Trái tim người được in 3D Squishy này có cảm giác giống như thật

Ngày tạo: 25/11/2020 4:45:23 CH

Một kỹ thuật thông minh cho phép các nhà khoa học quét một trái tim và tái tạo nó trong súp gelatin. Nó giống như làm thạch, cách duy nhất hữu ích hơn cho các bác sĩ phẫu thuật.

TRONG PHẦN GIỚI THIỆU loạt phim khoa học viễn tưởng Westworld của HBO, một máy in 3D tạo ra các robot hình người, lắp ráp một cách tinh vi những phức tạp đáng kinh ngạc của hình dạng con người để những robot đó có thể tiếp tục — cảnh báo hư hỏng — làm những việc nghịch ngợm. Rốt cuộc, cần rất nhiều sự phối hợp cơ sinh học để giết rất nhiều người bằng xương bằng thịt.

Nói về: Các nhà nghiên cứu vừa thực hiện một bước tiến khoa học trong việc biến máu thịt in 3D thành hiện thực. Gần đây, trên tạp chí ACS Biomaterials Science & Engineering, một nhóm đã mô tả cách họ sử dụng lại một máy in 3D giá rẻ thành một chiếc có khả năng biến ảnh chụp MRI tim người thành một thiết bị tương tự có kích thước đầy đủ có thể biến dạng mà bạn thực sự có thể cầm trên tay. Bóp nó và nó sẽ cho ra như thật. Mở nó ra và bạn sẽ tìm thấy các khoang. Ý tưởng không phải là một ngày nào đó sẽ nhận ra những hình người giết người ở Westworld, mà là để cung cấp cho các bác sĩ phẫu thuật một cách tốt hơn để thực hành trên trái tim của bệnh nhân trước khi phẫu thuật. Sự tiến bộ cuối cùng có thể dẫn đến trái tim in 3D hoạt động đầy đủ và cung cấp cho các nhà phát triển thiết bị y tế một nền tảng chưa từng có để thử nghiệm sản phẩm của họ.

Các nhà nghiên cứu gọi kỹ thuật của họ là Sự nhúng có thể đảo ngược tự do của hydrogel lơ lửng, hoặc FRESH. Họ bắt đầu bằng việc quét một trái tim thật và chuyển dữ liệu thành thứ mà máy in 3D có thể đọc được. Vì thiết bị hoạt động bằng cách đặt các lớp vật liệu chồng lên nhau nên chúng chạy hình ảnh 3D thông qua chương trình máy cắt. Adam Feinberg, một kỹ sư y sinh tại Đại học Carnegie Mellon, người đồng ủy quyền cho loại giấy mới này cho biết: “Đối với mỗi lớp, về cơ bản, nó xác định đường dẫn mà vật liệu sẽ được đùn, và sau đó đưa nó đến máy in.

Máy in đó tạo ra alginate - một vật liệu mềm có nguồn gốc từ rong biển - mà các nhà nghiên cứu đã chọn vì giá thành rẻ và giống với đặc tính vật chất của mô tim người. Nhưng thay vì đùn nó vào không khí, như một máy in 3D thông thường có thể làm khi xây dựng một thứ gì đó từ nhựa, điều này sẽ ép trái tim ersatz thành một hộp chứa gel hỗ trợ, cụ thể là gelatin.

Feinberg nói: “Tôi có một phép tương tự là: Hãy tưởng tượng bạn đang in bên trong gel vuốt tóc. Hãy nghĩ đến những bong bóng nhỏ lơ lửng trong chai gel đó — vật liệu đang cung cấp đủ hỗ trợ để chúng nổi vô thời hạn, hoặc ít nhất là cho đến khi bạn bóp gel ra khỏi chai. Trong trường hợp này, gelatin cung cấp đủ lực để kim của máy in 3D trượt qua. Feinberg nói: “Bất cứ thứ gì bạn ép ra vẫn được nhúng vào đúng vị trí, giống như những bọt khí trong gel vuốt tóc.

Và bây giờ cho một thứ hoàn toàn khác khi nói đến nghệ thuật của trái tim nhân tạo: những bức ảnh jello. Sau khi in xong nội tạng, các nhà nghiên cứu cần một cách để làm tan mạng lưới gel bao quanh nó và họ sử dụng một phương pháp quen thuộc. Feinberg nói: “Tôi nghĩ rất nhiều người đã trải nghiệm điều này khi sử dụng gelatin trong nướng bánh hoặc làm bánh jello. “Nó thực sự là một chất lỏng khi bạn làm ấm nó, nhưng nó sẽ trở thành một chất gel đặc khi bạn làm lạnh nó. Và vì vậy chúng tôi tận dụng điều đó ”. Khi họ đã sẵn sàng để chiết xuất trái tim, tất cả những gì Feinberg phải làm là nâng nước tắm lên đến nhiệt độ cơ thể, làm tan chảy gel hỗ trợ và để lại cấu trúc in 3D.

Các bác sĩ phẫu thuật lập kế hoạch hoạt động trước đây đã sử dụng trái tim in 3D dựa trên bản quét nội tạng của bệnh nhân. Nhưng chúng đã được làm theo cách cổ điển: bằng nhựa cứng. Trái lại, trái tim alginate mới này có độ đàn hồi tương tự như mô thật. Feinberg nói: “Khi bạn bóp vào nó hoặc ấn vào nó, nó sẽ biến dạng cùng một lượng, rõ ràng là nhiều hơn so với cao su hoặc nhựa cứng. Điều này làm cho nó trở thành một công cụ thực tế hơn nhiều, cho phép các bác sĩ phẫu thuật, chẳng hạn, thực hành khâu khâu, điều không thể xảy ra đối với chất dẻo không thể xuyên thủng.

