THANH TRÚC (Tổng hợp)

Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và công nghệ y sinh, cùng với số người chịu thương tổn do bệnh tật và tai nạn gia tăng, được xem là động lực quan trọng thúc đẩy giới nghiên cứu phát triển các cơ quan nhân tạo giúp phục hồi hoặc tái tạo chức năng trên cơ thể người. Năm qua, lĩnh vực chế tạo thiết bị hoặc bộ phận nhân tạo nhằm giúp bệnh nhân kéo dài cuộc sống đã gặt hái nhiều thành công đáng kể.

Theo thống kê công bố tại Hội thảo Khoa học 2015 của Hiệp hội Tim Mỹ, hơn 122.000 người ở xứ cờ hoa đang cần cấy ghép nội tạng (hoặc bộ phận khác trên cơ thể) và trung bình mỗi ngày có 22 người chết vì không chờ được bộ phận thay thế. Tương tự, tại Anh có 7.000 người đang cần ghép tạng và con số này ở Úc là 1.600 người. Còn tại Việt Nam, số người chờ ghép tạng lên đến hơn 16.000 người, nhiều nhất là bệnh nhân suy thận mãn giai đoạn cuối, hỏng giác mạc, suy chức năng gan, tim, phổi, tụy…

Những số liệu trên cho thấy phát triển cơ quan nhân tạo là một nhu cầu cấp thiết, trong bối cảnh danh sách bệnh nhân chờ được cấy ghép ngày một nối dài, nhưng số người đăng ký hiến tạng lại rất hạn chế.

Từ phát triển nội tạng nhân tạo…

Ảnh: posta.com.tr

Cơ quan nhân tạo được định nghĩa là các thiết bị sinh học do con người chế tạo, được cấy ghép trong cơ thể để thay thế hoặc hỗ trợ các bộ phận tự nhiên bị suy giảm chức năng nghiêm trọng hoặc hư tổn do bệnh tật. Chúng được nuôi dưỡng từ tế bào gốc của bệnh nhân hoặc làm bằng các vật liệu tương thích sinh học.

Tim là cơ quan nhân tạo được chú trọng phát triển nhiều nhất. Một trong những phát minh điển hình là trái tim nhân tạo Carmat, thành quả nghiên cứu 25 năm của Giáo sư người Pháp Alain Carpentier nổi tiếng thế giới, người đồng sáng lập Viện Tim TPHCM. Đến nay, sản phẩm của ông đã được thử nghiệm thành công trên 4 bệnh nhân suy tim giai đoạn cuối, giúp họ kéo dài cuộc sống thêm nhiều tháng. Giáo sư Carpentier và công ty Carmat dự kiến tiếp tục thử nghiệm tim nhân tạo trên 30 bệnh nhân khác, có thể bao gồm bệnh nhân ở Việt Nam.

Ảnh: Cornell University

Năm qua, ngành giải phẫu bệnh lý tim người cũng đánh dấu một bước đột phá quan trọng, khi các nhà khoa học tại Đại học Cornell (Mỹ) chế tạo thành công quả tim nhân tạo mềm mại như tim thật. Thành phần chính của tim là silicon dẻo, có thể cấy ghép vào cơ thể và tương thích với các mô hữu cơ. Phó Giáo sư Rob Shepherd, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết do quả tim làm bằng vật liệu đàn hồi nên nó có thể được chế tạo ở bất kỳ hình dạng hoặc kích thước nào phù hợp với bệnh nhân. Điều khác biệt giữa quả tim xốp với những quả tim nhân tạo khác là nó rất mềm, có thể co bóp để bơm máu và tạo ra nhịp đập, giống như hoạt động của tim thật.

Ước tính năm 2015, thế giới có khoảng 3,2 triệu bệnh nhân suy thận giai đoạn cuối cần chữa trị và con số này dự báo sẽ tăng 6%/năm. Tin vui cho họ là các nhà khoa học Nhật đã tiến gần hơn tới việc phát triển thận thay thế với đầy đủ chức năng, sau khi kết quả thử nghiệm cho thấy thận nuôi cấy trong phòng thí nghiệm có thể hoạt động trên động vật.

