Buzz
Trong khi y học thần kinh liên tục tìm kiếm các phương pháp điều trị an toàn và hiệu quả, nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã công bố một bước đột phá có thể thay đổi cách thức tiếp cận các bệnh lý não bộ của con người.
Công nghệ mới mang tên Circulatronics được kỳ vọng sẽ mở ra kỷ nguyên điều trị không xâm lấn, sử dụng các con chip sinh học siêu nhỏ có khả năng tự di chuyển, tự định vị và tự kích hoạt trong não chỉ với một mũi tiêm vào cánh tay.
Đây là thành quả của sáu năm nghiên cứu không ngừng nghỉ, khi các nhà khoa học tại MIT, Đại học Wellesley và Đại học Harvard đã kết hợp các tiến bộ trong công nghệ nano, sinh học tế bào và điện tử để phát triển một nền tảng y học thần kinh hoàn toàn mới.
Bài báo công bố nghiên cứu, do giáo sư Deblina Sarkar, Giám đốc Phòng thí nghiệm Nano-Cybernetic Biotrek của MIT làm tác giả chính, đã được đăng tải trên tạp chí Nature Biotechnology, thu hút sự quan tâm đặc biệt của giới khoa học toàn cầu.
Trong suốt nhiều năm qua, các bệnh lý như trầm cảm nặng, Alzheimer, đa xơ cứng và thậm chí u não đều được điều trị bằng phương pháp kích thích điện sâu, tuy nhiên, để thực hiện điều này, bệnh nhân phải trải qua các ca phẫu thuật xâm lấn để gắn điện cực vào các vùng não mục tiêu.
Phương pháp này yêu cầu kỹ thuật cao, chi phí đắt đỏ, có nguy cơ nhiễm trùng và tổn thương mô não, và không phù hợp với hàng tỷ bệnh nhân mắc rối loạn thần kinh trên toàn thế giới. Circulatronics mang đến một phương pháp điều trị điện nhưng không xâm lấn, không cần dao mổ, không cần mở hộp sọ.
Trọng tâm của công nghệ này là các thiết bị điện tử không dây siêu nhỏ, có kích thước nhỏ hơn cả tế bào, gọi là SWED. Các con chip này có kích thước chỉ bằng một phần tỷ chiều dài hạt gạo, cấu tạo từ các lớp polymer bán dẫn hữu cơ xen kẽ với các lớp kim loại mỏng, đủ nhỏ gọn để có thể vào trong một tế bào máu. Dù nhỏ bé như vậy, chúng vẫn có khả năng tạo ra dòng điện nanowatt để kích thích một nhóm tế bào thần kinh với độ chính xác cực cao.
Điểm đặc biệt của SWED là chúng không cần pin. Các chip này hoạt động theo nguyên lý quang điện: hấp thụ ánh sáng bên ngoài cơ thể và chuyển hóa thành điện năng. Tia laser cận hồng ngoại, loại ánh sáng có thể xuyên qua hộp sọ, được sử dụng làm nguồn kích hoạt từ bên ngoài, giúp việc điều trị trở nên nhẹ nhàng hơn: bác sĩ chỉ cần chiếu ánh sáng lên đầu bệnh nhân để kích hoạt chip mà không cần dây dẫn, phẫu thuật hay để lại vết mổ.
Tuy nhiên, câu hỏi lớn nhất là làm sao một con chip có thể tự tìm đến đúng vị trí trong não? Nhóm nghiên cứu đã giải quyết vấn đề này bằng cách kết hợp SWED với bạch cầu đơn nhân, một loại tế bào miễn dịch có khả năng vượt qua hàng rào máu não và luôn di chuyển đến các vùng bị viêm trong cơ thể.
