In 3D trái tim con người: Tình trạng nghệ thuật năm 2020
Ngày tạo: 12/10/2020 11:52:05 SAIn sinh học 101
Các cơ quan được in sinh học có thể loại bỏ thâm hụt lớn trong ngành cấy ghép
In sinh học 3D là việc sử dụng các kỹ thuật sản xuất phụ gia kết hợp các tế bào, hợp chất và vật liệu sinh học để tạo ra các mô và cấu trúc được công nghệ sinh học. Không giống như in 3D FDM truyền thống , in sinh học sử dụng một thứ gọi là bioink , một hỗn hợp các vật liệu hữu cơ và vô cơ, để làm mô hình.
Như bạn có thể tưởng tượng, công nghệ này rất quan trọng đối với ngành y tế. Công dụng chính của nó là cứu sống hàng triệu bệnh nhân đang cần một cơ quan thay thế hoặc cấy ghép. Hiện tại, khoảng 20 người chết mỗi ngày ở Hoa Kỳ để chờ một cơ quan thay thế.
Để làm cho mọi thứ tồi tệ hơn, vật chủ bị từ chối nội tạng có thể yêu cầu một người khác thay thế. Có thể in 3D các cơ quan nhân tạo bằng cách sử dụng tế bào của chính bệnh nhân có thể giúp loại bỏ cả vấn đề thải ghép và tình trạng thiếu nội tạng trong lĩnh vực cấy ghép.
Cho đến nay, một trái tim sinh học 3D hoàn chỉnh vẫn chưa được chế tạo hoặc cấy ghép thành công. Tuy nhiên, nhiều công ty và nhóm nghiên cứu đã và đang tiến tới một trái tim in 3D đầy đủ chức năng. Hãy nhảy vào một số dự án hứa hẹn nhất.
WFIRM: Mô tim được kỹ thuật hóa sinh học
WFIRM phát triển hơn 30 mô và cơ quan khác nhau
Tiến sĩ Anthony Atala, giám đốc của WFIRM , là một tên tuổi lớn trong lĩnh vực in sinh học 3D. Vài năm trước, nhóm của ông đã thiết kế (không in 3D) và cấy ghép bladder vào bệnh nhân sống . Hiện tại, viện phát triển hơn 30 mô và cơ quan khác nhau.
CÁCH THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỔI MỚI
Vào tháng 4 năm 2018, nhóm WFIRM đã xuất bản một bài báo mô tả cách họ in 3D sinh học mô tim co bóp và chức năng bằng cách sử dụng tế bào tim chuột. Những tế bào này được treo trong liên kết sinh học và được in thành cấu trúc tương tự như mô tim của con người.
Họ có thể kiểm tra tác động của các hormone như adrenaline và carbachol, dẫn đến sự thay đổi nhịp tim dự kiến trong mô tim được in, giống như những gì xảy ra trong cấu trúc hữu cơ.
NHỮNG PHÁT TRIỂN MỚI NHẤT
Vào đầu năm 2020, WFIRM đã thông báo về việc tạo ra một “mô hình” cơ thể người thu nhỏ , chứa các mô người khác nhau đã được kỹ thuật hóa sinh học sẽ được sử dụng đặc biệt để thử nghiệm thuốc. Các cấu trúc organoid nhỏ bé có kích thước xấp xỉ một phần triệu kích thước của người lớn và bao gồm các mô tim nhỏ.
Tiến sĩ Atala nói rằng khả năng quan trọng nhất của mô hình phòng thí nghiệm người nhỏ là “xác định xem một loại thuốc có độc hại đối với con người trong quá trình phát triển rất sớm hay không”, điều này có tác động rất lớn đến việc thử nghiệm thuốc thử nghiệm.
Để tham quan phòng thí nghiệm của WFIRM và nghe thêm về những gì họ đang làm, hãy xem video bên dưới.
Đại học Tel Aviv: Trái tim thu nhỏ
Trái tim người được in 3D đầy đủ mạch máu đầu tiên
Vào tháng 4 năm 2019, tin tức toàn cầu tràn ngập với thông báo về một trái tim in 3D thành công sắp ra đời từ Trường Công nghệ Sinh học và Tế bào Phân tử của Đại học Tel Aviv.
