Không có hai trái tim đập giống nhau. Kích thước và hình dạng của trái tim có thể khác nhau của người này với người khác. Những khác biệt này đặc biệt rõ nét với những người mắc bệnh tim, vì tim và các mạch máu chính của bệnh nhân phải làm việc nhiều hơn để khắc phục những chức năng nào bị tổn thương.

Các kỹ sư của Viện công nghệ Massachusetts (MIT) tin tưởng có thể giúp bác sĩ tim mạch điều chỉnh các phương pháp điều trị phù hợp với hình dạng và chức năng tim cụ thể của bệnh nhân bằng một trái tim robot tùy chỉnh. Nhóm nghiên cứu phát triển một quy trình in 3D một bản sao mềm và linh hoạt của trái tim bệnh nhân. Sau đó, phần mềm có thể điều khiển hoạt động của bản sao tim bắt chước khả năng bơm máu của hệ tuần hoàn bệnh nhân.

Quy trình in tim 3D bao gồm chuyển đổi hình ảnh y tế về tim bệnh nhân thành mô hình máy tính ba chiều, sau đó các nhà nghiên cứu có thể in 3D bằng mực polymer sau khi in và xử lý, có thể co lại và giãn ra giống như một trái tim đang đập thực sự. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng hình ảnh chụp cắt lớp y tế của 15 bệnh nhân bị hẹp động mạch chủ làm dữ liệu chính.

Kết quả thu được là một lớp vỏ mềm, linh hoạt có hình dạng chính xác như trái tim của bệnh nhân. Nhóm nghiên cứu có thể sử dụng phương pháp này để in động mạch chủ, chuyển máu từ tim đến toàn bộ cơ thể.

Để bắt chước hoạt động bơm máu của tim, nhóm nghiên cứu chế tạo các ống dạng tay áo, tương tự như vòng đo huyết áp quấn quanh một trái tim in và động mạch chủ. Mặt dưới của mỗi ống bọc tay áo tương tự như bọc bong bóng với hoa văn chính xác. Khi ống bọc được kết nối với hệ thống khí nén, các nhà nghiên cứu có thể điều chỉnh luồng không khí thoát ra để thổi phồng nhịp nhàng bong bóng của ống bọc và co bóp tim, mô phỏng hoạt động bơm của tim bệnh nhân.

Các nhà nghiên cứu cũng có thể thổi phồng một ống bọc riêng biệt bao quanh động mạch chủ được in để thắt nghẹn mạch máu. Sự co thắt này có thể được điều chỉnh để mô phỏng chứng hẹp động mạch chủ, tình trạng van động mạch chủ hẹp lại, khiến tim phải làm việc nhiều hơn để cung cấp máu cho cơ thể.

Các bác sĩ thường điều trị chứng hẹp động mạch chủ bằng phương pháp phẫu thuật cấy ghép một van tổng hợp, được thiết kế để mở rộng van tự nhiên của động mạch chủ. Trong tương lai, các bác sĩ có thể sử dụng quy trình mới để in tim và động mạch chủ của bệnh nhân trước tiên, sau đó cấy nhiều loại van vào mô hình in để xem loại van nào mang lại chức năng tốt nhất và phù hợp với bệnh nhân cụ thể. Những bản sao trái tim cũng có thể được các phòng thí nghiệm nghiên cứu và ngành công nghiệp thiết bị y tế sử dụng làm nền tảng thực tế để thử nghiệm những liệu pháp điều trị các loại bệnh tim khác nhau.

Luca Rosalia, một sinh viên tốt nghiệp Chương trình MIT-Harvard về Khoa học và Công nghệ Sức khỏe cho biết: “Tất cả các trái tim đều khác nhau. “Có nhiều biến thể lớn, đặc biệt là khi bệnh nhân bị ốm. Ưu điểm của hệ thống của chúng tôi là chúng tôi có thể tái tạo không chỉ hình dạng trái tim của bệnh nhân mà còn cả chức năng của nó trong cả sinh lý học và bệnh tật.”

Rosalia và các đồng nghiệp đã thông báo kết quả trong một báo cáo nghiên cứu khoa học, được đăng trên Science Robotics. Các đồng tác giả của MIT là các nhà khoa học Caglar Ozturk, Debkalpa Goswami, Jean Bonnemain, Sophie Wang và Ellen Roche, cùng với Benjamin Bonner của Bệnh viện Đa khoa Massachusetts, James Weaver của Đại học Harvard và Christopher Nguyễn, Rishi Puri và Samir Kapadia tại Phòng khám Cleveland ở Ohio.

Trong nghiên cứu tiếp theo, nhóm kỹ sư đặt mục tiêu tái tạo lại một số can thiệp mà một số ít bệnh nhân đã trải qua, để quan sát liệu trái tim và mạch máu in có phản ứng tương tự như tim và mạch máu của bệnh nhân hay không. Một số bệnh nhân đã được cấy ghép van mở rộng động mạch chủ. Roche và các đồng nghiệp của bà đã cấy các van tương tự vào động mạch chủ được in theo mô hình của từng bệnh nhân. Khi kích hoạt trái tim được in để bơm, nhóm nhà khoa học quan sát thấy, van được cấy ghép tạo ra dòng chảy tương tự như ở những bệnh nhân sau ca cấy ghép phẫu thuật của họ.

Đồng tác giả nghiên cứu Christopher Nguyễn cho biết: “Bệnh nhân sẽ hoàn thành việc chụp ảnh tim, điều vẫn thường làm và trên cơ sở đó sẽ tạo ra hệ thống mô phỏng. Sau khi hệ thống tim, động mạch chủ được thiết lập và chạy, các bác sĩ lâm sàng có thể kiểm tra các loại và kích cỡ van khác nhau để xem loại nào hoạt động tốt nhất, sau đó sử dụng loại van đó để cấy ghép cho bệnh nhân.”

Nghiên cứu được hỗ trợ từ Quỹ Khoa học Quốc gia, Viện Y tế Quốc gia và Viện Máu Tim Phổi Quốc gia.