Phát minh mới: Công nghệ điều khiển tế bào não bằng smartphone

Trungtamthuoc.com - Những nghiên cứu mới gần đây cho biết, một nhóm các nhà khoa học tại Hàn Quốc và Hoa Kỳ đã cho ra đời phát minh mới. Đó là ứng dụng công nghệ điện tử để tạo ra thiết bị có khả năng điều khiển các mạch thần kinh, bằng cách sử dụng một bộ não nhỏ được điều khiển bởi điện thoại thông minh. ^[1]

1 Những bất lợi của phương pháp điều trị truyền thống là gì?

Các tác giả của Kỹ thuật y sinh tự nhiên cho hay, họ tin rằng thiết bị này là một phát minh mới giúp cho y học hiện đại có thể khám phá nhiều hơn về các bệnh liên quan đến não bộ như: Parkinson, Alzheimer, nghiện, trầm cảm và đau đầu, đau nửa đầu.

Theo đó, thiết bị này sử dụng một hộp đen thay thế giống như Lego và dùng nguồn năng lượng thấp thông qua bluetooth của điện thoại thông minh. Từ đó, nó có thể nhắm mục tiêu đến các tế bào thần kinh cụ thể, bằng cách dùng thuốc và ánh sáng trong thời gian dài.

Raza Qazi, nhà nghiên cứu của Viện Khoa học và Công nghệ tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) và Đại học Colorado Boulder cho biết: "Thiết bị thần kinh không dây cho phép điều chế thần kinh quang học và hóa học mãn tính chưa từng đạt được trước đây". Qazi cho biết thêm, công nghệ này đang ngày càng phát triển hơn. Nó làm lu mờ đáng kể các phương pháp thông thường trước đây, vốn được sử dụng bởi các nhà thần kinh học.

Những cách thức truyền thông hầu hết đều liên quan đến các ống kim loại cứng và sợi quang để truyền thuốc và ánh sáng. Bởi vậy, hạn chế của nó là thiết bị cồng kềnh, khiến cho người bệnh không tiện việc di chuyển. Hơn nữa, cấu trúc tương đối cứng của chúng gây ra tổn thương ở mô não mềm theo thời gian, do đó khiến chúng không phù hợp để cấy ghép lâu dài. Mặc dù các nhà khoa học đã nỗ lực tìm cách để cải tiến phần phản ứng bất lợi của mô bằng cách kết hợp các đầu dò mềm và nền tảng không dây, nhưng nó vẫn chưa phải giải pháp hoàn chỉnh do khó có thể cung cấp và kiểm soát lượng thuốc cho người bệnh trong thời gian dài.

Bởi vậy, yêu cầu đặt ra là làm sao để đạt được việc cung cấp thuốc cho những người bệnh mãn tính mà vẫn đảm bảo an toàn, không gây ảnh hưởng đến hoạt động của não bộ. Thêm vào đó, một thách thức khác đối với các nhà khoa học là làm thế nào để giải quyết vấn đề bay hơi, giảm nồng độ thuốc trong quá trình đưa vào cơ thể người bệnh.

2 Công nghệ thông minh giúp việc điều trị đạt hiệu quả cao hơn

Nhằm khắc phục những nhược điểm của phương pháp truyền thống, các nhà nghiên cứu của Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc, Đại học Washington ở Seattle đã hợp tác để phát minh ra một thiết bị thần kinh mới. Với thiết kế là một loại hộp thuốc có thể thay thế, nó cho phép các nhà thần kinh học nghiên cứu cấu trúc mạch não trong vài tháng mà không cần lo lắng việc hết thuốc giữa chừng.

Những hộp thuốc này được gọi là 'plug-n-play'. Chúng sẽ được lắp ráp vào bộ cấy não cho chuột bằng đầu dò mềm và siêu mỏng (cỡ độ dày của lông người). Trên đó có gắn các kênh microfluidic và đèn LED nhỏ (kích thước chỉ nhỏ hơn một hạt muối). Đồng thời chứa liều lượng thuốc không giới hạn và chứa một luồng ánh sáng nhẹ.

Những cách thức truyền thông hầu hết đều liên quan đến các ống kim loại cứng và sợi quang để truyền thuốc và ánh sáng.

Tiếp đó, bằng giao diện đơn giản được cài đặt sẵn trên những chiếc điện thoại thông minh, các nhà thần kinh học có thể dễ dàng kích hoạt thiết bị này để sử dụng. Họ có thể thực hiện bất kỳ sự kết hợp cụ thể hoặc trình tự chính xác nào của việc cung cấp ánh sáng và thuốc trên động vật mục tiêu đã được cấy ghép mà không cần phải ở trong phòng thí nghiệm.

Không chỉ vậy, với thiết bị thần kinh không dây này, các nhà nghiên cứu còn có thể dễ dàng thiết lập các nghiên cứu động vật hoàn toàn tự động. Trong đó, họ sẽ dễ dàng theo dõi và biết được rằng việc kích hoạt vận chuyển thuốc (hoặc điều chỉnh ánh sáng) đến các tế bào não bộ có thể gây ảnh hưởng tích cực hay tiêu cực đến hành vi của một động vật.

"Thiết bị này là thành quả của sự kết hợp giữa điện tử tiên tiến và kỹ thuật phân tử micro, nano mạnh mẽ. Nó tạo ra một cuộc cách mạng mới trong ngành y học hiện đại", Jae-Woong Jeong, giáo sư kỹ thuật điện tại KAIST, nói. "Chúng tôi quan tâm đến việc phát triển hơn nữa công nghệ này để tạo ra một bộ não cấy ghép cho các ứng dụng lâm sàng."

Michael Bruchas, giáo sư chuyên về Gây mê - Giảm đau và Dược học tại Đại học Y khoa Washington, cho biết công nghệ này sẽ giúp các nhà nghiên cứu đưa ra nhiều phương pháp điều trị hơn. "Nó cho phép chúng ta phân tích tốt hơn cơ sở mạch thần kinh của hành vi và cách thức các chất điều hòa thần kinh cụ thể trong hành vi của não bộ theo nhiều cách khác nhau", ông nói. "Chúng tôi cũng mong muốn sử dụng thiết bị này cho các nghiên cứu dược lý phức tạp, từ đó nó có thể giúp phát triển các phương pháp trị liệu mới để giảm đau, cai nghiện và điều trị chứng rối loạn cảm xúc."

Từ những mục tiêu cụ thể được đặt ra, các nhà nghiên cứu thuộc nhóm Jeong tại KAIST đã liên tục phát triển các thiết bị điện tử mềm cho các thiết bị đeo được và cấy ghép Còn các nhà thần kinh học tại phòng thí nghiệm Bruchas tại Đại học Washington nghiên cứu các mạch não kiểm soát căng thẳng, trầm cảm, cảm giác nghiện, đau và các rối loạn thần kinh khác. Sau đó, bằng mọi nỗ lực thực hợp tác toàn cầu này trong khoảng thời gian ba năm liên tiếp, với hàng chục lần lặp lại thiết kế. Kết quả là xác nhận thành công việc cấy ghép não ở những con chuột di chuyển tự do. Từ đó, các nhà nghiên cứu tin rằng phát minh này có thể thúc đẩy sự phát hiện ra những vấn đề tại não bộ và bệnh lý liên quan.

Công trình này được hỗ trợ bởi các khoản tài trợ từ Quỹ nghiên cứu quốc gia Hàn Quốc, Viện sức khỏe quốc gia Hoa Kỳ, Viện lạm dụng ma túy quốc gia và Giáo sư Mallinckrodt.

Tài liệu tham khảo