Vật liệu 4D và triển vọng chữa bệnh hiếm

Công nghệ mới đã cứu bé Kaiba Gionfriddo, bị mắc chứng bệnh hiếm làm suy sụn phế quản khiến bé không thể thở

Ba cậu bé đều đang trong tình trạng tính mạng bị đe dọa, mắc cùng một loại bệnh hiếm về đường hô hấp có tên khoa học là tracheobronchomalacia (bệnh hẹp đường thở).

Cứ 2.000 trẻ thì có một em mắc căn bệnh này. Căn bệnh khiến khí quản hẹp lại, bệnh nhân cảm thấy khó thở hoặc không thở được. Giáo sư Glenn Green - khoa nhi tai mũi họng thuộc Trường đại học Michigan, C.S. Mott Children's Hospital - cho biết không có bất cứ phương pháp nào chữa khỏi được căn bệnh hiểm nghèo này, và khi cả ba cậu bé được cấy mô bằng công nghệ in 4D, cuộc sống của các bé đã hoàn toàn thay đổi.

“Khó có thể diễn tả được tình trạng ốm yếu của ba cậu bé đó” - nhà khoa học cho biết. Cả ba đều được điều trị tại khu chăm sóc đặc biệt nhiều tháng trời.

Trong suốt khoảng thời gian đó, để có thể tiếp tục sống, ba cậu bé phải uống rất nhiều thuốc an thần để không giãy giụa gây ảnh hưởng tới đường hô hấp. Các em đều phải dùng tới ống thở đặt tại cổ và máy thở nhân tạo, mặc dù vậy cả ba thường xuyên phải chịu đau đớn vì bệnh tật và cần được hồi sức.

Những thanh nẹp kỳ diệu

Cậu bé 3 tuổi tên là Kaiba Gionfriddo được các bác sĩ cấy ghép thiết bị mới. Khi mới sinh, da cậu bé chuyển sang màu xanh da trời bởi phổi của em không thể nhận được lượng oxy cần thiết. Còn cậu bé 5 tháng tuổi khác thì không thể nuốt bất cứ đồ ăn gì vì có thể gây tắc thở.

Theo lời kể của mẹ bé Garrett Peterson trên tờ Live Science, đường hô hấp của cậu bé 16 tháng tuổi này rất yếu, phế quản có thể bị sập gây tắc thở nhiều lần trong ngày. Những việc đơn giản như thay tã hay giữ cậu bé có thể khiến cho đường hô hấp của cậu tắc lại.

Các nhà nghiên cứu đã dùng máy chụp cắt lớp để quan sát hệ hô hấp của trẻ nhằm chế tạo ra những thanh nẹp cấy vào đường hô hấp bằng công nghệ in 3D.

Thanh nẹp điều chỉnh được độ dài, đường kính, độ dày và tất cả những yếu tố khác nhằm phù hợp với từng trẻ, giúp cải thiện hệ hô hấp cho các em.

Đồng tác giả của nghiên cứu, kỹ sư y sinh Scott Hollister đang làm việc tại Đại học Michigan phát biểu với tờ Live Science: “Chúng ta có thể in hàng chục cũng như hàng trăm thanh nẹp có độ chính xác cao so với thiết kế cho dù hình dạng có phức tạp như thế nào đi nữa.

Đây là yếu tố rất quan trọng để kiểm soát chất lượng và khuôn mẫu, bởi chúng ta có thể lấy bản sao giống hoàn toàn thiết kế để thử nghiệm trước khi cấy vào cơ thể”. Khi những thanh nẹp này được cấy vào cơ thể trẻ sẽ giúp các mô xung quanh tạo đường thông qua đường thở vốn đã bị chặn.

Thanh nẹp được tạo từ một loại bột được gọi là polycaprolactone, chất này hoàn toàn vô hại khi tan trong cơ thể qua thời gian.

