Công nghệ in 3D bằng vật liệu PEEK - Bước tiến mới trong phẫu thuật ung thư xương

Từ ý tưởng khoa học đến sản phẩm vì người bệnh

Đề tài “Nghiên cứu công nghệ in 3D chế tạo các chi xương bằng vật liệu polyether ether ketone (PEEK) - một loại nhựa y sinh tiên tiến hàng đầu thế giới và ứng dụng trong phẫu thuật ung thư xương” của Trung tâm Vật liệu mới đã đoạt giải Ba, Hội thi Sáng tạo kỹ thuật thành phố Hà Nội lần thứ hai (2024-2025) trong lĩnh vực Vật liệu, Hóa chất, Năng lượng; Giao thông Vận tải, Xây dựng.

Bản chất của giải pháp là chế tạo các đoạn xương chi nhân tạo bằng công nghệ in 3D từ vật liệu PEEK, ứng dụng trong lĩnh vực y học tái tạo. Quy trình được triển khai theo chuỗi khép kín: Phẫu thuật viên gửi thông số chụp cộng hưởng từ (MRI) hoặc cắt lớp vi tính (CT) của chi thể đối diện để thu thập dữ liệu về đoạn xương bị khuyết hổng; sau đó các thông tin này được chuyển đổi sang phần mềm thiết kế 3D, in mẫu, hoàn thiện và tiệt trùng sản phẩm trước khi cấy ghép.

Theo ThS. Bùi Công Khê, chủ nhiệm đề tài, nhóm đã lựa chọn nhựa PEEK bởi vật liệu này sở hữu hàng loạt ưu điểm vượt trội khi ứng dụng trong y học: Có độ đàn hồi tương thích với xương người, không cản quang, bền sinh học, không nhiễm từ, bền hóa học, dễ tiệt trùng, chịu va đập và mài mòn cao. PEEK là nhựa nhiệt dẻo bán tinh thể có nhiệt độ nóng chảy lên đến 340°C, trơ về mặt hóa học, an toàn khi cấy ghép lâu dài trong cơ thể người.

Đáng chú ý, công nghệ chế tạo dụng cụ cấy ghép từ vật liệu y sinh PEEK vốn là kỹ thuật tiên tiến mới chỉ phổ biến ở Mỹ và châu Âu. Ở châu Á, Singapore là quốc gia đầu tiên triển khai tấm vá hộp sọ bằng PEEK. Vì vậy, việc nhóm nghiên cứu của Trung tâm Vật liệu mới ứng dụng thành công vật liệu này trong tạo hình sau phẫu thuật ung thư xương được giới chuyên môn đánh giá là một bước đột phá, giúp Việt Nam trở thành một trong những quốc gia tiên phong trong lĩnh vực in 3D y sinh.

Cũng theo ThS. Bùi Công Khê, nhóm nghiên cứu đã thực hiện nhiều đề tài cấp Bộ, cấp thành phố và chế tạo thành công 4-5 loại sản phẩm y tế khác nhau như hộp sọ, đốt sống… “Một sản phẩm xương phải in liên tục từ 40 đến 60 giờ, tương đương 2-3 ngày mới hoàn thiện, vì thế chúng tôi đang tính toán bổ sung thêm trang thiết bị để mở rộng quy mô sản xuất” - ông Khê cho biết.

Công nghệ mang lại hy vọng cho bệnh nhân ung thư xương

Hiện đề tài này đã được ứng dụng tại Khoa Phẫu thuật u xương và phần mềm, Trung tâm Chấn thương chỉnh hình, Bệnh viện Vinmec Times City cho 12 bệnh nhân ung thư xương, đem lại kết quả khả quan. Nhờ sử dụng vật liệu có độ bền cao, chịu nhiệt tốt trong quá trình khử khuẩn, trọng lượng nhẹ và tương thích sinh học, các chi xương nhân tạo bằng PEEK giúp bệnh nhân phục hồi nhanh, cải thiện rõ rệt chức năng vận động sau phẫu thuật. Đặc biệt, sản phẩm được thiết kế cá thể hóa, dựa trên hình ảnh giải phẫu của chính bệnh nhân, bảo đảm độ chính xác và tính thẩm mỹ cao.

So với khớp nhân tạo kim loại nhập ngoại, chi phí sản phẩm PEEK chỉ bằng khoảng một phần ba. Thời gian chuẩn bị ngắn hơn (7-10 ngày), dễ tiệt trùng, nguồn cung dồi dào và bảo đảm vô khuẩn hơn so với xương đồng loại. Nhờ đó, người bệnh có cơ hội được bảo tồn chi thể ngay cả ở những vị trí khó phục hồi như đầu dưới xương quay, đầu dưới xương trụ, xương chậu, những khu vực mà trước đây chưa có vật liệu phù hợp trong nước.

Theo GS.TS Nguyễn Văn Khôi, Chủ tịch Hội đồng chấm thi lĩnh vực Vật liệu, Hóa chất, Năng lượng... công trình được đánh giá cao bởi tính sáng tạo, tính mới và hiệu quả xã hội rõ rệt. Sản phẩm đáp ứng yêu cầu của bệnh nhân cần phẫu thuật khuyết hổng xương với nhiều kích thước và vị trí khác nhau. Kỹ thuật mổ đơn giản, có thể phổ biến đến các bệnh viện tuyến tỉnh, đạt thẩm mỹ cao và giá thành hợp lý, phù hợp điều kiện y tế nước ta.

Về giá trị khoa học, kết quả của đề tài đã được công bố trên tạp chí quốc tế và báo cáo tại hội thảo khoa học tại Nhật Bản. Đề tài còn là minh chứng sống động cho chủ trương “Khoa học phục vụ cuộc sống, khoa học vị nhân sinh” mà Chính phủ đang thúc đẩy, đồng thời cụ thể hóa tinh thần Nghị quyết số 57-NQ/TW của Bộ Chính trị về phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số quốc gia.

“Đề tài này bắt nguồn từ thực tiễn điều trị và giải quyết bài toán của cuộc sống, giúp bệnh nhân ung thư xương không chỉ giữ được tính mạng mà còn bảo tồn chi thể, phục hồi chức năng, quay lại cuộc sống bình thường”, GS.TS Nguyễn Văn Khôi nhận xét.

Những thành công ban đầu trong ứng dụng công nghệ in 3D vật liệu PEEK là tiền đề quan trọng để mở rộng nghiên cứu, tiến tới sản xuất các loại vật liệu cấy ghép y sinh “Made in Vietnam”. Khi được thương mại hóa rộng rãi và đưa vào danh mục bảo hiểm y tế, sản phẩm sẽ giúp giảm đáng kể chi phí điều trị, nâng cao chất lượng sống cho người bệnh và khẳng định năng lực của các nhà khoa học Việt Nam trong lĩnh vực công nghệ y sinh tiên tiến.