Cấy trực tiếp các tế bào khỏe mạnh vào những bệnh nhân bị tổn thương mô hiện đang là mục tiêu quan trọng và lâu dài của các nhà nghiên cứu y tế và khoa học vật liệu.
Tiềm năng điều trị bằng phương thức này rất lớn, nhưng những
thách thức kỹ thuật ngăn cản khả năng ứng dụng các công nghệ này vào thực tế điều
trị trong bệnh viện.
Một trở ngại lớn là vấn đề cung cấp oxy. Tế bào cần oxy để tồn
tại trong môi trường sinh học thông thường, nguồn ô xy được các mạch máu cung cấp.
Do các tế bào được cấy ghép không có mạch máu riêng, nên lượng oxy cung cấp ban
đầu cho chúng thường quá thấp để duy trì sự sống.
Các mạch máu sẽ phát triển trong môi trường những tế bào được
cấy ghép, nhưng quá trình này thường mất vài ngày, đến thời điểm nguồn cung cấp
oxy hình thành, những tế bào cấy ghép có thể đã chết.
Một nhóm khoa học toàn cầu đến từ ba lục địa, dẫn đầu là các
nhà khoa học từ Trung tâm Trị liệu Xâm lấn Tối thiểu (C ‐ MIT), Đại
học California, Los Angeles, Mỹ gần
đây phối hợp nghiên cứu giải quyết vấn đề này, phát triển một kỹ thuật tổng hợp
nhằm duy trì nguồn cung cấp oxy trong thời gian trước khi các mạch máu phát triển
đến.
Canxi peroxit (CPO) được
sử dụng làm nguồn oxy và chất này được nhúng trong liên kết sinh học gelatin
methacryloyl. Những đặc tính của liên kết sinh học này được tối ưu hóa để độ pH
và độ nhớt của mực cho phép được in 3D và sau khi mô được in, cho phép giải
phóng oxy có điều chỉnh mà không làm hỏng vật liệu cấy ghép.
Việc cung cấp oxy (O2) cho các tế bào cấy ghép được thực
hiện thông qua nguồn tạo ra O2 như canxi peroxide (CPO) là phương thức tiếp cận
hấp dẫn để đảm bảo khả năng tồn tại của tế bào.
Công nghệ in sinh học 3D mới có ý nghĩa rất quan trọng trong
cấy ghép mô. Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã tạo ra mực in sinh học
gelatin methacryloyl (GelMA) được tối ưu hóa về độ pH và độ nhớt.
Nhóm nghiên cứu chứng minh tiềm năng của công nghệ bằng cách
in 3D hai loại mực sinh học (bioink) được tối ưu hóa bằng giải pháp sử dụng CPO
có trong mực in sinh học GelMA; một được nhúng các tế bào tim và một được nhúng
các nguyên bào sợi (loại tế bào sinh học tổng hợp các cấu trúc nền của da và
collagen, khung cấu trúc (stroma) cho các mô động vật).
Những tế bào này được nuôi cấy trong điều kiện oxy thấp bảy
ngày. Các tế bào được nuôi cấy trong mực sinh học có nhúng canxi peroxit cho thấy
khả năng sống còn được tăng cường đáng kể so với loại mực không nhúng CPO.
Những ứng dụng của công nghệ này có thể mở rộng từ phòng thí
nghiệm ra ứng dụng thực tế trong bệnh viện, Samad Ahadian, một trong các nhà
nghiên cứu giải thích: “Bằng cách cung cấp oxy cho các tế bào được cấy ghép,
chúng ta sẽ có thể cải thiện chức năng mô và khả năng tích hợp thuận lợi với mô
chủ.
Công nghệ này cũng có thể được sử dụng để sản xuất các mô chức
năng nhân tạo có khả năng sống cao trong các nhiên cứu sàng lọc thuốc và nghiên
cứu sinh lý bệnh học (pathophysiological) trong thời gian dài. ”
Công nghệ mới hiện đang trong giai đoạn phát triển ban đầu,
có được những kết quả hấp dẫn, nhóm nhà khoa học đang lên kế hoach chuyển sang
thử nghiệm in vivo (thực tế trên cơ thể động vật). Nhóm nhà nghiên cứu hy vọng
trong tương lai, công nghệ mực in sinh học GelMA nhúng CPO có thể được ứng dụng
cho con người.