Xolography là một kỹ thuật in ánh sáng mới, được khám phá ra để ứng dụng trong các sản phẩm nha khoa và sản xuất không gian. Tại Đại học Công nghệ Eindhoven (TU/e), kỹ thuật này đã được áp dụng để in 3D các tế bào sống. Nghiên cứu này mở ra triển vọng cho việc in 3D thận và mô cơ. Nhóm nghiên cứu đã tiên phong trong việc áp dụng phương pháp Xolography để tạo ra các cấu trúc nhỏ với các chi tiết có kích thước nhỏ đến 20 µm—gần như kích thước của một tế bào người. Những kết quả này được công bố trên tạp chí Advanced Materials.

Liệu Xolography có phải là kỹ thuật sẽ cho phép in 3D tim và thận trong tương lai không? Nhà nghiên cứu Miguel Dias Castilho chia sẻ: "Về vấn đề này, tôi e rằng hiện tại mọi thông tin chỉ là suy đoán. Chúng tôi vẫn coi công nghệ là lĩnh vực của tin tặc."

Tinh thần tiên phong này được thể hiện rõ ràng trong chiếc máy in, một nguyên mẫu của máy in mô, với lớp vỏ acrylic màu cam trong suốt, để lộ ra các dây điện, máy chiếu, cuộn dây đồng và màn hình kỹ thuật số nhỏ bên trong. Dù hiện tại có vẻ chỉ là một giả thuyết suy đoán, nhưng khả năng in mô sống chi tiết và nhanh chóng bằng chiếc máy in 3D màu cam, có kích thước tương đương một chiếc vali, là hoàn toàn có thật.

"Nghiên cứu của chúng tôi là bước khởi đầu quan trọng cho tương lai của công nghệ kỹ thuật mô. Hiện nay, máy in có thể tạo ra các môi trường sinh lý để nuôi cấy tế bào. Trong tương lai, công nghệ này có thể góp phần biến các cơ quan in 3D thành hiện thực”, Dias Castilho cho biết.

In mô 3D bằng ánh sáng

Ở trung tâm của máy là một cuvet nhỏ chứa chất lỏng chuyển hóa thành chất rắn, giống như có phép thuật. Nhưng thay vì sử dụng “đũa thần”, Lena Stoecker, tiến sĩ trong nhóm Kỹ thuật vật liệu sinh học và chế tạo sinh học của Dias Castilho, lại chiếu các chùm ánh sáng lên chất lỏng, điều khiển quá trình này để tạo ra các hình dạng tế bào khả thi.

Stoecker đã thành công trong việc áp dụng một kỹ thuật in 3D mới có tên Xolography để in vật liệu sinh học. Trong buổi trình diễn máy in, cô đặt một cuvette chứa chất lỏng bên trong và giải thích lý do vì sao cô lại bị cuốn hút bởi công nghệ in 3D.

Cô chia sẻ: "Lần đầu tiên tôi biết đến in 3D là khi còn là trợ lý sinh viên trong quá trình học kỹ thuật cơ khí và quản trị kinh doanh. Chúng tôi chủ yếu sử dụng in 3D để tạo mẫu và chế tạo dụng cụ cho sản xuất hàng loạt nhỏ, và tôi rất thích thú với khả năng hiện thực hóa (gần như) mọi ý tưởng của công nghệ này."

Không có gì bất ngờ khi Stoecker hướng đến kỹ thuật mô, vì đây là một lĩnh vực đa ngành, kết hợp các chuyên môn của các nhà sinh học phân tử, kỹ sư và nhà thiết kế mà thử thách lớn nhất mà các kỹ sư mô phải đối mặt trên toàn cầu là khả năng tạo ra các mô 3D khả thi, gần giống với môi trường tự nhiên của tế bào, đòi hỏi sự sáng tạo trong việc xây dựng các mô hình với tốc độ và độ chính xác cao trong quá trình tạo ra chúng.  Stoecker giải thích: "Có một sự cường điệu lớn xung quanh in 3D trong kỹ thuật y sinh, nhưng công nghệ hiện tại không đáp ứng được những kỳ vọng cao". "Ước mơ của tôi với Xolography là phát triển thành một công nghệ thực sự có thể tạo ra các mô hình mô và cơ quan, phục vụ cho nghiên cứu bệnh tật và phát triển phương pháp chữa trị", Ông chia sẻ thêm.

Xolography là một công nghệ đột phá kết hợp giữa kỹ thuật, vật lý và hóa học, trong đó ánh sáng được sử dụng để in 3D các polyme lỏng. Công nghệ này tận dụng sức mạnh của các chùm ánh sáng giao nhau, mỗi chùm có bước sóng riêng biệt, trong một chất lỏng có khả năng phản ứng với ánh sáng. Khi các tia sáng hội tụ, chúng chuyển hóa chất lỏng thành một vật thể 3D rắn, chi tiết và có kích thước tương đương với một con gấu gummi, chỉ trong vòng chưa đầy một phút.

Công nghệ này được phát triển bởi nhà hóa học người Đức Stefan Hecht và nhà vật lý Martin Regehly, những người đã tiếp tục điều chỉnh và cải tiến nó cho các ứng dụng đa dạng trong doanh nghiệp phụ Xolo của họ. Bốn năm trước, Hecht đã bắt đầu suy nghĩ về khả năng ứng dụng của Xolography trong việc tạo ra các cấu trúc sinh học phức tại. Dias Castilho giải thích, "bốn năm trước, Xolo đang tìm cách đưa công nghệ của mình vào các ứng dụng y sinh, trong khi nhóm của tôi đang tìm kiếm một công nghệ đột phá có thể cung cấp độ phân giải cao, tốc độ sản xuất nhanh và khả năng mở rộng quy mô—vì vậy, đây là một sự kết hợp hoàn hảo."

Các nhà nghiên cứu TU/e tại nhóm Kỹ thuật vật liệu sinh học và chế tạo sinh học đã biến mô in bằng ánh sáng thành hiện thực. Hecht và Regehly theo dõi những phát hiện của nhóm nghiên cứu với sự quan tâm, vì họ là những nhà khoa học đầu tiên sử dụng công nghệ này để in vật liệu sống trên thế giới.

Điều này không xảy ra ngay lập tức, bởi các nhà nghiên cứu phải đối mặt với nhiều thách thức bổ sung để điều chỉnh công nghệ Xolography cho việc in mô sống.  “Vật liệu sử dụng phải có tính tương thích sinh học. Ngoài các hydrogel mà chúng tôi đang phát triển cho quy trình này, chúng tôi nhận thấy hệ thống quang khởi tạo hiện tại không thân thiện với tế bào và cần phải thay thế. Thông qua sự hợp tác chặt chẽ với công ty, chúng tôi đã nghiên cứu và tối ưu hóa công thức vật liệu để đảm bảo chúng an toàn cho các ứng dụng y sinh", Dias Castilho cho biết.

Nguồn: NASATI