3D BIOPRINTING / IN 3D SINH HỌC

3D Bioprinting là gì?

3D Bioprinting là công nghệ in 3D sinh học, tức là công nghệ sản xuất đắp lớp dưới sự hỗ trợ của phần mềm máy tính, với vật liệu là các tế bào, yếu tố sinh trưởng hay các vật liệu có tính tương thích sinh học. 

Vật liệu in 3D sinh học còn được gọi là Bio-Inks (mực sinh học), được sử dụng để chế tạo các mô sống và cơ quan nhân tạo bằng công nghệ in 3D.

Quy trình chung của công nghệ in 3D sinh học

Trước khi in 3D sinh học:

• Mô hình 3D sinh học có thể được thiết kế bằng phần mềm 3D. Nó cũng có thể lấy từ ảnh CT (chụp cắt lớp vi tính) và ảnh MRI (chụp cộng hưởng từ). 
• Các tế bào được trộn vào một chất lỏng để cung cấp oxy và các chất dinh dưỡng khác để nuôi sống chúng. Hỗn hợp này chính là Bio – Inks.

Trong khi in 3D sinh học:

• Bio – Inks được đặt trong bộ phận chứa vật liệu của máy in và quá trình in 3D được thực hiện.
• Tiền mô hình thành và được bảo quản trong tủ nuôi cấy để chúng phát triển thành mô hoàn chỉnh.

Sau in 3D sinh học:

• Áp dụng kích thích cơ học và hóa học vào đối tượng in 3D để bảo toàn tính cơ học và chức năng.
• Những kích thích này gửi tín hiệu đến các tế bào để kiểm soát quá trình tái tạo và phát triển của các mô.

Một số kỹ thuật phổ biến trong in 3D sinh học

In 3D sinh học phương pháp phun

Là kỹ thuật in không tiếp xúc, phun ra các giọt mực nhỏ có sự hỗ trợ của máy tính bằng 2 cách:

• In 3D phun nhiệt: sử dụng nhiệt tạo ra các bong bóng khí nhỏ để làm lực đẩy cho các Bio – Inks.
• In 3D phun áp điện: sử dụng kích thích điện tạo ra xung áp suất để phun các Bio-Inks.

In 3D sinh học phương pháp Stereographic

Là kỹ thuật sử dụng ánh sáng để trùng ngưng các vật liệu polyme để tạo ra các đối tượng sinh học 3D. Công nghệ in 3D trong phương pháp này bao gồm SLA, SLS, DLP.

In 3D sinh học phương pháp đùn

Là kỹ thuật sử dụng các công cụ cơ khí như pittong, bulong, ống bơm tiêm để vận chuyển hydrogel qua vòi phun đến khay in.

Vật liệu polyme được làm nóng và đẩy ra thông qua vòi phun bằng lực cơ học. Công nghệ in 3D trong phương pháp này đó là FDM.

Vật liệu trong công nghệ in 3D sinh học

Polyme tổng hợp: 

• Một số polyme tổng hợp như polyethylene glycol (PEG), polylactide-co-glycolide), poly(ε-caprolactone).
• Những vật liệu polyme này có độ bền cơ học và tính linh hoạt hiệu quả. Tuy nhiên, chúng lại thiếu sự kết dính, sự sinh trưởng của tế bào và ít tương thích sinh học.

Polyme tự nhiên (phân tử sinh học): protein, cacbohidrat, axit nucleic

• Protein: Collagen, Gelatin, Elastin, Fibrin, tơ, đậu nành.
• Cacbohidrat: Chitosan, Cellulose, Alginate, Pullulan, HS, CS, HA.
• Axit Nucleic: ADN, ARN.
• Những vật liệu này đều có tính khả dụng lớn, khả năng xử lý dễ dàng và tốn ít chi phí để thực hiện.

Tầm quan trọng của 3D Bioprinting

Trong nghiên cứu và phát triển thuốc: tạo ra một phương tiện thử nghiệm thuốc nhanh hơn, chi phí thấp hơn và có tính tương thích với con người tốt hơn so với thử nghiệm trên động vật.

Trong y sinh: stent đường để giúp các bác sĩ phẫu thuật nối các tĩnh mạch mà ít để lại biến chứng hơn. Một số hệ thống dẫn truyền thuốc cũng được cải thiện.

Trong công nghệ sinh học: sử dụng tế bào của chính bệnh nhân để in 3D ghép da và ghép xương, vá nội tạng hay thậm chí là cả một cơ quan thay thế.

Thịt nuôi: một loại thịt tạo ra bằng phương pháp nuôi cấy tế bào động vật.