Lấy cảm hứng từ vòi voi, các nhà nghiên cứu đã tạo ra và thử nghiệm thiết bị được cho là máy in sinh học 3D nhỏ nhất thế giới. Thiết bị này có đầu in rộng 2,7 mm gắn ở cuối một cánh tay dài, mềm và linh hoạt, chuyển động như vòi voi, và trong tương lai có thể hỗ trợ bác sĩ bằng cách đưa vật liệu y sinh dạng gel (hydrogel) chữa lành vào cơ thể sau phẫu thuật.
Trong báo cáo công bố ngày 29/10 trên tạp chí Device, nhóm nghiên cứu chứng minh rằng thiết bị có thể luồn qua ống nội soi phẫu thuật để in hydrogel lên mô dây thanh nhân tạo. “Đây là lần đầu tiên tôi thấy một máy in sinh học có thể ứng dụng cho dây thanh,” Ibrahim Ozbolat, kỹ sư sinh học tại Đại học Bang Pennsylvania, nhận xét. “In sinh học thường phục vụ tái tạo da từ bên ngoài. Việc tiếp cận và sửa chữa mô bên trong từ lâu là thách thức.”
Hỗ trợ hồi phục
Sau phẫu thuật cắt bỏ u nang hoặc khối u trên dây thanh âm, bệnh nhân đôi khi gặp khó khăn khi nói vì mô dây thanh hình thành sẹo và trở nên cứng. Các nghiên cứu cho thấy tiêm hydrogel — có thể tạo hình để mô phỏng cấu trúc tự nhiên của dây thanh và hỗ trợ sự tái tạo mô mới — giúp cải thiện quá trình hồi phục. Nhưng việc đưa vật liệu sinh học vào đúng vị trí rất khó do tầm nhìn trong họng hạn chế.
Swen Groen, kỹ sư sinh học tại Đại học McGill (Canada), tự hỏi liệu tự nhiên có thể gợi ý một giải pháp: một cánh tay robot mềm mô phỏng chuyển động của vòi voi, thu nhỏ đủ để hỗ trợ phẫu thuật mà không che tầm nhìn?
Groen và đồng nghiệp ban đầu chế tạo nguyên mẫu rộng 8 mm. Sau đó, họ thu nhỏ thiết kế để vừa với ống nội soi rộng 1 cm dùng trong phẫu thuật, và chứng minh rằng thiết bị có thể chính xác đặt từng giọt hydrogel dựa trên axit hyaluronic vào khe hở trong mô dây thanh nhân tạo. “Thu nhỏ thiết bị là phần mất nhiều thời gian nhất,” Groen nói.
Nâng cấp hệ thống
Hiện máy in siêu nhỏ này được điều khiển thủ công bằng tay cầm PlayStation. Nhưng khi tiến tới thử nghiệm lâm sàng, nhóm muốn lập trình để thiết bị tự động in theo lộ trình định sẵn dựa trên hình ảnh phẫu thuật.
Ozbolat cho rằng thiết bị có thể cần điều chỉnh khi thử nghiệm trên động vật trước khi sang thử nghiệm ở người — chẳng hạn điều chỉnh kích thước cho phù hợp với khỉ hoặc chuột.
Trong tương lai, công nghệ này có thể ứng dụng rộng hơn ngoài việc sửa dây thanh. Các bác sĩ có thể gắn thêm dụng cụ phẫu thuật như dao mổ hoặc kẹp vào cánh tay robot để thao tác chính xác hơn trong không gian hẹp — điều mà dụng cụ truyền thống khó làm được. “Tính đa chức năng đó rất đáng chú ý,” đồng tác giả Luc Mongeau, kỹ sư cơ khí tại McGill, nói.
Phẫu thuật đôi khi cần thiết để loại bỏ khối u hoặc u nang ở dây thanh. Ảnh: Science Photo Library
Các nhà nghiên cứu thử nghiệm máy in sinh học 3D siêu nhỏ trong mô phỏng huấn luyện phẫu thuật: thiết bị luồn qua ống nội soi từ bên trái để in hydrogel lên mô dây thanh nhân tạo (màu hồng) bên phải. Ảnh: Swen Groen