Làm thế nào để quét MRI trở thành một trái tim alginate. Ở phía dưới, bạn có thể thấy các cấu trúc bên trong được bảo tồn. CHỤP ẢNH: EMAN MIRDAMADI, DANIEL SHIWARSKI, JOSHUA TASHMAN

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu đã in 3D một phần riêng biệt của động mạch vành bằng kỹ thuật tương tự để xem liệu nó có thể tưới máu hay có khả năng mang máu. Chắc chắn, khi họ bơm máu giả vào, động mạch sẽ giữ chặt chất lỏng mà không bị rò rỉ. Feinberg nói, đó là một bước tiến tới việc tạo ra một trái tim với hệ mạch liên kết. Bằng cách đó, các bác sĩ phẫu thuật có thể thực hành khâu động mạch với máu vẫn chảy.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu này hy vọng cuối cùng sẽ "tế bào hóa" trái tim đã in, hoặc thêm các tế bào cơ tim của con người vào cấu trúc, để làm cho nó hoạt động như thật. Chúng đã được trồng trong phòng thí nghiệm, nơi các nhà khoa học lấy tế bào gốc và biệt hóa chúng thành tế bào tim. Vấn đề, ít nhất là vào lúc này, là trên thực tế, chúng chỉ có thể tạo ra 100 triệu tế bào cùng một lúc. Để có một trái tim kích thước đầy đủ, bạn cần 100 tỷ tế bào. Tuy nhiên, Feinberg nói, “một khi điều đó đã được giải quyết, chúng tôi có công nghệ chế tạo này ngay bây giờ đã sẵn sàng hoạt động.”

Vì vậy, khi nào chúng ta có thể đưa nội tạng sinh học 3D vào hoạt động? Feinberg nói: “Câu trả lời là hơn 10 năm. “Chúng tôi còn rất nhiều việc phải làm trước khi đến đó.” Rốt cuộc, đây là một cơ quan có hệ mạch phức tạp, vì vậy chúng phải mở rộng quy mô hoạt động trên động mạch đến toàn bộ trái tim. Và để nó thực sự hoạt động như một cơ bắp đòi hỏi những tiến bộ trong quá trình sản xuất tế bào trong phòng thí nghiệm.

Trong khi đó, những lần lặp lại ban đầu này của trái tim được in có thể giúp các bác sĩ phẫu thuật chuẩn bị tốt hơn cho các ca mổ. Lillian Su, một bác sĩ chăm sóc đặc biệt về tim, người đã nghiên cứu in 3D như một công cụ đào tạo, cho biết: “Việc chúng thực sự có độ trung thực về xúc giác hơn là điều cực kỳ quan trọng. Một bác sĩ phẫu thuật thậm chí có thể sử dụng một trái tim được in theo yêu cầu để thông báo cho bệnh nhân và gia đình của họ về cách hoạt động của một ca phẫu thuật. “Tôi nghĩ đó thực sự là thành phần mới lạ, chính là kết cấu này,” Su nói thêm. “Và tôi nghĩ rằng các gia đình sau đó sẽ yêu cầu xem kế hoạch của bác sĩ phẫu thuật sẽ như thế nào đối với một trường hợp cụ thể, và đó chỉ là một phần của quá trình đồng ý.”

Trong tương lai, các bệnh viện có thể cung cấp sản phẩm này với giá rẻ, vì một quả tim alginate có giá 10 đô la tiền vật liệu. Feinberg và các đồng nghiệp của ông cũng muốn thử nghiệm với các vật liệu khác nhau. Việc in một trái tim từ collagen sẽ khiến nó thậm chí còn sống động hơn, vì collagen đã cung cấp cấu trúc cho cơ thể con người như một loại protein tạo nên các mô liên kết. Trên thực tế, theo trọng lượng khô, cơ thể chúng ta có nhiều collagen hơn bất cứ thứ gì khác. Nhưng vấn đề là collagen đắt hơn đáng kể - cùng một trái tim được in sinh học sẽ có giá 2.000 đô la.

Nhưng trong kế hoạch lớn của một ca phẫu thuật tim phức tạp, 2.000 đô la là một khoản đầu tư tối thiểu. Feinberg cho biết: “Vì vậy, chúng tôi thực sự nghĩ rằng có một số ứng dụng trong đó việc thực tế hóa collagen càng có giá trị. “Nhưng khi bạn đang nghiên cứu trong phòng thí nghiệm — và nếu bạn đang mắc nhiều sai lầm khi phát triển công nghệ — chúng tôi tập trung vào alginate cho lần vượt qua đầu tiên”.

Nguồn: wired

---

Tags: artec eva artec scanner artec 3d scanner artec spider artec eva 3d scanner artec 3d scanner price artec eva price artec eva scanner artec spider scanner artec eva 3d artec eva 3d scanner price artec 3d spider artec spider 3d scanner price máy quét artec máy quét 3d cầm tay máy quét 3D máy scan mini artec máy scan artec máy scan cầm tay máy scan 3d