Bằng cách tạo ra một "tế bào lai" kết hợp chip điện tử và khả năng định vị sinh học của bạch cầu, SWED có thể "quá giang" theo cơ chế tự nhiên của cơ thể để tới đúng vị trí cần điều trị trong não. Khi vùng não bị viêm, như trong Alzheimer hoặc sau chấn thương, các tế bào lai sẽ tự động di chuyển đến đó, dừng lại ở vùng tổn thương, và đưa SWED vào đúng điểm mà không cần thiết bị định vị hay phẫu thuật.
Để kiểm tra hiệu quả, nhóm nghiên cứu đã thực hiện hai giai đoạn thử nghiệm trên chuột. Trong giai đoạn đầu, họ tạo ra một vùng viêm nhỏ trong não chuột để mô phỏng tổn thương. Sau khi tiêm tế bào lai chứa SWED vào máu, họ đợi 72 giờ để chip có thời gian di chuyển. Kết quả cho thấy số lượng lớn thiết bị đã đến đúng vị trí viêm, chứng minh khả năng tự định vị ấn tượng của hệ thống.
Giai đoạn tiếp theo nhằm xác định xem chip có thể thực sự kích thích tế bào thần kinh hay không. Nhóm nghiên cứu sử dụng tia laser cận hồng ngoại để kích hoạt SWED từ bên ngoài hộp sọ chuột. Sau đó, họ đo lượng protein c-Fos - chỉ dấu quan trọng chứng minh tế bào thần kinh đang hoạt động mạnh tại vùng mục tiêu. Kết quả cho thấy những con chuột cấy SWED có số lượng tế bào c-Fos tăng mạnh, và khu vực bị kích thích chỉ nằm trong phạm vi 30 µm quanh vùng viêm, chứng tỏ độ chính xác và tập trung rất cao.
Điều này là điều mà các phương pháp kích thích điện truyền thống không thể đạt được, vì chúng thường tác động đến một phạm vi rộng hơn rất nhiều.
Những tín hiệu khả quan này mở ra cơ hội cho hàng loạt ứng dụng y học trong tương lai. Không chỉ dừng lại ở bệnh lý thần kinh, Circulatronics có thể được mở rộng sang các cơ quan khác trong cơ thể. Giáo sư Sarkar cho biết công nghệ này có thể ứng dụng vào tim, gan, hệ miễn dịch và thậm chí hỗ trợ phát triển các thiết bị như máy tạo nhịp tim không dây. Việc đưa thiết bị đến đúng vị trí thông qua mạch máu có thể trở thành phương pháp điều trị chuẩn, thay thế cho các cuộc phẫu thuật trong nhiều lĩnh vực y học hiện đại.
Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang mở rộng ứng dụng của SWED để điều trị ung thư não, Alzheimer và các bệnh đau mãn tính. Bên cạnh đó, họ cũng đang nỗ lực tích hợp các mạch nano điện tử mới để biến SWED thành một hệ thống "hai chiều": vừa kích thích, vừa cảm biến tín hiệu thần kinh, thậm chí mô phỏng hoạt động của tế bào thần kinh người - một hướng đi có thể mở ra kỷ nguyên mới cho những "tế bào thần kinh điện tử tổng hợp".
Mặc dù tiềm năng là rất lớn, con đường thương mại hóa công nghệ này vẫn còn nhiều bước phải vượt qua. MIT đã thành lập công ty spin-off có tên Cahira Technologies để đưa công nghệ này vào thử nghiệm lâm sàng trong ba năm tới. Nếu mọi việc diễn ra thuận lợi, Circulatronics sẽ cần thêm vài năm nữa để hoàn tất quy trình phê duyệt an toàn trước khi có thể áp dụng tại các bệnh viện.
Mặc dù còn mất thời gian để công nghệ này đến tay người bệnh, nhưng những gì nó hứa hẹn đang mang lại một làn sóng mới cho ngành y học thần kinh. Một mũi tiêm vào cánh tay thay thế cho một ca phẫu thuật não? Điều này từng chỉ là viễn tưởng, nhưng MIT đang biến nó thành hiện thực, và trong tương lai không xa, hàng triệu bệnh nhân sẽ được hưởng lợi từ cuộc cách mạng y học này.