Giới nghiên cứu từng thành công trong việc phát triển thận từ tế bào gốc của con người, nhưng nó chưa hoàn chỉnh vì thiếu đường bài tiết nước tiểu, gây ra tình trạng ứ nước. Để giải quyết vấn đề này, Tiến sĩ Takashi Yokoo và đồng nghiệp tại Khoa Y Đại học Jikei ở Tokyo vẫn sử dụng tế bào gốc, nhưng thay vì chỉ "nuôi" thận cho vật chủ, họ phát triển thêm ống dẫn nước tiểu và bàng quang để lưu trữ nước tiểu. Sau khi ghép các bộ phận có tính tương thích sinh học này vào bàng quang của con vật, nước tiểu đã chuyển từ thận và bàng quang cấy ghép đến bàng quang tự nhiên của chuột. Hệ thống vẫn hoạt động tốt khi họ kiểm tra lại vào 8 tuần sau đó, và cầu thận cũng phát triển các cấu trúc đặc trưng của thận trưởng thành. Họ tiếp tục thu được kết quả tương tự khi áp dụng phương pháp này trên heo. Từ những kết quả trên, các chuyên gia tin tưởng thận nhân tạo sẽ sớm được thử nghiệm trên người trong vài năm nữa.

Sau 8 tuần cấy ghép, cầu thận đã phát triển các cấu trúc đặc trưng của thận trưởng thành.

Trong nỗ lực nhằm cải thiện cuộc sống của bệnh nhân tiểu đường – căn bệnh ảnh hưởng tới khoảng 190 triệu người trên thế giới – các chuyên gia tại Đại học California - Santa Barbara (Mỹ) đã chế tạo thành công "tụy nhân tạo". Đó là một hệ thống gồm máy đo glucose liên tục (CGM) cấy dưới da và kết nối không dây với một máy bơm insulin, dùng thuật toán để tính toán và bơm lượng insulin cần thiết vào cơ thể. "Tụy nhân tạo" được cho có thể thay thế phương pháp trích máu ngón tay (để đo đường huyết) và tiêm insulin. Theo các chuyên gia, bệnh nhân tiểu đường típ 1 là đối tượng dễ gặp biến chứng nguy hiểm như co giật, suy tim, tổn thương thần kinh và thậm chí tử vong, nếu bất cẩn để đường huyết tăng cao.

Kết quả thử nghiệm kéo dài 3 tháng trên bệnh nhân tiểu đường típ 1 (cả người lớn và trẻ em) cho thấy "tụy nhân tạo" giúp duy trì mức đường huyết tối ưu trong phạm vi từ 80-140 mg/dL suốt 78% thời gian. Trưởng nhóm nghiên cứu Francis J. Doyle cho biết so với việc bệnh nhân phải tự giám sát và tiêm insulin, hệ thống mới khiến họ cảm thấy thoải mái và an toàn hơn.

… đến tái tạo các bộ phận cơ thể

Năm 2015, sự kiện các bác sĩ Anh cấy ghép thành công mắt nhân tạo đầu tiên trên thế giới đã đánh dấu một đột phá mới trong ngành khoa học y sinh. Trong đó, các bác sĩ tại Bệnh biện Mắt Hoàng gia Manchester đã sử dụng mắt sinh học Argus II do hãng công nghệ Second Sight (Mỹ) sản xuất để cấy ghép cho cụ ông Ray Flynn ở Anh.

Trên cơ bản, thiết bị cấy ghép chuyển đổi dữ liệu hình ảnh trực tiếp từ một camera nhỏ gắn trên gọng kính thành các xung điện và truyền không dây tới một điện cực cấy trong võng mạc. Điện cực tiếp tục kích thích tế bào võng mạc và gửi thông tin hình ảnh đến não. Bệnh nhân sau đó học cách để hiểu hình ảnh. Bằng cách này, cụ ông 80 tuổi bị thoái hóa điểm vàng (AMD) 8 năm qua đã có thể nhìn thấy gương mặt người thân và xem tivi rõ hơn chỉ sau hơn nửa tháng cấy mắt Argus II.

