Một đột phá ngoạn mục trong lĩnh vực y học tái tạo vừa được công bố, mang lại hy vọng cho những bệnh nhân bị chấn thương tủy sống. Các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ (ETH Zurich) đã phát triển thành công robot vi mô lai sinh học có tên NPCbots, có khả năng kích thích tế bào thần kinh tái tạo và phục hồi chức năng vận động.
Robot vi mô lai sinh học: Bước tiến vượt bậc
Tổn thương tủy sống từ lâu được xem là án chung thân tàn khốc, tước đoạt vĩnh viễn khả năng vận động của con người. Các phương pháp điều trị hiện tại như liệu pháp tế bào tiền thân thần kinh gặp nhiều hạn chế do tỷ lệ sống sót của tế bào cấy ghép thấp, sự biệt hóa không kiểm soát và khả năng kết nối chức năng yếu kém. NPCbots ra đời như một giải pháp đột phá, kết hợp tế bào sống với vật liệu nano để tạo ra một hệ thống kích thích sinh học thông minh.
NPCbots được cấu tạo từ tế bào tiền thân thần kinh có nguồn gốc từ tế bào gốc vạn năng cảm ứng ở người, được bao bọc bởi một lớp vỏ hạt nano kép. Lớp vỏ này gồm nhân coban ferit có từ tính và vỏ bari titanat có đặc tính áp điện. Khi tiếp xúc với từ trường xoay chiều bên ngoài, nhân coban ferit biến dạng cơ học, tác động lên vỏ bari titanat, tạo ra dòng điện vi mô. Dòng điện này kích hoạt các kênh ion canxi trên màng tế bào, thúc đẩy quá trình phân chia và biệt hóa tế bào thần kinh.
Sản xuất nhanh chóng và hiệu quả
Nhóm nghiên cứu đã thiết kế một hệ thống vi lỏng dòng chảy liên tục hai chiều dựa trên nền tảng phòng thí nghiệm trên chip, cho phép lắp ráp tự động tế bào và hạt nano chỉ trong 30 phút. Quy trình này duy trì tỷ lệ sống sót của tế bào lên tới hơn 85%, một con số ấn tượng trong lĩnh vực cấy ghép sinh học.
Thử nghiệm thành công trên động vật
Hiệu quả của NPCbots đã được chứng minh qua các thử nghiệm trên cá ngựa vằn và chuột. Ở cá ngựa vằn bị cắt đứt tủy sống, sau 3 ngày kích thích từ trường, những con cá bị liệt hoàn toàn đã bơi lội và khám phá môi trường xung quanh như bình thường. Trên chuột, các nhà khoa học đã cắt bỏ 2 mm tủy sống ở ngực, gây liệt nửa người vĩnh viễn. Bảy ngày sau, NPCbots được tiêm vào vết thương và định vị bằng từ trường.
Sau 28 ngày với liệu trình kích thích từ trường 30 phút mỗi ngày, kết quả thật kỳ diệu. Nhóm chuột được điều trị đạt điểm trung bình 3,9 trên thang điểm đánh giá vận động chi sau, trong khi nhóm không điều trị chỉ đạt 0,7 (tê liệt hoàn toàn). Những con chuột có thể chạy tự do, với dấu chân dài hơn và các ngón chân mở rộng bình thường, cho thấy sự phục hồi đáng kinh ngạc. Kết quả điện sinh lý cũng xác nhận đường truyền tín hiệu từ não đến cơ chi sau đã thông suốt.
An toàn sinh học và tiềm năng ứng dụng
Trong suốt 28 ngày thử nghiệm, không có phản ứng đào thải miễn dịch hay tổn thương nội tạng nào được ghi nhận, chứng tỏ tính an toàn sinh học cao của NPCbots. Ngoài ra, robot vi mô còn có khả năng di chuyển ngược dòng máu dưới sự điều khiển của hệ thống thao tác từ tính không dây, mở ra triển vọng cho việc phân phối thuốc và tế bào định hướng không xâm lấn qua đường tĩnh mạch.
Dù còn nhiều bước nghiên cứu trước khi thử nghiệm lâm sàng trên người, thành công của NPCbots đã đánh dấu một cột mốc lịch sử. Nó không chỉ mang lại hy vọng cho bệnh nhân chấn thương tủy sống mà còn có tiềm năng ứng dụng trong điều trị ung thư, tim mạch và chữa lành các vết thương nghiêm trọng.