Trưởng nhóm nghiên cứu, giáo sư Robert Morrison, đồng thời là bác sĩ phẫu thuật thường trú tại Trường đại học Michigan, cho hay: “Đây là lần đầu tiên công nghệ in 3D được sử dụng để tạo ra mô cấy y học nhằm chữa một căn bệnh nguy hiểm đe dọa tính mạng của nhiều người”.

Những thanh nẹp cấy tại đường thở có cấu tạo rỗng, lỗ nhỏ li ti, được chế tạo có thể lớn lên cùng cơ thể. Giáo sư Green cũng cho hay phế quản của trẻ sơ sinh có các đường dẫn khí nối khí quản với phổi, có chiều rộng khoảng bằng một chiếc bút chì khi được cấy các thanh nẹp, tuy nhiên đường kính của nó sẽ tăng gấp đôi khi những thanh nẹp này tan vào cơ thể.

Các nhà nghiên cứu theo dõi sự phát triển của đường ống thở qua thời gian bằng máy CT và MRI. Họ nhận thấy thanh nẹp được cấy vào ba bệnh nhân giúp cải thiện hô hấp và khi kích thước thanh nẹp lớn cùng cơ thể khiến đường thở mở rộng.

Tất cả các thanh nẹp đều tan ra như mong đợi, không có thanh nẹp nào gây ra biến chứng đối với cơ thể bệnh nhân.

Các thanh nẹp có lỗ thoáng khí được thiết kế bằng kỹ thuật số phù hợp với từng bệnh nhân

Phép màu của cuộc sống

Hiện ba cậu bé sống cùng gia đình và không cần dùng tới thuốc giảm đau hay an thần. Giáo sư Green cho hay: “Ba cậu bé đã không còn phải trải qua những “kỳ nghỉ” trong bệnh viện. Thay vì nằm một chỗ hàng tuần cho tới cuối đời, các em đang ngồi học, đứng dậy và chạy”.

Mẹ bé Garrett Peterson xúc động: “Tôi thực sự không biết phải cảm ơn giáo sư Green và nhóm nghiên cứu của ông tại Michigan bao nhiêu cho đủ. Chúng tôi biết rằng nếu không được cấy ghép, chỉ trong vòng một tháng nữa có thể Garrett sẽ rời bỏ chúng tôi”.

Nếu trẻ bị mắc chứng tracheobronchomalacia có thể sống được tới 2-3 tuổi, khi được chữa trị bằng đường ống thở sẽ phát triển khỏe mạnh hơn đủ để vượt qua được căn bệnh hiếm này.

Thậm chí khí quản của trẻ sẽ không còn triệu chứng của căn bệnh vốn đe dọa tính mạng khi trẻ ở giai đoạn sơ sinh. Các nhà nghiên cứu cho biết thanh nẹp đường thở sẽ tan một cách từ từ giúp trẻ sơ sinh có thể phát triển được tới giai đoạn này.

Kaiba là bệnh nhân đầu tiên được áp dụng phương pháp chữa bệnh mới hiện tại đã đạt tới giai đoạn không còn nguy hiểm tới tính mạng. Giáo sư Green cho hay: “Kaiba đã khỏe mạnh bình thường sau khi thanh nẹp tan đi”.

Trong một tuyên bố, giáo sư Green cho biết: “Trước kia, trẻ mắc bệnh tracheobronchomalacia có rất ít cơ hội sống sót. Cho tới hôm nay, bệnh nhân Kaiba đầu tiên đã trở thành một cậu bé 3 tuổi năng động, khỏe mạnh với một tương lai tươi sáng đang chờ đợi.

Thiết bị được cấy ghép hoạt động còn tốt hơn những gì chúng tôi tưởng tượng”. Mẹ của Kaiba bày tỏ cảm xúc của mình: “Lần đầu tiên Kaiba nhập viện, các bác sĩ thông báo rằng bệnh tình của con tôi có thể được chữa trị.

Chúng tôi rất hoang mang khi được biết con tôi sẽ là bệnh nhân đầu tiên được áp dụng phương pháp điều trị mới này, nhưng đó là lựa chọn duy nhất và phương pháp này đã cứu sống con tôi”.

