MagMix, máy trộn từ tính mới của MIT tạo ra mô in 3D đồng nhất

[trungthuc]

Khám phá ra MagMix, thiết bị trộn bio-ink từ tính giúp duy trì độ đồng nhất, nâng cao chất lượng in mô 3D và mở ra tiềm năng lớn trong y học và robot.

Kỹ thuật in sinh học 3D MagMix do MIT phát minh ra (trái) và Cấu trúc mạch máu được in qua máy in sinh học 3D (phải). (Ảnh: IE)

Trọng lực vốn là kẻ thù trong thế giới mong manh của kỹ thuật in sinh học 3D. Các tế bào sống thường bị chìm xuống đáy ống tiêm của máy in.

Hiện tượng lắng đọng này gây ra sự tắc nghẽn và khiến cho lớp mô được in ra phân bổ ra không đồng đều.

Để giải quyết vấn đề này, các chuyên gia nghiên cứu tại Đại học MIT đã sáng chế ra một thiết bị mang tên "MagMix". Đây là một bộ trộn từ tính nhỏ gọn giúp cho "mực sinh học" (bio-ink) được duy trì trong trạng thái đồng nhất suốt quá trình in ấn.

Nhờ đó, các mô người được tạo ra có độ ổn định và tính nhất quán cao hơn.

Các tế bào vốn nặng hơn so với hydrogel, vật liệu nền dùng trong việc in sinh học. Vì vậy, trong những phiên in kéo dài cần thiết để tạo ra mô kích thước lớn, các tế bào sẽ dần bị lắng xuống.

"Hiện tượng lắng đọng tế bào này, vốn nghiêm trọng hơn trong các phiên in dài cần thiết để tạo ra mô lớn, dẫn đến sự tắc nghẽn ở đầu phun mực, phân phối tế bào không đồng đều và tạo ra sự khác biệt giữa các mô được cho in ra", bà Ritu Raman có giải thích.

Bà là giáo sư nghiên cứu "Phát triển Sự nghiệp Eugene Bell" chuyên ngành trong Kỹ thuật Mô tại MIT.

Theo bà Raman, các phương pháp hiện nay chưa giải quyết được triệt để vấn đề này.
"Những giải pháp hiện có, như cho khuấy mực sinh học thủ công trước khi đưa vào máy in, hoặc dùng bộ trộn thụ động, đều không thể giữ được mức độ đồng nhất sau khi quá trình in được bắt đầu", bà cho biết.

MagMix được thiết kế ra nhằm mục đích chủ động duy trì sự đồng đều trong suốt quá trình in.

Cơ chế hoạt động của MagMix

Hệ thống này gồm có 2 bộ phận chính. Bên trong ống tiêm của máy in có một cánh quạt từ tính siêu nhỏ. Bên ngoài ống tiêm, một động cơ điều khiển nam châm vĩnh cửu sẽ di chuyển lên xuống. Sự chuyển động này khiến cho cánh quạt bên trong quay mà không cần tiếp xúc trực tiếp với mực in sinh học.

Thiết kế này sẽ giúp tránh được nguy cơ bị nhiễm bẩn và có thể cho lắp đặt vào hầu hết các máy in sinh học tiêu chuẩn.

Nhóm nghiên cứu đã áp dụng theo mô phỏng máy tính để tối ưu hóa hình dạng cánh quạt, sau đó đem thử nghiệm với nhiều loại mực in sinh học khác nhau.

"Qua nhiều loại bio-ink khác nhau, MagMix đã ngăn tế bào lắng xuống trong hơn 45 phút in liên tục, giảm sự tắc nghẽn và duy trì tỷ lệ sống sót cao của tế bào", bà Raman cho biết thêm.

Bà Raman cũng nhấn mạnh hệ thống cũng đủ nhẹ để không gây hại đến vật liệu sống.

"Quan trọng ở chổ là chúng tôi có thể cho điều chỉnh tốc độ trộn làm sao cho vừa bảo đảm mức độ đồng nhất phù hợp với từng loại bio-ink, vừa hạn chế tối đa áp lực lên tế bào sống", bà cho biết.

Nhóm nghiên cứu thậm chí đã cho sử dụng MagMix để in ra các mô cơ có chức năng.

Mở ra hướng tiến mới cho ngành y học
Việc in mô ổn định và đồng nhất hơn có thể giúp giảm nhu cầu cho thử nghiệm trên động vật.

Các mô hình mô chính xác hơn sẽ cho phép việc thử nghiệm thuốc mới được an toàn và sát với thực tế hơn.

"Nếu có thể cho in ra những mô giống với mô trong cơ thể người hơn, chúng ta có thể sử dụng chúng để nghiên cứu bệnh lý ở người hoặc kiểm tra mức độ an toàn và hiệu quả của các thuốc điều trị mới", bà Raman cho biết.

Cơ quan An toàn Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ (FDA) cũng đang ngày càng quan tâm đến các phương pháp cho thử nghiệm thay thế này.

Về lâu dài, nhóm nghiên cứu sẽ hướng đến ứng dụng trong ngành y học tái tạo.
"Chúng tôi đang tiến đến việc cho thay thế các mô bị bệnh hoặc tổn thương qua mô in 3D, nhằm khôi phục chức năng khỏe mạnh cho cơ thể", bà Raman cho biết.

Ngoài y học, kỹ thuật mới này còn có thể được đem ứng dụng trong ngành robot. Nhóm chuyên gia kỳ vọng cho sử dụng các cơ in mực sinh học để vận hành những cỗ máy "lai sinh học" (biohybrid).

MagMix mang lại khả năng cho mở rộng phạm vi quy mô lớn và độ tin cậy cần thiết cho các ứng dụng phức tạp trong tương lai không xa.