Ở lĩnh vực tái tạo chân tay, Cơ quan nghiên cứu các dự án quốc phòng tiên tiến (DARPA-thuộc Bộ Quốc phòng Mỹ) đã phát triển thành công cánh tay giả có cảm giác như thật. Cánh tay này do các chuyên gia robot tại Đại học Johns Hopkins thiết kế và được DARPA bổ sung thêm khả năng truyền nhận tín hiệu xúc giác với não. Theo đó, họ cấy một loạt điện cực vào hai vùng vỏ não điều khiển vận động và xúc giác, sau đó nối dây dẫn tới cánh tay giả. Do chứa các cảm biến mô-men xoắn tinh vi, cánh tay có thể phát hiện áp lực trên từng ngón tay và chuyển đổi những cảm giác vật lý thành tín hiệu điện truyền về não. Nhờ đó, một thanh niên 28 tuổi bị bại liệt hơn 10 năm do chấn thương tủy sống đã trở thành người đầu tiên có thể cảm nhận xúc giác với cánh tay giả, sau một cuộc thử nghiệm với độ chính xác gần 100%. Đây được xem là một bước đột phá trong ngành y học tái tạo, đặc biệt trong nỗ lực phục hồi chức năng cho người khuyết tật.

Cụ Flynn - người đầu tiên trên thế giới phục hồi thị lực nhờ cấy mắt sinh học. Ảnh: Telegraph

Trong khi đó, các bác sĩ tại Bệnh viện Đại học Salamanca (Tây Ban Nha) cũng phát triển thành công xương ức và lồng ngực nhân tạo làm từ titan. Sản phẩm được công ty Anatomics chuyên về kỹ thuật in 3D ở Úc chế tác dựa trên ảnh chụp CT ngực của bệnh nhân. Người đầu tiên được cấy ghép thiết bị này là một bệnh nhân ung thư 54 tuổi, bị cắt bỏ lồng ngực để ngăn khối u di căn. Kết quả theo dõi sau đó cho thấy bộ phận nhân tạo hoạt động hiệu quả, không gây ra tác dụng phụ nào đáng kể và chỉ 12 ngày sau phẫu thuật, bệnh nhân đã xuất viện về nhà.

Trong y học, thiết bị cấy ghép được in 3D từ vật liệu titan không phải là hiếm, nhưng thay thế cả một khu vực bị tổn thương lớn như lồng ngực thực sự đã tạo ra một bước tiến mới cho nền y học thế giới. Và sự cải tiến trong công nghệ in 3D cũng mang lại rất nhiều lợi ích cho lĩnh vực chế tạo bộ phận cơ thể thay thế - hiện được xem là thị trường mới nổi. Bước tiếp theo, các chuyên gia hướng tới chế tạo khớp hông titan phù hợp với từng bệnh nhân, cũng như tái tạo hộp sọ và xương ngón tay từ polymer theo nhu cầu người dùng. Thậm chí, họ còn nghiên cứu khả năng in tế bào sống lên khung 3D của các bộ phận cơ thể, với hy vọng có thể tái sinh chúng và không cần chờ đợi cơ quan hiến tặng.

Tại hội nghị Inside 3D Printing New York 2015, Terry Wohlers – Chủ tịch công ty tư vấn kinh doanh Wohlers Associates chuyên về in ấn 3D – cho biết doanh số của thị trường bộ phận cơ thể in 3D năm 2014 đạt 537 triệu USD, tăng khoảng 30% so với năm trước. Hiện Bắc Mỹ đang thống trị thị trường cơ quan nhân tạo toàn cầu, kế tiếp là châu Âu, chủ yếu do dân số già cũng như số người bị suy chức năng nội tạng vì bệnh tật gia tăng. Trong 5 năm tới, châu Á được dự báo là thị trường phát triển nhanh nhất bởi chi phí đầu tư cho sức khỏe và du lịch y tế tăng cao, trong khi hạ tầng y tế trong khu vực cũng được cải thiện.