Công nghệ in 3D được dùng trong y học như thế nào?

Trong thế giới y học hiện đại, công nghệ in 3D không còn là khái niệm xa lạ. Từ sản xuất bộ phận thay thế đến tạo nội tạng nhân tạo, in 3D y học đang mở ra hướng đi hoàn toàn mới cho ngành y. Công nghệ in 3D Công nghệ in 3D (hay công nghệ sản xuất bồi đắp) được ra đời vào năm 1984. Chúng bao gồm một chuỗi những công đoạn khác nhau được kết hợp một cách thông minh, khoa học, giúp tạo thành các vật thể ba chiều hoàn chỉnh với nhiều hình dạng, kích thước, chất liệu khác nhau. Cụ thể, để bắt đầu quy trình, kỹ thuật viên sẽ sử dụng một file thiết kế đã chuẩn bị sẵn hoặc dùng máy quét 3 chiều, quét vật thể cần in để chuyển thành file thiết kế CAD, đưa vào máy tính. Sau các thao tác cắt, phân lớp, nhiều lớp vật liệu như kim loại, nhựa, resin,… sẽ được đắp chồng lên nhau, định dạng thông qua các thiết lập trên máy tính và được in ra thành vật thể bằng loại máy in 3D chuyên dụng. In 3D sinh học In sinh học (bioprinting) đã mang lại nhiều thành công, dấu ấn đặc biệt đối với các ứng dụng in 3D trong y học. Đây là công nghệ in 3D sử dụng kết hợp các yếu tố sinh dưỡng, tế bào và vật liệu sinh học, cho phép các chuyên gia y tế có thể in ra các cơ quan nội tạng, bộ phận cơ thể, mô tế bào, răng, xương người,… phục vụ cho nhiều hoạt động nghiên cứu, giảng dạy hay điều trị thực tế lâm sàng. Từ đó, đưa y học, lĩnh vực chăm sóc sức khỏe phát triển lên một tầm cao mới In sinh học đã mang lại nhiều thành công Các ứng dụng in 3D trong y học Tuy xuất hiện từ khá lâu nhưng chỉ đến gần hai thập niên qua thì in 3D mới thực sự đột phá với nhiều bước phát triển vượt bậc, là ngành công nghiệp có trị giá lên đến 5.1 tỷ USD vào năm 2016 và được dự kiến sẽ đạt con số khoảng 32 tỷ USD năm 2023. Trong lĩnh vực y khoa, chăm sóc sức khỏe con người, công nghệ in 3D đã mang đến một sự cải cách, cuộc cách mạng lớn. Công nghiệp dược phẩm Để chính thức đưa vào thị trường một loại thuốc mới, các hãng bào chế dược phẩm hiện nay cần phải đầu tư từ 800 – 1.7 tỷ USD vào việc nghiên cứu, phát triển cùng thử nghiệm lâm sàng trong quảng thời gian trung bình là 10 năm (đặc biệt là khâu tiến hành thử nghiệm trên cơ thể động vật, người). Kể cả nghiên cứu, bào chữa thành công thì tỷ lệ được thông qua để cung cấp trên thị trường cũng rất thấp Điển hình, năm 2016, chưa đến 10% các loại thuốc mới được bào chế ra tại Mỹ được FDA (cơ quan Quản lý Thực – Dược phẩm Hoa Kỳ) chấp nhận. Sắp tới, với đà phát triển của công nghệ in 3D sinh học, thông qua việc ứng dụng in 3D trong y học, các nhà nghiên cứu có thể đơn giản hóa quy trình thử nghiệm trên bằng cách in ra những mô hình ba chiều, có chức năng hoạt động như các mô, bộ phận trong cơ thể người. Cho phép việc thử nghiệm, đánh giá tương quan giữa thí nghiệm và thực tế, điều chỉnh thành phần thuốc có độ chính xác cao hơn với thời gian, công sức ít hơn. Đặc biệt, phương pháp này không rủi ro như khi áp dụng trên người thật, bỏ qua bước thử nghiệm tiền lâm sàng trên cơ thể động vật, giải quyết khó khăn của cán cân lựa chọn giữa an toàn sức khỏe cho con người và việc bảo vệ “quyền động vật”. Mô hình sinh học Ứng dụng in 3D trong y học kết hợp với những hình ảnh thu được từ MRI và CT scan, các nhà khoa học có thể tạo ra những mẫu cấu trúc, mô hình mô phỏng chính xác các bộ phận trong cơ thể con người. Qua đó, phục vụ cho mục đích giảng dạy hoặc nghiên cứu. Các bác sĩ có thể chọn ra được phương pháp thực hiện tối ưu nhất cho các ca phẫu thuật, giảm đáng kể các rủi ro, tai biến phẫu thuật và thời gian tiến hành. Một ví dụ điển hình có thể kể đến: Với công