trên mặt nền cố định, mà ở đó ống pétri được gắn chặt.

Cách làm trên của Thomas Bolan thực sự hiệu quả khi xuất hiện một chất gel sử dụng trong ngành y. Chất gel này sẽ đóng cứng lại ngay khi nhiệt độ vượt quá 32^oC và hóa lỏng khi nhiệt độ tụt xuống dưới 20^oC và nó cho phép chuyển từ các cấu trúc mặt phẳng hai chiều, sang cấu trúc ba chiều bằng cách sử dụng chất này như một loại “cốp pha” để đặt và lấp đầy các lớp tế bào với sự giúp đỡ của máy in. Nếu không có chất gel này, các tế bào ghép có thể sẽ bị sụp xuống trong quá trình lấp đầy mô hình tế bào 3 chiều. Chỉ cần đổ chất này vào một trong số các ống đựng mực in là đủ và với điều kiện các tế bào phải ở cạnh nhau. Ở thể rắn, chất gel này duy trì được các tế bào tại chỗ trong thời gian các tế bào ghép lại với nhau, sau khi nhiệt độ giảm, chất này sẽ tự động bị loại ra.

“Chính nhờ vào cách làm này tôi đã tái tạo được một hệ thống mao mạch. Kết quả này rất đáng khích lệ, nhưng tôi hy vọng sẽ cải thiện hơn nữa để tạo ra các mao mạch có kích thước lớn hơn, như là các động mạch, tĩnh mạch và cuối cùng là các bộ phận cơ thể” - Thomas Bolan cho biết. Một khi đạt được kết quả trên, đây sẽ thực sự là một cuộc cách mạng trong việc cấy ghép bộ phận cơ thể. Bởi lẽ, chỉ cần trích tế bào từ một bộ phận của cơ thể người bệnh, nuôi trong ống nghiệm, rồi sử dụng chúng để chế tạo ra bộ phận cơ thể đó. Công việc này gần giống với việc tự ghép và sẽ loại bỏ được nguy cơ đào thải của cơ thể người nhận bộ phận cấy ghép.

Tuy nhiên, chúng ta chưa đạt được mức độ đó, vì chẳng hạn, ngay khi tăng kích thước bộ phận cơ thể cần “in”, có rất nhiều vấn đề phát sinh. Vấn đề khó khăn nhất vẫn là làm thế nào để duy trì các tế bào ở sâu bên trong bề mặt bộ phận cơ thể luôn ở trạng thái sống. Thật vậy, việc ghép, nhất là việc liên kết giữa các tế bào không thể diễn ra ngay tức thì. Song, làm thế nào để duy trì các tế bào ở trạng thái sống mà không cần hệ thống mao mạch? Nếu như chiếc máy in của hai nhà khoa học người Mỹ có khả năng tái tạo được các mao mạch và dần dần có thể cả một bộ phận cơ thể, thì cách làm của họ khó khả thi vì nó sẽ bị lấp kín bởi chất gel dùng làm chất duy trì.

Thomas Bolan công nhận đây là một thách thức lớn, nhưng ông cũng cho rằng việc tạo ra tạng người không phải là điều viển vông. Bởi lẽ giai đoạn “in tế bào” có thể kéo dài trong 2 tiếng đồng hồ, một khoảng thời gian đủ để cho các tế bào sống mà không cần ôxy hay các chất nuôi dưỡng chúng. Hơn nữa, nếu quá trình hình thành của bộ phận cơ thể kéo dài, khi đó ta có thể sử dụng các dung dịch loại trừ chất gel. Và điều này đã được các nhà khoa học hiện đang sử dụng. Theo đó, khi loại chất gel này ra khỏi các mạch máu, các dung dịch này có thể tưới cho các tế bào trước khi hình thành một bộ phận hoàn tất. Giai đoạn khó khăn này có thể được cải thiện bằng cách sử dụng chất như collagène để kích thích những liên kết tế bào