Thay khớp gối từ công nghệ in 3D kim loại

Bài viết của ThS.BS Võ Sỹ Quyền Năng - Trưởng khoa Phẫu thuật khớp gối và cổ bàn chân - Trung tâm Chấn thương chỉnh hình & Y học thể thao - Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec Times City

Độ tuổi trung bình phải thay khớp gối hay khớp háng do thoái hoá là vào khoảng 65-70 tuổi. Khác với nhóm cao tuổi, nhóm người bệnh trung niên (khoảng 50 tuổi) vẫn còn có nhu cầu tham gia các hoạt động thể thao cường độ cao, do đó yêu cầu về chức năng và tuổi thọ của khớp gối nhân tạo được đặt ra cao hơn rất nhiều. Giải pháp nâng cao tuổi thọ khớp gối nhân tạo là chế tạo khớp gối nhân tạo bằng công nghệ in 3D kim loại.

Thay khớp gối nhân tạo truyền thống sử dụng xi măng sinh học để cố định khớp nhân tạo vào xương. Tuy nhiên, phần liên kết giữa xương và xi măng thường hỏng sau khoảng 20 năm và khi đó khớp nhân tạo sẽ không còn được gắn chặt với xương, dẫn tới hiện tượng lỏng khớp và cần phẫu thuật thay thế lại bộ khớp khác. Đó cũng là lý do mà nhóm người bệnh trẻ tuổi cần có sự liên kết giữa khớp nhân tạo với xương theo một kiểu khác với truyền thống. Và giải pháp được đưa ra cho vấn đề này đó là chế tạo ra các thế hệ khớp mới không dùng xi măng mà có thể gắn trực tiếp với xương, cho phép xương mọc vào trong khớp và tạo liên kết trực tiếp bền chắc với xương.

Một vấn đề khác đến từ chính thiết kế của khớp gối nhân tạo. Do tính chất sản xuất công nghiệp, các bộ khớp gối nhân tạo sản xuất sẵn chỉ có thể lựa chọn kích cỡ để có thể đạt được mức độ gần phù hợp nhất mà không thể đạt tới mức độ vừa vặn hoàn hảo với hình thể khớp gối của mỗi người bệnh được. Vì thế, sẽ có hiện tượng xương bị tiêu đi tại những vùng không hoàn toàn áp khít nhau giữa xương và khớp nhân tạo, từ đó gây ra giảm tuổi thọ của khớp.

Một giải pháp có thể giải quyết cho cả hai vấn đề nói trên đó là chế tạo khớp gối nhân tạo bằng công nghệ in 3D kim loại.

Máy in 3D kim loại chế tạo ra các vật thể bằng cách sử dụng laser thiêu đốt các lớp bột kim loại để kết nối chúng lại với nhau. Ngày nay, vật thể được in từ máy in 3D kim loại không những có các chi tiết tinh xảo hơn mà cũng có độ bền hoàn toàn không kém so với công nghệ đổ khuôn truyền thống.

Khi ứng dụng trong lĩnh vực chế tạo thay khớp gối nhân tạo, công nghệ in 3D kim loại có thể in ra các bộ khớp nhân tạo có các cấu trúc dạng lỗ, các bè xương tương tự như xương thật tại diện tiếp xúc giữa khớp nhân tạo và xương. Vật liệu in là hợp kim titan y tế có tính chất cơ sinh học tương tự như xương người, giúp tăng cường hiện tượng xương mọc vào trong khớp nhân tạo và làm cho khớp nhân tạo vững chắc.

Ngoài ra, do được thiết kế dựa trên xương của mỗi người bệnh, nên xương và khớp nhân tạo sẽ vừa khớp một cách hoàn hảo với nhau, từ đó giúp đảm bảo khả năng thực hiện được những chuyển động như khớp gối bình thường.

In 3D kim loại khớp nhân tạo là phương pháp tiên tiến nhất thế giới, tuy nhiên, do chi phí cao và sản xuất khó nên chưa phổ biến. Trên thế giới, thay khớp gối nhân tạo được chế tạo bằng công nghệ in 3D kim loại, không sử dụng xi măng cũng mới chỉ được tiến hành lần đầu tiên vào ngày 29/04/2021 tại Ý.

Trung tâm nghiên cứu ứng dụng công nghệ 3D trong y khoa tại Đại học VinUniversity là đơn vị duy nhất đang triển khai nghiên cứu phương pháp thay khớp gối nhân tạo tại Việt Nam, các kết quả nghiên cứu rất khả quan và hứa hẹn sẽ có thể ứng dụng thành công trong tương lai gần.