Các nhà khoa học dùng súng bắn keo in ngay xương gãy trong phẫu thuật

Công cụ mới được tạo từ một súng bắn keo đã được sửa đổi có thể phục hồi xương gãy trong quá trình phẫu thuật bằng cách in 3D mảnh ghép trực tiếp lên vị trí gãy.

Điểm nổi bật:

• Công cụ súng bắn keo tùy chỉnh cho phép in 3D mảnh ghép xương ngay tại vị trí gãy
• Vật liệu in gồm hydroxyapatite và polycaprolactone hỗ trợ liền xương và chống viêm
• Khả năng giải phóng từ từ kháng sinh (vancomycin, gentamicin) ngăn ngừa nhiễm trùng
• Thử nghiệm trên thỏ cho thấy tái tạo xương vượt trội và không có dấu hiệu nhiễm trùng sau mổ
• Phương pháp in tại chỗ rút ngắn thời gian phẫu thuật và giảm công đoạn chuẩn bị trước

Ghép xương truyền thống thường sử dụng kim loại, xương hiến tặng hoặc các vật liệu in 3D đã được sản xuất sẵn. Tuy nhiên, với các vết gãy không đều, những mảnh ghép này cần được thiết kế và sản xuất trước phẫu thuật để đảm bảo vừa vặn, nghiên cứu cho biết.

Thiết bị mới — đã được thử nghiệm trên thỏ — được phát triển để nhanh chóng tạo ra các mảnh ghép phức tạp mà không cần sản xuất trước. Nhóm nghiên cứu cũng tối ưu hóa các mảnh ghép in 3D nhằm tăng độ linh hoạt cấu trúc, giải phóng kháng sinh chống viêm và thúc đẩy quá trình tái tạo xương tự nhiên tại vị trí ghép.

Ảnh X-quang chấn thương vai. Elif Bayraktar/Getty Images

"Công nghệ của chúng tôi cung cấp một phương pháp in ngay tại chỗ (in situ) cho phép chế tạo và áp dụng khung giá đỡ trực tiếp tại vị trí phẫu thuật trong thời gian thực", tác giả nghiên cứu và kỹ sư y sinh Jung Seung Lee từ Đại học Sungkyunkwan, Hàn Quốc, cho biết trong một tuyên bố. "Điều này giúp đảm bảo độ khớp giải phẫu chính xác ngay cả với các khuyết tật phức tạp mà không cần chuẩn bị trước như chụp ảnh, mô hình và đục tỉa."

Vật liệu đưa vào súng bắn keo là sợi pha trộn giữa hydroxyapatite (HA) — thành phần xương tự nhiên thúc đẩy liền xương — và polycaprolactone (PCL) thân thiện sinh học.

PCL có thể hóa lỏng ở nhiệt độ chỉ 60°C, đủ thấp để tránh tổn thương mô trong quá trình ứng dụng phẫu thuật nhưng vẫn đủ dẻo để bám sát các rãnh xương gãy, nhóm nghiên cứu giải thích.

Bằng cách điều chỉnh tỷ lệ HA và PCL, các nhà khoa học có thể tùy chỉnh độ cứng và độ bền của mảnh ghép phù hợp với từng vị trí trong cơ thể.

"Vì thiết bị nhỏ gọn và điều khiển bằng tay, bác sĩ có thể điều chỉnh hướng, góc và độ sâu in ngay trong quá trình phẫu thuật", Lee cho biết. "Quá trình này có thể hoàn thành chỉ trong vài phút, giúp rút ngắn thời gian mổ và nâng cao hiệu quả."

Đồ họa minh họa thiết bị súng bắn keo và cách nó hoạt động. Device / Jeon et al.

Do lo ngại về nhiễm trùng, nhóm nghiên cứu đã kết hợp vancomycin và gentamicin vào sợi vật liệu. Trong cả môi trường cấy Petri và dung dịch lỏng, khung giá đỡ ngăn chặn thành công sự phát triển của E. coli và S. aureus.

Đặc tính của HA và PCL cho phép giải phóng kháng sinh từ từ trực tiếp tại vị trí ghép trong nhiều tuần.

"Cung cấp kháng sinh cục bộ mang lại lợi thế so với sử dụng toàn thân, giảm tác dụng phụ và hạn chế kháng kháng sinh, đồng thời vẫn bảo vệ hiệu quả chống nhiễm trùng sau mổ", Lee nói.

Như một minh chứng khái niệm, thiết bị được thử nghiệm trên các vết gãy xương đùi nghiêm trọng ở thỏ. Trong 12 tuần hậu phẫu, không có dấu hiệu nhiễm trùng hay tổn thương mô, và kết quả tái tạo xương cao hơn so với nhóm dùng xi măng xương thông thường.

"Khung giá đỡ không chỉ tích hợp sinh học với mô xương xung quanh mà còn dần phân hủy và được thay thế bằng xương mới hình thành", Lee giải thích. "Các thông số như diện tích bề mặt xương, độ dày thành xương và mô men quán tính đều cho thấy nhóm in vượt trội, chứng tỏ quá trình liền xương hiệu quả hơn."

Nhóm nghiên cứu đang tối ưu hóa thêm khả năng kháng khuẩn và chuẩn bị các thử nghiệm lâm sàng trên người.

"Để được ứng dụng lâm sàng, cần chuẩn hóa quy trình sản xuất, xác nhận quy trình tiệt trùng và nghiên cứu trên động vật lớn để đáp ứng tiêu chuẩn phê duyệt", Lee nói. "Nếu thành công, phương pháp này sẽ trở thành giải pháp ngay lập tức tại phòng mổ cho sửa chữa xương."

Tài liệu tham khảo

Jeon, I. Y., Jeon, Y. M., Choi, J. H., Lee, S., Kim, M., Kim, J. H., Lee, J. S., Hwang, J., Jeong, D., Carroll, G. A., Wentworth, A., Yang, K., Park, S., Raskin, K. A., Jang, W. Y., Traverso, G., & Lee, J. S. (2025). In situ printing of biodegradable implant for healing critical-sized bone defect. Device, 3. https://doi.org/10.1016/j.device.2025.100873

Góc nhìn cho thị trường Việt Nam

Việc ứng dụng công nghệ in 3D ngay tại bàn mổ với thiết bị súng bắn keo mở ra nhiều triển vọng cho lĩnh vực chấn thương chỉnh hình tại Việt Nam. Với quỹ bệnh nhân chấn thương đường bộ và tai nạn lao động cao, phương pháp này có thể giảm thời gian mổ, tiết kiệm chi phí thiết kế mảnh ghép và hạn chế rủi ro nhiễm trùng nhờ giải phóng kháng sinh cục bộ. Đồng thời, khả năng tùy chỉnh tỷ lệ hydroxyapatite và PCL phù hợp với đặc điểm sinh lý của bệnh nhân Việt Nam sẽ giúp cải thiện hiệu quả liền xương. Các cơ sở y tế lớn có thể tích hợp quy trình tiệt trùng nhanh và chuẩn hóa vật liệu in để đáp ứng quy định y tế trong nước. Bước tiếp theo là thử nghiệm trên động vật lớn, chuẩn bị hồ sơ xin phép và đào tạo bác sĩ thực hành với thiết bị này—điều rất quan trọng để đưa công nghệ vào ứng dụng thực tế tại các bệnh viện tuyến trung ương và tỉnh thành.