Đây là lần đầu tiên một trái tim người đầy đủ mạch máu hoàn toàn được in 3D bằng cách sử dụng tế bào người. Và trong khi nó là một mô hình thu nhỏ, nó là một thành tựu to lớn và là một bước tiến quan trọng đối với việc in sinh học các cơ quan chức năng của con người.
CÁCH THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỔI MỚI
Các tế bào của con người được lấy từ mô mỡ của đối tượng thử nghiệm và được cải tạo để trở thành tế bào gốc, sau đó cho phép chúng phân biệt các tế bào thành các loại tế bào tim khác nhau có trong tim. Các tế bào “tim” mới này được trộn với các vật liệu vô cơ để tạo ra các liên kết sinh học cuối cùng đã được in 3D.
Bằng cách sử dụng các tế bào của chính bệnh nhân, ý tưởng là loại bỏ mọi cơ hội đào thải cơ quan mới được kỹ thuật hóa sinh học. Từ chối là một vấn đề lớn đối với việc cấy ghép nội tạng, và thật không may, nhiều người nhận tim xuất hiện các triệu chứng trong năm đầu tiên sau khi phẫu thuật.
Thử thách tiếp theo đối với nhóm của TAU là làm trưởng thành các tế bào biệt hóa này và làm cho chúng hoạt động như dự định. Giáo sư Tal Dvir, người đứng đầu nhóm nghiên cứu, hy vọng rằng, trong vòng 10 năm, “sẽ có máy in nội tạng ở các bệnh viện tốt nhất trên thế giới và các quy trình này sẽ được tiến hành thường xuyên”.
Xem video này từ Washington Post, báo cáo về công việc của phòng thí nghiệm. Bạn sẽ thấy cận cảnh cách họ đã tạo ra trái tim nhỏ.
Phòng thí nghiệm Harvard Lewis: Kỹ thuật in sinh học mới lạ
Vật liệu in 3D bị loại bỏ, để lại các kênh cho phép máu lưu thông
Tuy nhiên, một công ty lớn khác trong lĩnh vực in sinh học, Phòng thí nghiệm Lewis tại Viện Kỹ thuật Lấy cảm hứng Sinh học Wyss của Harvard gần đây đã công bố một kỹ thuật mới có khả năng giúp trái tim in 3D trở thành hiện thực. Phòng thí nghiệm do Giáo sư Jennifer A. Lewis đứng đầu, người đặt tên cho phòng thí nghiệm.
CÁCH THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỔI MỚI
Kỹ thuật in sinh học mới này được gọi là SWIFT, một từ viết tắt của việc viết tế bào vào mô chức năng . Kỹ thuật này lấy các tế bào sống làm ma trận và in 3D các kênh mạch vào chúng. Vật liệu in 3D sau đó được loại bỏ bằng cách áp dụng nhiệt, để lại các kênh hoạt động như cấu trúc mạch máu cho phép máu chảy qua.
Kỹ thuật in sinh học 3D thông thường hoạt động với các tế bào yêu cầu trưởng thành trong lò phản ứng sinh học để “trở nên sống động” và có được chức năng cụ thể cần thiết trong cơ quan được in 3D. Các liên kết sinh học được sử dụng trong các kỹ thuật này cũng thiếu mật độ thực tế của các mô người. Kỹ thuật SWIFT bỏ qua cả hai vấn đề vì nó hoạt động với các tế bào sống đã được đóng gói ở mật độ mong muốn.
Nhóm nghiên cứu đã in thành công các kênh mạch máu được in 3D thành các tế bào có nguồn gốc từ tim sống, tạo ra một mô tim có nhịp đập giống như tim sống. Mô này được giữ sống và đập đồng bộ trong bảy ngày , chứng tỏ rằng các kênh mạch in 3D hoạt động như dự định.
Đây là video cho thấy nhiều hơn về SWIFT và các quy trình đang diễn ra trong Phòng thí nghiệm Lewis:
Trái tim mini in 3D này mô phỏng lại nhiều đặc điểm của trái tim người
Mục tiêu của công ty Biolife4D có trụ sở tại Chicago là chế tạo thành công máy sinh học và tim người in 3D cho mục đích cấy ghép.
