6 phút đọc
Bằng việc kết hợp hạ tầng phần cứng in 3D kim loại cùng phần mềm mô phỏng giải phẫu chuyên dụng, nhóm nghiên cứu tại Đại học VinUni đã làm chủ quy trình thiết kế và chế tạo mảnh cấy ghép titan cá thể hóa. Đột phá công nghệ này giúp rút ngắn thời gian chờ phẫu thuật tái tạo xương từ vài tháng xuống còn vài tuần cho bệnh nhân trong nước.
Tái tạo xương cá thể hóa từ ca phẫu thuật lồng ngực đầu tiên
Đối với các bệnh nhân ung thư xương hoặc chấn thương nghiêm trọng, bác sĩ thường phải phẫu thuật cắt bỏ những phần cấu trúc xương lớn, tạo ra khoảng khuyết hổng phức tạp khó bù đắp bằng các thiết bị y tế định hình sẵn. Trước thực trạng này, Trung tâm Công nghệ 3D trong Y học thuộc Đại học VinUni đã phát triển giải pháp thiết kế và in 3D mảnh cấy ghép (implant) bằng hợp kim titan cá thể hóa cho từng người bệnh.
Ứng dụng thực tế nổi bật diễn ra vào tháng 8/2024, khi nhóm kỹ sư nhận bài toán tái tạo thành ngực cho một nữ bệnh nhân 55 tuổi có khối u xâm lấn các xương sườn số 2, 3, 4 bên trái và một phần xương ức. Ca phẫu thuật bóc tách khối u để lại khoảng hổng lớn ngay trước tim và phổi. Đến ngày 11/9/2024, mảnh ghép titan in 3D đã được phẫu thuật ghép thành công vào cơ thể bệnh nhân tại Bệnh viện Vinmec. Đây là trường hợp đầu tiên tại Đông Nam Á ứng dụng cấu trúc titan in 3D để tái tạo thành ngực.
Tính đến nay, giải pháp cấy ghép titan cá thể hóa do nhóm phát triển đã hỗ trợ điều trị cho 15 bệnh nhân gặp các tổn thương xương phức tạp – nhóm đối tượng mà các sản phẩm cấy ghép thương mại tiêu chuẩn khó đáp ứng đầy đủ yêu cầu điều trị.
Hạ tầng phần mềm và phần cứng nội địa hóa
Giải pháp công nghệ do nhóm xây dựng bao gồm toàn bộ chuỗi hạ tầng được vận hành trong nước. Về mặt phần mềm, hệ thống chuyển đổi dữ liệu chụp cắt lớp vi tính (CT) hoặc cộng hưởng từ (MRI) thành mô hình giải phẫu 3D. Nhờ đó, các kỹ sư có thể thiết kế mảnh cấy ghép theo chính xác biên dạng của từng bệnh nhân, mô phỏng khả năng chịu lực và xuất dữ liệu để phục vụ chế tạo.
Ở khâu phần cứng, quy trình được trang bị hệ thống máy trạm xử lý dữ liệu, dây chuyền in 3D hợp kim titan, cùng các thiết bị xử lý hoàn thiện bề mặt, kiểm tra kích thước và đóng gói. Theo BS Nguyễn Viết Hoàng, đại diện nhóm nghiên cứu, thách thức kỹ thuật lớn nhất không nằm ở công đoạn in kim loại, mà là khâu thiết kế sao cho sản phẩm vừa vừa vặn về mặt giải phẫu, vừa đáp ứng chức năng sinh học lẫn cơ học.
“Chúng tôi bắt buộc phát hiện vấn đề trong mô phỏng hoặc thử nghiệm, thay vì khi implant đã nằm trong cơ thể bệnh nhân”, BS Nguyễn Viết Hoàng cho biết.
Mỗi vị trí cấy ghép đòi hỏi sự tính toán cơ học riêng biệt. Ví dụ, mảnh ghép xương chậu phải chịu lực lớn khi bệnh nhân đứng, đi, ngồi hoặc leo cầu thang. Trong khi đó, mảnh ghép thành ngực lại cần đủ linh hoạt để co giãn theo nhịp hô hấp của lồng ngực.
Rút ngắn thời gian chờ và cơ hội tiếp cận cho bệnh nhân
Trước đây, nếu phải đặt hàng một mảnh cấy ghép cá thể hóa từ nước ngoài, bệnh nhân Việt Nam thường phải chờ đợi từ vài tuần đến vài tháng. Với người bệnh ung thư xương, việc rút ngắn thời gian chờ đợi đóng vai trò quyết định tới cơ hội điều trị thành công.
Trong một ca bệnh vào cuối tháng 11/2023, bệnh nhân cần thay đồng thời một phần xương chậu và phần trên xương đùi. Do cần tính toán chi tiết các điểm bám gân cơ để bảo đảm khả năng vận động, đội ngũ bác sĩ và kỹ sư đã phải điều chỉnh phương án thiết kế hàng trăm lần. Nhờ năng lực làm chủ công nghệ và phối hợp trực tiếp trong nước, ca phẫu thuật đã được thực hiện vào cuối tháng 12/2023 – chưa đầy một tháng sau khi bệnh nhân nhập viện, giảm một nửa thời gian so với việc đặt hàng quốc tế.
Đầu tháng 10, dự án đã được trao giải tại Cuộc thi Sáng kiến Khoa học 2026. Ban giám khảo đánh giá cao năng lực nội địa hóa quy trình phát triển implant titan, từ khâu mô phỏng phức tạp, kiểm soát độ chính xác đến hoàn thiện bề mặt sau khi in.
Điều người dùng và giới chuyên môn cần theo dõi
Việc làm chủ công nghệ in 3D mảnh cấy ghép titan mở ra bước tiến mới cho y học trong nước. Tuy nhiên, để công nghệ này đi vào đời sống y tế một cách rộng rãi, các yếu tố sau cần tiếp tục được theo dõi:
- Chuẩn hóa quy trình pháp lý: Việc hoàn thiện hệ thống kiểm soát thiết kế, quy trình sản xuất, kiểm định an toàn để đáp ứng các tiêu chuẩn pháp lý, hướng tới đưa implant cá thể hóa thành thiết bị y tế thường quy tại nhiều bệnh viện.
- Đánh giá độ ổn định lâu dài: Thành công của ca phẫu thuật ban đầu là bước khởi đầu. Khả năng phục hồi chức năng vận động và độ bền sinh học của vật liệu titan trong cơ thể người bệnh qua nhiều năm vẫn cần tiếp tục được theo dõi và đánh giá lâm sàng.
Nguồn tham khảo: Xem bài gốc
