Trái tim người 3D được in mềm mại này Cảm giác Giống như Điều Thực Sự

Trong phần giới thiệu của loạt phim khoa học viễn tưởng của HBO Westworld, một máy in 3D tạo ra các robot giống con người, tinh tế lắp ráp những phức tạp đáng kinh ngạc của hình thể người để những robot đó có thể tiếp tục—cảnh báo tr spoilers—thực hiện những điều không tốt. Cuối cùng, cần có sự phối hợp sinh cơ lớn để giết hại một đám người thật sự.

Nói về điều đó: Các nhà nghiên cứu vừa đạt được một bước tiến khoa học để biến việc in 3D thịt và máu thành hiện thực. Gần đây, trong tạp chí ACS Biomaterials Science & Engineering, một nhóm mô tả cách họ tái chế một máy in 3D chi phí thấp thành một máy có khả năng biến một cảnh MRI của trái tim người thành một mô hình tương tự kích thước đầy đủ mà bạn thực sự có thể nắm trong tay. Nắm nó và nó sẽ cảm giác như thực tế. Cắt nó mở và bạn sẽ tìm thấy những khoang. Ý tưởng không phải là để một ngày nào đó thực hiện những người máy giết người của Westworld, mà là để mang lại cho bác sĩ một cách tốt hơn để thực hành trên trái tim của bệnh nhân trước khi phẫu thuật. Tiến bộ có thể cuối cùng dẫn đến trái tim in 3D hoạt động đầy đủ, và mang lại 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 phương pháp của họ là Embedding tự do đảo ngược của Hydrogel treo, hoặc FRESH. Họ bắt đầu với một cảnh quét của một trái tim thực và chuyển dữ liệu thành điều gì đó mà máy in 3D có thể đọc được. Vì thiết bị hoạt động bằng cách đặt lớp vật liệu lên nhau, họ chạy hình ảnh 3D qua một chương trình chia lớp. “Đối với mỗi lớp, nó về cơ bản xác định đường mà vật liệu sẽ được ép ra và sau đó cung cấp cho máy in,” Adam Feinberg, một kỹ sư y sinh học tại Đại học Carnegie Mellon, người làm đồng tác giả của bài báo mới, nói.

Máy in này tạo ra alginate—một vật liệu mềm được chiết xuất từ rong biển—mà các nhà nghiên cứu chọn cả vì chi phí thấp và giống với các tính chất vật liệu của mô trái tim người. Nhưng thay vì ép nó vào không khí, như máy in 3D thông thường có thể làm khi xây dựng một cái gì đó từ nhựa, máy in 3D này ép trái tim giả mạo vào một container chất gel hỗ trợ, cụ thể là gelatin.

“Sự tương đồng mà tôi nghĩ là: Hãy tưởng tượng bạn đang in bên trong gel tóc,” nói Feinberg. Hãy nghĩ đến những bong bóng nhỏ treo lơ lửng trong chai gel đó—vật liệu cung cấp đủ sự hỗ trợ để chúng lơ lửng vô thời hạn, ít nhất là cho đến khi bạn bóp chặt gel ra khỏi chai. Trong trường hợp này, gelatin cung cấp đủ độ đàn hồi để kim của máy in 3D có thể trượt qua. “Bất cứ thứ gì bạn ép ra đều giữ nguyên ở đó, giống như những bong bóng không khí trong gel tóc,” Feinberg nói.

Và giờ đây, điều hoàn toàn khác biệt khi nói đến nghệ thuật trái tim nhân tạo: jello shots. Sau khi cơ quan được in xong, các nhà nghiên cứu cần một cách để tan rã lưới gel bao quanh nó, và họ sử dụng một phương pháp quen thuộc. “Tôi nghĩ rất nhiều người đã trải qua điều này khi sử dụng gelatin để nướng hoặc làm jello shots,” nói Feinberg. “Khi bạn làm nó nóng lên, nó thực sự là một chất lỏng, nhưng khi bạn làm lạnh nó xuống, nó trở thành một gel chắc. Và vì vậy, chúng tôi tận dụng điều đó.” Khi họ sẵn sàng lấy ra trái tim, mọi thứ Feinberg cần làm là nâng nhiệt độ của bồn lên nhiệt độ cơ thể, làm tan chảy chất gel hỗ trợ và để lại cấu trúc được in 3D.

Bác sĩ phẫu thuật trong kế hoạch trước đây đã sử dụng trái tim in 3D dựa trên cảnh quét của các cơ quan của bệnh nhân. Nhưng những chiếc trái tim đó đã được làm theo cách cũ: bằng nhựa cứng. Ngược lại, trái tim alginate mới này có tính đàn hồi tương tự như mô thực sự. “Khi bạn bóp nó hoặc đẩy vào nó, nó biến dạng theo cùng một lượng, điều đó rõ ràng nhiều hơn so với cao su cứng hoặc nhựa,” nói Feinberg. Điều này khiến nó trở thành một công cụ thực tế hơn nhiều, cho phép bác sĩ, ví dụ, thực hành khâu, điều này sẽ là không thể trên nhựa không thể xâm nhập được.

