นักวิทยาศาสตร์สหรัฐฯ ประสบความสำเร็จในการใช้เครื่องพิมพ์สามมิติ ผลิตชิ้นส่วนหัวใจที่สำคัญอย่าง “ลิ้นหัวใจ” จากคอลลาเจน คาดหวังในอนาคตจะผลิตหัวใจได้ทั้งดวง
นักวิทยาศาสตร์สหรัฐฯ ใช้เครื่องพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติที่ดัดแปลงมาจากเครื่อง Flashforge Creator Pro ผลิตลิ้นหัวใจที่เป็นชิ้นส่วนทำงานของหัวใจที่สำคัญ โดยใช้คอลลาเจนซึ่งเป็นโปรตีนที่มีอยู่เหลือเฝือเป็นวัตถุดิบ และยังมีความละเอียดสูงสุดในระดับที่ไม่เคยมีใครทำได้มาก่อน
กระบวนการผลิตนี้ได้เผยแพร่ลงวารสารไซน์ (Science) โดยชิ้นส่วนลิ้นหัวใจที่ผลิตได้สามารถฝังตัวเข้ากับเซลล์มีชีวิตและเส้นเลือดที่มีความละเอียด 20 ไมโครเมตร ซึ่งเล็กกว่าโครงการสร้างพลาสติกที่พิมพ์จากเครื่องพิมพ์สามมิติ
“เราโชว์ให้ดูได้ว่าคุณสามารถพิมพ์ลิ้นหัวใจสามมิติจากคอลลาเจนได้จริงๆ เรายังไม่ได้ทดลองใส่ในสัตว์ แต่เราสร้างระบบที่จำลองแรงดันและการไหลของเลือดในอัตราเดียวกับร่างกายมนุษย์ได้ และเราก็ใส่ลิ้นหัวใจนี้เข้าไปในระบบ และมันก็ได้ผล” อดัม ไฟน์เบิร์ก (Adam Feinberg) ศาสตราจารย์ด้านวิทศวกรรมการแพทย์ จากมหาวิทยาลัยคาร์เนกีเมลลอน (Carnegie Mellon University) สหรัฐฯ ซึ่งเป็นผู้ร่วมวิจัยและเขียนรายงานลงวารสารวิชาการ บอกเอเอฟพี
ทั้งนี้ ทีมวิจัยได้ใช้ MRI สแกนหัวใจเพื่อผลิตซ้ำชิ้นส่วนจำเพาะของผู้ป่วย จนได้ลิ้นที่เต้นเป็นจังหวะและมีการเปิด-ปิดได้เหมือนลิ้นหัวใจ
เอเอฟพียังย้อนไปถึงงานวิจัยก่อนหน้านี้ของทีมวิจัยอิสราเอลเมื่อเดือน เม.ย.ที่ผ่านมา ซึ่งเผยว่าสามารถพิมพ์หัวใจสามมิติที่มีเนื้อเยื่อและเส้นเลือดของมนุษย์ แต่อวัยวะดังกล่าวไม่สามารถทำหน้าที่ปั้มเลือดได้
นักวิทยาศาสตร์พยายามเอาชนะอุปสรรคในการผลิตชิ้นส่วนหัวใจ โดยอาศัยการเปลี่ยนแปลงค่า pH อย่างฉับพลัน ซึ่งเป็นเหตุให้คอลลาเจนนั้นกลายเป็นของแข็งตามการควบคุมได้อย่างแม่นยำ
ไฟน์เบิร์กบอกว่าลิ้นหัวใจที่ได้นี้เป็นรุ่นแรกๆ และอะไรก็ตามที่เราผลิตออกมาด้วยเทคนิคทางวิศวกรรมนั้น โดยปกติก็ดีขึ้นเรื่อยๆ อยู่แล้ว โดยเทคนิคที่พวกเขาใช้เรียกสั้นๆ ว่า “เฟรช” (FRESH: Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels) เป็นเทคนิคที่ช่วยให้คอลลาเจนพอกพูนขึ้นทีละชั้นๆ เมื่อแช่อยู่ในอ่างเจลหล่อเลี้ยง ซึ่งเจลจะละลายเมื่อให้ความร้อนเพิ่มจากอุณหภูมิห้องขึ้นไปถึงอุณหภูมิร่างกาย แล้วเหลือไว้เพียงอวัยวะที่ไม่เสียหาย
สำหรับงานพิมพ์อวัยวะนี้ทีมนักวิทยาศาสตร์เปิดให้เป็นงานสาธารณะที่ห้องปฏิบัติการอื่นๆ สามารถนำเทคนิคเดียวกันนี้ไปทดลองซ้ำเพื่อผลิตชิ้นส่วนหัวใจแบบเดียวกันได้
ในคำวิจารณ์ของวิศวกรชีวการแพทย์ 2 คน ที่ปรากฏในวารสารไซน์ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมกับงานวิจัยนี้ คือ ควีนี แดสกุปตา (Queeny Dasgupta) และลอเรน แบล็ก (Lauren Black) จากมหาวิทยาลัยทัฟท์ส (Tufts University) ระบุว่า เคยมีการสาธิตพิมพ์ระบบเลือดหรือการพิมพ์คอลลาเจนมาก่อน แต่ไม่เคยมีตัวอย่างไหนที่มีความแม่นยำหรือละเอียดเท่าเทคนิคใหม่ที่นำเสนอนี้
พวกเขาเสริมว่าเทคนิคใหม่ยังสร้างโครงสร้างที่เพิ่มการอยู่รอดของเซลล์ได้อย่างยั่งยืน รวมถึงกระตุ้นการเกิดหลอดเลือดใหม่ด้วย แต่ก็ได้เตือนว่าการปรับปรุงการทำงานนั้นของอวัยวะนั้นยังเป็นสิ่งที่จำเป็น และเป้าหมายสุดท้ายคือการผลิตอวัยวะที่มีความละเอียดระดับ 1 ไมโครเมตร
ในระยะยาวเทคนิคนี้อาจจะใช้พิมพ์หัวใจหรืออวัยวะอื่นได้ในสักวัน ซึ่งปัจจุบันมีคนหลายล้านคนทั่วโลกที่ต้องการหัวใจใหม่ ซึ่งความท้าทายคือการพิมพ์เนื้อเยื่อขนาดใหญ่ และบรรลุเป้าหมายในการผลิตได้ระดับอุตสาหกรรม รวมถึงกฎระเบียบที่จะอนุญาตให้นำอวัยวะนี้ไปทดลองในสัตว์ และมนุษย์ได้ต่อไป
ที่มา: ผู้จัดการออนไลน์