nghệ in 3D sinh học, các nhà nghiên cứu Hoa Kỳ và Trung Quốc đã tạo ra những mô hình khối u ung thư, cho phép con người tìm hiểu, nghiên cứu một cách dễ dàng, có thể hiểu rõ hơn về cách thức các khối u phát triển, di căn. Từ đó, điều chế ra các loại thuốc điều trị thích hợp, hiệu quả. Ứng dụng in 3D trong y học kết hợp với hình ảnh thu được từ MRI và CT scan >>> Tham khảo thêm: Robot phẫu thuật hoạt động như thế nào trong y học? Ứng dụng in 3D trong y học – Chế tạo bộ phận giả Hiện nay, việc sản xuất các bộ phận giả cho người khuyết tật theo cách truyền thống hầu hết đều phải đầu tư rất nhiều thời gian cũng như chi phí. Bởi nó đòi hỏi khuôn đúc mẫu phải được làm lại hoàn toàn, đảm bảo việc chỉnh sửa những chi tiết của chân, tay,… có thể vừa khớp nhất với các mõm chi cụt. Nhiều người gặp khó khăn trong việc gắn chi giả vì không đủ điều kiện tài chính. Tuy nhiên, bằng cách ứng dụng in 3D trong y học, các nhà nghiên cứu tại CBM Canada, Viện nghiên cứu Autodesk và Đại học Toronto (Canada) đã phối hợp với nhau để tạo ra các chi giả với thời gian ngắn, mức giá rẻ, dễ dàng điều chỉnh hơn rất nhiều. Giải quyết nhu cầu sử dụng của những người dân nghèo ở một số nước như châu Phi, nhất là Uganda – quốc gia có số lượng lớn các nạn nhân đã bị khuyết tật do bom mìn. Ngoài chế tạo bộ phận giả, in 3D còn được ứng dụng thành công trong việc tái tạo bộ phận cơ thể người. Ứng dụng in 3D y tế – chế tạo thiết bị y khoa Ứng dụng in 3D trong y học hiện đã có thể in ra được các dụng cụ y tế cần thiết như các loại kẹp, cán dao mổ, cặp gắp thai nhi, kẹp cầm máu… đảm bảo vô trùng 100% với chi phí chỉ bằng với 1/10 các dụng cụ cùng loại nhưng được làm bằng thép không gỉ. Bên cạnh đó, ứng dụng in 3D y tế cũng ngày càng khẳng định rõ tầm quan trọng của mình khi có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng các dụng cụ đặc chế riêng biệt của các bác sĩ trong một số ca phẫu thuật có tính phức tạp cao. Cụ thể, chỉ bằng cách chỉnh sửa file thiết kế sao cho phù hợp với yêu cầu trước khi tiến hành in, vấn đề đã được giải quyết một cách dễ dàng, nhanh chóng và tiện lợi. Đây là điều mà kỹ thuật sản xuất truyền thống không thể thực hiện được. Ghép xương, thay khớp nhân tạo Trong những năm trở lại đây, với sự phát triển, khả năng ứng dụng của in 3D y học cùng sự ra đời của công nghệ sử dụng vật liệu PEEK trong in 3D để tạo hình xương nhân tạo, đã mở ra một hướng đi mới cho việc điều trị dứt điểm bệnh lý u xương phức tạp. Vào tháng 11 năm 2019, lần đầu tiên ở Việt Nam, các bác sĩ của bệnh viện đa khoa Xanh Pôn (Hà Nội) đã thành công hoàn tất hai ca phẫu thuật thay thế đầu trên xương đùi đã bị biến dạng do u xương của hai bệnh nhân nam bằng phương pháp ghép xương đùi được chế tạo từ vật liệu in 3D có chiều dài gần 20cm. Ngoài ra, các bác sĩ Việt Nam gần đây cũng đã tiếp tục thành công trong việc ứng dụng in 3D y học khi chế tạo được những phần xương nhân tạo từ vật liệu Titan. Những phần xương này có tạo hình hoàn toàn khớp với cấu trúc của đoạn xương bị thiếu, được cấy ghép vô cùng chặt chẽ, đảm bảo tốt khả năng chịu lực. Bệnh nhân sau phẫu thuật có thể nhanh chóng hồi phục và tự đi lại trên chính đôi chân của mình mà không cần bất kỳ một dụng cụ hỗ trợ nào. In 3D y học khi chế tạo được những phần xương nhân tạo từ vật liệu Titan >>> Tham khảo thêm: Liệu pháp gen có thể chữa khỏi bệnh di truyền không? Nhìn vào tốc độ phát triển hiện nay, in 3D y học sẽ không còn là điều xa vời mà sẽ trở thành xu hướng chủ đạo trong công nghệ y học. Việc tạo ra nội tạng nhân tạo từ in 3D sẽ mở ra cuộc cách mạng chăm sóc sức khỏe toàn cầu.