Nhóm nghiên cứu tại Viện Kỹ thuật phỏng sinh học Wyss thuộc Trường Đại học Harvard và Trường Kỹ thuật và Khoa học ứng dụng Havard John A.Paulson (SEAS) đã đưa ra phương pháp in sinh học 3D các cấu trúc mô mạch máu dày. Mạng lưới mạch máu cho phép chất lỏng, chất dinh dưỡng và các yếu tố tăng trưởng tế bào được truyền đều toàn bộ mô.

Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã chứng minh các mô mạch máu được in 3D có thể phát triển và hoạt động như các cấu trúc mô sống trong vòng hơn 5 tuần.

Đến nay, việc nhân rộng nuôi cấy mô người từ nhiều loại tế bào bị hạn chế do không có khả năng đưa các mạng lưới mạch máu duy trì sự sống vào hoạt động. Dựa vào nghiên cứu trước đây, các nhà khoa học đã tăng độ dày của mô gấp gần mười lần, mở ra giai đoạn cho những tiến bộ về kỹ thuật và phục hồi mô trong tương lai. Phương pháp này kết hợp hệ thống ống mạch máu với các tế bào sống và một vật liệu ngoại bào, cho phép các cấu trúc hoạt động như mô sống.

Lấy ví dụ về việc áp dụng công nghệ này, nhóm nghiên cứu đã in một mô dày 1 cm chứa các tế bào gốc của tủy xương người được bao quanh bởi mô liên kết. Bằng cách bơm các yếu tố tăng trưởng xương thông qua hỗ trợ hệ thống mạch máu chứa các tế bào nội mô giống như trong các mạch máu của người, trong vòng một tháng, các nhà khoa học đã kích thích các tế bào này phát triển thành tế bào xương.

"Nghiên cứu sẽ giúp hình thành tri thức khoa học cơ bản cần để in sinh học các mô mạch máu sống", Zhijian Pei, Giám đốc Chương trình Quỹ Khoa học Quốc gia tài trợ cho dự án nói. "Nghiên cứu cho phép sử dụng phổ biến các mô 3D của người để đánh giá mức độ an toàn của thuốc cũng như sàng lọc độc tố và cuối cùng là để phục hồi và tái tạo mô".

Phương pháp in sinh học 3D mới sử dụng khuôn silicon in, tùy chỉnh để đặt cấu trúc mô in. Trong khuôn, các lớp ống mạch được làm từ pluronic (vật liệu hóa lỏng trong môi trường nhiệt độ của tủ lạnh) và tế bào gốc sống được đan xen vào nhau. Vật liệu tế bào được đổ xung quanh cấu trúc này, sẽ đông đặc lại. Sau đó, toàn bộ thiết bị được làm lạnh cho đến khi pluronic biến thành chất lỏng và được hút chân không. Quá trình này tạo nên các ống cho phép chất lỏng chứa tế bào nội mô, ôxy, chất dinh dưỡng và các yếu tố tăng trưởng - về cơ bản mô phỏng máu - có thể chảy qua.

Vật liệu in sinh học có thể được sử dụng để nuôi cấy mô sống cũng như thúc đẩy sự phát triển mô có định hướng như phân biệt các tế bào gốc. Để tạo cho mô nhiều hình dạng, độ dày và thành phần khác nhau, thì hình dạng của chíp silicon in phải được điều chỉnh và vật liệu tế bào phải bao gồm nhiều loại tế bào. Nói cách khác, phương pháp mới tạo ra một môi trường mô 3D sống hoàn toàn có kiểm soát.

"Hệ thống mạch máu hình thành trước trong mô cho phép tăng cường chức năng của tế bào nằm sâu trong lõi mô và cung cấp cho chúng tôi khả năng điều chỉnh các chức năng của tế bào đó thông qua việc sử dụng các chất dễ truyền như các yếu tố tăng trưởng", David Kolesky, nghiên cứu sinh tại Viện Wyss và SEAS, đồng tác giả nghiên cứu nói.

"Jennifer và nhóm nghiên cứu của bà đang chuyển mô hình này vào trong lĩnh vực kỹ thuật mô dựa vào phương pháp in sinh học duy nhất của họ”, Donald Ingber, Giám đốc Viện Wyss nói. "Việc tạo ra các mô mạch máu sống bằng cách in 3D là một phương pháp tiềm năng để thay thế mô chức năng trên quy mô lớn. Các mô chức năng có thể được kết nối với các mạch máu của người bệnh bằng cách phẫu thuật nhằm truyền ngay tức thì các mô nhân tạo, như vậy, sẽ làm tăng đáng kể sự sinh tồn của chúng. Điều đó sẽ khắc phục nhiều trở ngại liên quan đến kỹ thuật mô trước đây không thành công trong thử nghiệm lâm sàng".