In sinh học 3D đang trở nên phổ biến như một phương pháp điều trị bệnh và chấn thương bằng cách tạo ra các mô và cơ quan sống ba chiều. Tuy nhiên, để hoạt động hiệu quả, “mực” được sử dụng để in sinh học phải sử dụng ánh sáng tia cực tím hoặc các quy trình hóa học để làm khô cứng lại.

Giờ đây, các nhà nghiên cứu đã phát triển được một loại mực sinh học mới có thể cứng hơn nhờ nhiệt độ của cơ thể, an toàn hơn và có tiềm năng hơn khi sử dụng trong các cơ quan nhân tạo và các ứng dụng tái tạo mô.

In sinh học sử dụng mực in sinh học có thể in 3D, các hợp chất - thường chứa tế bào - khiến cơ thể tạo ra phản ứng sinh học tái tạo mô. Mực sinh học phải có các đặc tính cơ học và sinh học đặc biệt để có thể sử dụng được trong máy in sinh học tạo khối do áp suất cao của quy trình in 3D. Chúng cũng cần phải tương thích sinh học và phân hủy sinh học.

Mực sinh học gốc hydrogel hiện tại phải trải qua quá trình quang hóa trước khi được sử dụng trong cơ thể. Quá trình quang hóa gây ra liên kết chéo, hình thành các liên kết cộng hóa trị bền vững và mạnh mẽ giữa các chuỗi polyme trong hydrogel làm tăng độ bền cơ học và độ ổn định của nó trong các điều kiện sinh lý. Các chất hoạt hóa quang học được đưa vào hydrogel để quá trình quang hóa được kích hoạt bằng tia cực tím (UV), tuy nhiên ánh sáng tia cực tím có thể làm hỏng DNA của tế bào. Liên kết hóa học chéo được xem là một giải pháp thay thế cho kỹ thuật quang hóa, sử dụng chất phản ứng (chất liên kết chéo) để đạt được kết quả tương tự.

Giờ đây, các nhà nghiên cứu Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST) đã phát triển được một loại mực sinh học gốc hydrogel mới có thể duy trì cấu trúc vật lý của nó mà không cần quang hóa hoặc liên kết hóa học chéo.

Lần đầu tiên, nhóm nghiên cứu đã phát triển một loại hydrogel nhạy cảm với nhiệt độ dựa trên poly (organophosphazene) tồn tại ở dạng lỏng ở nhiệt độ thấp - có nghĩa là nó có thể được in dễ dàng và cứng lại ở nhiệt độ cơ thể (98,6°F/37°C) mà không cần thiết phải quang hóa hoặc liên kết hóa học chéo.

Ở nhiệt độ gần mức bằng nhiệt độ cơ thể, bản in sinh học 3D không cần quang hóa cho thấy có sự ổn định về mặt vật lý và phân hủy sinh học thành vật liệu không độc hại. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng mực sinh học mới có thể chứa các yếu tố tăng trưởn lưu trữ được trong thời gian dài. Những protein này kích thích sự phát triển và biệt hóa tế bào, phản ứng viêm của cơ thể và sửa chữa mô.

Các nhà nghiên cứu đã trộn các yếu tố tăng trưởng protein tạo hình xương-2 (BMP-2) và yếu tố tăng trưởng biến đổi beta 1 (TGF-Beta1) vào mực sinh học và tạo ra một khung 3D, cấy vào hộp sọ bị tổn thương của chuột. Họ phát hiện thấy các mô xung quanh di chuyển vào khung và thúc đẩy quá trình tái tạo xương bình thường. Khung này phân hủy sinh học chậm trên 42 ngày.

Nhóm nghiên cứu đang tiếp tục phát triển mực sinh học của họ để sử dụng trong các mô khác ngoài xương và cho biết một ngày nào đó nó có thể được sử dụng trong các cơ quan nhân tạo.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Small.

P.T.T (NASATI), theo https://newatlas.com/medical/new-temperature-control-3d-printing-bioink-safe-efficiency/, 16/4/2023