How to 3D print human tissue - Taneka Jones

Translator: Reviewer: Ly Nguyễn

There are currently hundreds of thousands of people on transplant lists,

Hiện nay có hàng trăm nghìn người trong danh sách cấy ghép nội tạng

waiting for critical organs like kidneys, hearts, and livers

đang chờ nhận được các nội tạng quan trọng như thận, tim và gan,

that could save their lives.

để tiếp tục sự sống.

Unfortunately,

Không may thay,

there aren’t nearly enough donor organs available to fill that demand.

số nội tạng hiến tặng hiện tại là không đủ để đáp ứng nhu cầu đó.

What if instead of waiting,

Điều gì sẽ xảy ra nếu thay vì chờ đợi,

we could create brand-new, customized organs from scratch?

chúng ta có thể tạo ra các cơ quan hoàn toàn mới, tùy chỉnh ngay từ đầu?

That’s the idea behind bioprinting,

Đây là ý tưởng nền tảng cho in sinh học,

a branch of regenerative medicine currently under development.

một nhánh của y học tái tạo đang được phát triển.

We’re not able to print complex organs just yet,

Chúng ta chưa thể in các cơ quan phức tạp,

but simpler tissues including blood vessels and tubes

nhưng các mô đơn giản hơn bao gồm các mạch máu và ống

responsible for nutrient and waste exchange

chịu trách nhiệm trao đổi chất dinh dưỡng và chất thải

are already in our grasp.

thì đã thực hiện được.

Bioprinting is a biological cousin of 3-D printing,

In sinh học là họ hàng của in 3-D,

a technique that deposits layers of material on top of each other

một kỹ thuật in chồng các lớp vật liệu sinh học lên nhau,

to construct a three-dimensional object one slice at a time.

mỗi lần một lớp, để tạo ra vật thể ba chiều.

Instead of starting with metal, plastic, or ceramic,

Thay vì bắt đầu với kim loại, nhựa hoặc gốm,

a 3-D printer for organs and tissues uses bioink:

một máy in 3-D các cơ quan nội tạng và mô sử dụng mực sinh học:

a printable material that contains living cells.

một vật liệu in có chứa những tế bào sống.

The bulk of many bioinks are water-rich molecules called hydrogels.

Phần lớn mực in sinh học là những phân tử giàu nước gọi là hydrogels.

Mixed into those are millions of living cells

Lẫn vào đó là hàng triệu tế bào sống

as well as various chemicals that encourage cells to communicate and grow.

cũng như các hóa chất khác nhau hỗ trợ tế bào kết hợp và phát triển.

Some bioinks include a single type of cell,

Một số mực in sinh học chỉ chứa một loại tế bào,

while others combine several different kinds to produce more complex structures.

một số khác kết hợp nhiều tế bào khác nhau, tạo ra cấu trúc phức tạp hơn.

Let’s say you want to print a meniscus,

Ví dụ, bạn muốn in một mảnh sụn

which is a piece of cartilage in the knee

ở đầu gối

that keeps the shinbone and thighbone from grinding against each other.

sụn này giữ cho xương ống chân và xương đùi không mài vào nhau.

It’s made up of cells called chondrocytes,

Sụn được tạo thành từ các tế bào gọi là chondrocytes,

and you’ll need a healthy supply of them for your bioink.

và bạn sẽ cần một nguồn cung lớn các tế bào này cho mực in của mình.

These cells can come from donors whose cell lines are replicated in a lab.

Chúng đến từ người hiến tặng đã cho phép tái tạo dòng tế bào ở phòng thí nghiệm.

Or they might originate from a patient’s own tissue

Hoặc có thể lấy từ chính mô của các bệnh nhân

to create a personalized meniscus less likely to be rejected by their body.

để tạo ra một mô sụn cá thể hóa, giảm thiểu khả năng bị cơ thể đào thải.

There are several printing techniques,

Có nhiều kỹ thuật in,

and the most popular is extrusion-based bioprinting.

và phổ biến nhất là in phun sinh học.

In this, bioink gets loaded into a printing chamber

Theo đó, mực in được nạp vào buồng in

and pushed through a round nozzle attached to a printhead.

và được đẩy qua một vòi tròn gắn vào đầu in.

It emerges from a nozzle that’s rarely wider than 400 microns in diameter,

Mực được phun từ vòi phun thường có đường kính nhỏ hơn 400 micron

and can produce a continuous filament

và có thể tạo ra một sợi tơ

roughly the thickness of a human fingernail.

có độ dày gần bằng móng tay con người.