Còn Garrett hiện đã 2 tuổi rưỡi. Bố cậu bé trả lời tờ Live Science: “Con trai tôi rất hạnh phúc, không còn dấu hiệu của bệnh hẹp đường ống thở. Cậu bé đang học cách tự ngồi một mình”. Còn Ian Orbich hiện nay đã 17 tháng tuổi với nụ cười toe toét, thích đập tay cùng người khác và chơi với anh cả Owen.

Mẹ của Ian, bà Meghan Orbich cho hay: “Chúng tôi thực sự khiếp sợ, chỉ hi vọng rằng quyết định của chúng tôi là đúng đắn. Tôi biết ơn từng ngày thanh nẹp được cấy vào con tôi. Thanh nẹp chính là cuộc sống của cậu bé. Tôi chắc chắn rằng nếu chúng tôi không có cơ hội đưa Ian tới Mott, có thể hiện tại con tôi không còn bên chúng tôi nữa”.

Hình ảnh quét CT được dùng để chế tạo mô hình 3D cho bệnh nhân đường hô hấp

Triển vọng

Các bác sĩ đã nhận được sự cho phép từ Cơ quan quản lý thực phẩm và dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) để áp dụng phương pháp chữa bệnh mới này như một phương án cuối cùng cho bệnh nhân. Hiện tại, các nhà khoa học đang tiếp tục nghiên cứu một thí nghiệm lâm sàng đối với những bệnh nhân mắc bệnh tracheobronchomalacia mức độ nhẹ bằng vật liệu sinh học 4D.

Giáo sư Green tiết lộ: “Chúng tôi đang họp bàn với FDA để lên kế hoạch tiếp nhận 30 trẻ em làm thí nghiệm lâm sàng. Những trẻ em này đều mắc bệnh tracheobronchomalacia nặng nhưng chưa tới mức nguy hiểm đe dọa tới tính mạng ngay lập tức giống như ba bệnh nhân đầu tiên”.

“Hiện chúng tôi đang tìm kiếm phương pháp chữa những căn bệnh khiến nhiều trẻ em thiệt mạng bằng công nghệ 4D” - giáo sư Glenn Green cho biết. Giáo sư Robert Morrison tiết lộ với Live Science rằng: “Triển vọng này thực sự vô hạn”.

Các nhà khoa học đã chế tạo ra mô cấy bằng công nghệ in 3D. Những chiếc máy in ba chiều có thể tạo ra những đồ vật bằng các loại vật liệu đa dạng khác nhau như: nhựa, gốm, thủy tinh, kim loại và thậm chí là những vật liệu khác thường như tế bào sống.

Máy in hoạt động bằng cách làm lắng các lớp nguyên liệu, giống như một chiếc máy in bình thường đổ mực xuống, còn chiếc máy in 3D có thể đổ những lớp phẳng lên nhau tạo ra vật thể 3D.

Những tiến bộ vượt bậc của công nghệ in 3D kích hoạt việc sản xuất nhanh chóng các thiết bị y tế phù hợp với từng bệnh nhân như: tai nghe trợ thính, cấy mô răng và tay nhân tạo.

Tuy nhiên các thiết bị được tạo thành từ những nguyên liệu cứng thường không thích hợp với những bệnh nhân nhỏ tuổi vì mô trong cơ thể chúng phát triển rất nhanh. Gần đây, các nhà khoa học phát triển những công nghệ tiên tiến để kết hợp công nghệ in 4D.

Sản phẩm của công nghệ 4D tương tự với những sản phẩm của công nghệ 3D nhưng đồ vật được in từ công nghệ 4D có thể thay đổi được hình dạng. Giáo sư Green cùng đồng nghiệp cho biết những sản phẩm của công nghệ 4D có thể lớn lên cùng cơ thể của bệnh nhân ít tuổi nếu muốn.

Ông phát biểu trên Live Science: “Đây là mô cấy đặc biệt đầu tiên được chế tạo có thể thay đổi hình dạng qua thời gian”.■