Ngoài ra, nhóm đã in 3D một phần riêng biệt của một động mạch vành bằng cùng phương pháp để xem liệu nó có thể được thấm, hoặc có khả năng chứa máu không. Đúng như mong đợi, khi họ bơm máu giả mạo vào, động mạch giữ chặt chất lỏng mà không rò rỉ. Đó là một bước tiến hướng việc tạo ra một trái tim có hệ thống mạch máu liên kết, Feinberg nói. Như vậy, bác sĩ có thể thực hành khâu động mạch với máu vẫn đang chảy.

Ngoài ra, nhóm này hy vọng cuối cùng sẽ “tế bào hóa” trái tim được in, hoặc thêm tế bào cơ tim của người vào cấu trúc, để làm cho nó đập giống như thực tế. Những tế bào này đã được trồng trong phòng thí nghiệm, nơi các nhà khoa học lấy tế bào gốc và phân hoá chúng thành tế bào cơ tim. Vấn đề, ít nhất là vào thời điểm này, là rằng thực tế họ chỉ có thể tạo ra 100 triệu tế bào một lần. Đối với một trái tim đầy đủ kích thước, bạn sẽ cần 100 triệu tỷ tế bào. Nhưng, nói Feinberg, “khi vấn đề đó được giải quyết, chúng tôi đã có công nghệ chế tạo này sẵn sàng.”

Vậy, khi nào chúng ta có thể có các cơ quan in 3D hoạt động? “Câu trả lời là hơn 10 năm,” nói Feinberg. “Chúng tôi còn nhiều việc phải làm trước khi đạt được điều đó.” Đây là một cơ quan có mạch máu phức tạp, vì vậy họ phải mở rộng công việc trên động mạch đến cả trái tim. Và để nó thực sự hoạt động như một cơ bắp đòi hỏi sự tiến bộ trong sản xuất tế bào trong phòng thí nghiệm.

Trong lúc đó, những phiên bản sớm của trái tim được in có thể giúp bác sĩ chuẩn bị tốt hơn cho các cuộc phẫu thuật. “Việc họ thực sự có độ chính xác cảm giác nặng tay là rất quan trọng,” nói Lillian Su, một bác sĩ chăm sóc cấp cứu tim mạch đã nghiên cứu về in 3D như một công cụ đào tạo, nhưng không tham gia vào công việc này. Một bác sĩ thậm chí có thể sử dụng một trái tim được in tùy chỉnh để truyền đạt cho bệnh nhân và gia đình cách một cuộc phẫu thuật sẽ diễn ra. “Tôi nghĩ đó thực sự là yếu tố mới lạ, là cấu trúc này,” Su thêm. “Và tôi nghĩ rằng gia đình sẽ đòi hỏi được xem kế hoạch của bác sĩ sẽ là gì cho một trường hợp cụ thể, và đó sẽ chỉ là một phần của quá trình đồng thuận.”

Trong tương lai, bệnh viện có thể cung cấp điều này với chi phí rẻ, vì một trái tim alginate có thể chỉ mất khoảng 10 đô la cho nguyên liệu. Feinberg và đồng nghiệp của ông cũng muốn thử nghiệm với các vật liệu khác nhau. In 3D một trái tim từ collagen sẽ làm cho nó trở nên thực tế hơn, vì collagen đã cung cấp cấu trúc cho cơ thể người như là protein tạo thành mô nối. Trên thực tế, theo trọng lượng khô, cơ thể chúng ta chứa nhiều collagen hơn bất cứ thứ gì khác. Nhưng vấn đề là collagen đắt đỏ hơn đáng kể—cùng một trái tim in 3D từ collagen sẽ chi phí 2.000 đô la.

Nhưng trong quy mô lớn của một cuộc phẫu thuật tim phức tạp, 2.000 đô la là một đầu tư tối thiểu. “Vì vậy, chúng tôi thực sự nghĩ rằng có một số ứng dụng nơi sự thực tế với collagen có thể đáng giá,” nói Feinberg. “Nhưng khi bạn đang nghiên cứu trong một phòng thí nghiệm—và nếu bạn đang mắc phải nhiều sai lầm phát triển công nghệ—chúng tôi tập trung vào alginate cho lần đầu tiên.”

Những Điều Tuyệt Vời Khác Từ MYTOUR

• 📩 Muốn nhận thông tin mới nhất về công nghệ, khoa học, và nhiều hơn nữa? Đăng ký nhận bản tin của chúng tôi!
• Hành trình tìm dữ liệu DNA có thể cứu sống của một người đàn ông
• Wish List: Ý tưởng quà tặng cho bubble xã hội của bạn và ngoài ra
• Vùng “chết” có thể giúp chiếc ô tô này đối đầu với Tesla
• Những người dễ bị tổn thương có thể đợi. Tiêm chủng cho những người lây nhiễm nhanh trước tiên
• Zoom cuối cùng cũng có mã hóa end-to-end. Đây là cách sử dụng nó
• 🎮 MYTOUR Games: Nhận những mẹo mới nhất, đánh giá, và nhiều hơn nữa
• 🏃🏽‍♀️ Muốn có những công cụ tốt nhất để trở nên khỏe mạnh? Kiểm tra bộ sưu tập của đội Gear chúng tôi về các lựa chọn cho bộ theo dõi sức khỏe tốt nhất, đồ chạy bộ (bao gồm giày và tất chạy bộ), và tai nghe tốt nhất