Vào năm 2018, họ đã chứng minh thành công quá trình in sinh học thực tế của một mảnh mô tim người , có nghĩa là mô có lưu lượng máu và có thể co lại như một trái tim thật. Những miếng dán mô tim này có thể được sử dụng để phục hồi các bộ phận của tim bị tổn thương ở bệnh nhân suy tim cấp tính.
CÁCH THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỔI MỚI
Để tạo ra những miếng dán này, một mô hình kỹ thuật số 3D của tim bệnh nhân được đưa qua máy MRI. Sau đó, một liên kết sinh học được tạo ra bằng cách sử dụng tế bào tim của chính bệnh nhân, kết hợp với các chất dinh dưỡng và vật liệu sinh học khác. Cuối cùng, các mảng mô được in 3D và trưởng thành trong lò phản ứng sinh học để sẵn sàng cấy ghép.
NHỮNG PHÁT TRIỂN MỚI NHẤT
Vào tháng 9 năm 2019, công ty đã công bố một bước đột phá lớn khác: trái tim mini in 3D thành công đầu tiên . Theo công ty, nó tái tạo nhiều đặc điểm của trái tim người và được tạo ra bằng cách sử dụng liên kết sinh học của chính nó với các đặc tính của tim người. Biolife4D cũng đã tinh chỉnh thuật toán in sinh học của mình, tối ưu hóa nó đặc biệt cho in 3D trái tim.
Theo Biolife4D, với cột mốc quan trọng mới này, vấn đề chỉ là “tối ưu hóa quy trình của chúng tôi và mở rộng công nghệ” để đạt được mục tiêu cuối cùng: một trái tim in 3D có kích thước đầy đủ và chức năng được cấy ghép thành công.
Xem video thông tin của Biolife4D về việc in trái tim dưới đây.
ETH & SAT: Van tim nhân tạo
Các van tim in 3D này có thể thay thế các van bị rò rỉ hoặc bị hỏng ở bệnh nhân thực
Mặc dù không được in sinh học, vào năm 2017, một nhóm các nhà nghiên cứu từ ETH Zurich, một trường đại học khoa học và công nghệ ở Thụy Sĩ, đã xuất bản một bài báo mô tả sự phát triển của một trái tim đập chức năng in 3D bằng silicone .
Có kích thước gần giống trái tim người và mô phỏng chức năng tương tự (xem video bên dưới), công trình của họ cho thấy chúng ta đang nhanh chóng tiếp cận khả năng thay thế tim mà không cần cấy ghép.
CÁCH THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỔI MỚI
Giống như một trái tim người thật, phiên bản silicone này có tâm thất trái và phải cũng như một buồng điều khiển hoạt động bơm thông qua không khí có áp suất. Hạn chế chính của dự án là trái tim in 3D chỉ tồn tại trong khoảng 30 phút hoặc 3.000 nhịp trước khi vật liệu biến chất và suy yếu.
NHỮNG PHÁT TRIỂN MỚI NHẤT
Vào năm 2019, cùng một nhóm nghiên cứu, phối hợp với công ty Strait Access Technologies của Nam Phi , đã phát triển van tim nhân tạo in 3D có thể thay thế van bị rò rỉ hoặc bị hỏng ở bệnh nhân thực. Các bộ phận này được in 3D bằng vật liệu tương thích với cơ thể và cung cấp chức năng lưu lượng máu giống như van thay thế thông thường.
Mặc dù van tim nhân tạo để cấy ghép đã tồn tại nhưng những van do các nhà nghiên cứu Thụy Sĩ phát triển sẽ được chế tạo riêng cho từng bệnh nhân. Nhờ hình ảnh MRI và CT, mỗi van có thể được thiết kế đặc biệt để phù hợp hoàn hảo.
Video này cho thấy cách hoạt động của trái tim silicone:
Tags: data design data design viet nam ddv mayin3D congnghein3D in3D
.jpg)
.jpg)