Việc nhúng mạch điện tử vào bên trong mô cơ thể lâu nay vốn là chất liệu chính của truyện khoa học viễn tưởng. Nhưng nay các nhà khoa học ở Mĩ vừa nghĩ ra một phương pháp nuôi một đám mô cấy sống trên một ma trận chứa những bộ cảm biến điện tử nhỏ xíu. Vừa đưa đến những sự cấy mô tốt hơn cho thử nghiệm thuốc, nghiên cứu trên còn góp phần vào sự phát triển của các cơ quan thay thế nhân tạo.
Sự lớn lên của mô sống với các bộ cảm biến điện tử nhúng bên trong có thể có nhiều ứng dụng sinh học và y khoa. Tuy nhiên, lựa chọn duy nhất cho đến nay là cấy mô và sau đó đưa các điện cực vào trong nó. Đây là điều không mong muốn vì hai nguyên do sau. Thứ nhất, một dãy điện cực nhấn vào giống như những cái kim không truy cập mô đó theo một kiểu chính xác và nhạy. Thứ hai, việc đưa các điện cực vào trong mô sẽ gây hại không tránh khỏi.
Nay, đội khoa học của nhà hóa học Charles Lieber tại trường Đại học Harvard vừa hợp tác với các kĩ sư mô tại Viện Công nghệ Massachusetts và Bệnh viện Nhi đồng Boston phát triển một cách tốt hơn tích hợp mô và dụng cụ điện tử. Thay vì sử dụng các máy dò gốc điện cực truyền thống, Lieber và các đồng sự chọn các transistor hiệu ứng trường silicon (FET) làm máy dò. Các bộ cảm biến FET có thể cực kì nhỏ - trong trường hợp này được làm từ các dây nano đường kính 30 nm – tuy nhiên vẫn mang lại những số đo chính xác.
Ảnh 3D tái hiện lại cho thấy một mạng lưới gồm những bộ cảm biến nano (màu lam/lục) bên cạnh các neuron (màu đỏ) trong một mô cấy. (Ảnh: Charles M Lieber)
Quá trình không xâm hại
Các FET, cùng với mạch điện nối liền, được nhúng bên trong một ma trận 3D xốp, tương thích sinh học đặc biệt. Sau đó các nhà nghiên cứu cấy mô lên trên ma trận này, tạo ra một mạng lưới mịn gồm những bộ cảm biến FET nhúng bên trong mô. “Sự khác biệt lớn giữa phương pháp của chúng tôi và phương pháp cũ là phương pháp của chúng tôi là một quá trình không xâm hại,” phát biểu của Jia Liu, một sinh viên trong phòng thí nghiệm của Lieber và là một trong ba tác giả của bài báo viết về nghiên cứu trên. Khi chúng tôi ghi hoặc kích thích mô, chúng tôi không cần sử dụng các điện cực đâm xuyên qua mô đó.”
Các nhà nghiên cứu đã kiểm tra xem sự có mặt của những bộ cảm biến này có mang lại tác động nào đối với khả năng phát triển tế bào hay không trong vài tuần lễ và tìm thấy mọi tác động là hết sức nhỏ. Tuy nhiên, họ thừa nhận rằng sẽ cần có những nghiên cứu dài hạn hơn trước khi công nghệ có thể dùng để chế tạo các bộ phận cấy ghép trong y khoa.
Để chứng minh tính hữu ích của công nghệ của họ đối với sự thử nghiệm thuốc, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một mô gồm những tế bào tim tích hợp những bộ cảm biến FET. Họ sử dụng những bộ cảm biến đó theo dõi tác dụng lên mô tim của noradrenaline, một loại thuốc làm tăng nhịp tim. Họ đo thấy sự tăng hai bậc tần số co bóp của tim sau khi sử dụng noradrenaline.
Cơ tổng hợp
“Đây là một bài báo hay và là ví dụ rất sớm của sự kết hợp các dụng cụ điện tử dẻo với kĩ thuật mô. Công nghệ điện tử dẻo gốc dây nano có thể là một trong những cách tiếp cận tốt nhất để những cấu trúc mô 3D như thế có thể khảo sát bằng phương pháp điện,” phát biểu của Zhenqiang Ma, một chuyên gia về điện tử học biểu bì tại trường Đại học Wisconsin-Madison. Ma đề xuất rằng công nghệ trên có thể có giá trị đặc biệt đối với việc tạo ra những phiên bản tổng hợp của các mô ví dụ như cơ và các neuron mà trong sự hoạt động của chúng có liên quan đến sự truyền tín hiệu điện.
Trong tương lai gần, các nhà nghiên cứu tin rằng khả năng ứng dụng của nghiên cứu trên có lẽ chỉ hạn chế với việc cải tiến sự cấy mô để thử nghiệm thuốc. Tuy nhiên, Liu đồng ý rằng, trong thời gian dài hạn, sự đóng góp cho xu hướng truy tìm những phiên bản tổng hợp của các bộ phận cơ thể có thể là có ý nghĩa. Ông giải thích rằng các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này đã sử dụng những ma trận ngoài tế bào thuộc loại dùng ở đây để cấy mô tổng hợp. “Tuy nhiên, trước đây sự cấy mô như thế này là một chất liệu thụ động chỉ làm nhiệm vụ bệ đỡ cho các tế bào khi chúng lớn lên,” Liu nói. “Nhưng bây giờ, chúng tôi đã tạo ra một sự cấy mô điện tử nano không chỉ làm bệ đỡ cho sự lớn lên của các tế bào, mà còn có thể theo dõi sự hoạt động chức năng của chúng.”
Tham khảo: http://dx.doi.org/%2010.1038/nmat3404
123physics (thuvienvatly.com)
Nguồn: physicsworld.com