A computerized image or file guides the placement of the strands,

Một hình ảnh hoặc tập tin trên máy tính sẽ hướng dẫn vị trí của các sợi,

either onto a flat surface or into a liquid bath

trên bề mặt phẳng hoặc vào một bể chất lỏng

that’ll help hold the structure in place until it stabilizes.

nơi giúp cố định cấu trúc in cho đến khi chúng ổn định.

These printers are fast, producing the meniscus in about half an hour,

Những máy in hoạt động rất nhanh, tạo ra mô sụn trong khoảng nửa giờ đồng hồ,

one thin strand at a time.

mỗi lần một sợi mảnh.

After printing, some bioinks will stiffen immediately;

Sau khi in, một số mực in sinh học sẽ đông lại ngay lập tức;

others need UV light or an additional chemical or physical process

số khác cần tia UV, hợp chất hóa học hoặc tác động vật lý

to stabilize the structure.

để ổn định cấu trúc.

If the printing process is successful,

Nếu quá trình in thành công,

the cells in the synthetic tissue

các tế bào trong mô tổng hợp

will begin to behave the same way cells do in real tissue:

sẽ bắt đầu hoạt động giống như các tế bào trong mô thực:

signaling to each other, exchanging nutrients, and multiplying.

truyền tín hiệu cho nhau, trao đổi chất dinh dưỡng và nhân đôi.

We can already print relatively simple structures like this meniscus.

Chúng ta đã có thể in những cấu trúc đơn giản như mô sụn này.

Bioprinted bladders have also been successfully implanted,

Bóng đái từ in sinh học cũng đã được cấy ghép thành công

and printed tissue has promoted facial nerve regeneration in rats.

và những mô in đã thúc đẩy quá trình tái tạo thần kinh mặt ở chuột.

Researchers have created lung tissue, skin, and cartilage,

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra mô phổi, da và sụn,

as well as miniature, semi-functional versions of kidneys, livers, and hearts.

cũng như các phiên bản thu nhỏ, bán chức năng của thận, gan và tim.

However, replicating the complex biochemical environment

Tuy nhiên, tái tạo môi trường sinh hóa phức tạp

of a major organ is a steep challenge.

của một cơ quan chính là một thách thức lớn.

Extrusion-based bioprinting may destroy

In phun sinh học có thể phá hủy

a significant percentage of cells in the ink if the nozzle is too small,

một tỷ lệ đáng kể các tế bào trong mực nếu đầu phun quá nhỏ

or if the printing pressure is too high.

hoặc nếu áp suất in quá cao.

One of the most formidable challenges

Một trong những thách thức lớn nhất là

is how to supply oxygen and nutrients to all the cells in a full-size organ.

làm sao cung cấp oxy và dinh dưỡng cho tế bào ở cơ quan kích cỡ bình thường.

That’s why the greatest successes so far

Đó là lý do tại sao thành công lớn nhất từ trước đến nay

have been with structures that are flat or hollow—

là với các cấu trúc phẳng hoặc rỗng,

and why researchers are busy developing ways

và tại sao các nhà nghiên cứu bận rộn phát triển các cách

to incorporate blood vessels into bioprinted tissue.

để kết hợp các mạch máu vào mô in.

There’s tremendous potential to use bioprinting

Kỹ thuật in sinh học có tiềm năng lớn

to save lives and advance our understanding

cứu sống và nâng cao hiểu biết của chúng ta

of how our organs function in the first place.

về cách thức các cơ quan hoạt động.

And the technology opens up a dizzying array of possibilities,

Và công nghệ mở ra một loạt những khả năng phi thường,

such as printing tissues with embedded electronics.

như in các mô với thiết bị điện tử nhúng.

Could we one day engineer organs that exceed current human capability,

Liệu sắp tới ta có thể tạo ra các cơ quan vượt quá khả năng hiện tại của con người

or give ourselves features like unburnable skin?

hoặc tự thêm cho mình những đặc điểm sinh học như da không bỏng?

How long might we extend human life by printing and replacing our organs?

Bao lâu nữa ta mới có thể kéo dài sự sống bằng in sinh học và thay thế nội tạng?

And exactly who—and what—

Và chính xác là ai - và điều gì -

will have access to this technology and its incredible output?

sẽ tiếp cận được công nghệ này và những thành tựu đáng kinh ngạc của nó?