Chấn thương tủy sống luôn là một thách thức khổng lồ đối với y học hiện đại. Căn bệnh hệ thần kinh này xuất phát từ những tổn hại cấu trúc hoặc chức năng do ngoại thương hay bệnh tật, dẫn đến sự tê liệt hoàn toàn về vận động, cảm giác và hệ thần kinh tự chủ ở phần cơ thể bên dưới vết thương.
Suốt nhiều năm qua, việc điều trị gặp vô vàn bế tắc bởi tế bào thần kinh tự nhiên có khả năng tái tạo cực kỳ hạn chế. Giới khoa học từng đặt nhiều kỳ vọng vào liệu pháp tế bào tiền thân thần kinh, nhưng thực tế lại phơi bày những rào cản chí mạng như tỷ lệ sống sót của tế bào cấy ghép quá thấp, sự biệt hóa không thể kiểm soát và khả năng kết nối chức năng vô cùng yếu kém.
Đứng trước bài toán nan giải đó, một luồng gió mới đã xuất hiện từ Thụy Sĩ. Mới đây, nhóm nghiên cứu hàng đầu thuộc viện công nghệ liên bang Thụy Sĩ đã công bố một thành tựu đột phá trên tạp chí khoa học danh giá Nature Materials. Họ đã chế tạo thành công một loại robot vi mô lai sinh học mang tên NPCbots. Đây không phải là một cỗ máy cơ khí đơn thuần mà là sự kết hợp tinh vi giữa tế bào sống và vật liệu nano siêu nhỏ.
Thành phần cốt lõi của NPCbots là tế bào tiền thân thần kinh được nuôi cấy từ tế bào gốc vạn năng cảm ứng ở người. Lõi sinh học này được bao bọc bởi một lớp vỏ hạt nano có cấu trúc kép cực kỳ độc đáo: phần nhân bên trong là coban ferit mang từ tính, phần vỏ bên ngoài là bari titanat mang đặc tính áp điện.
Khi những robot này được cấy vào cơ thể và tiếp xúc với từ trường xoay chiều bên ngoài, nhân coban ferit sẽ biến dạng vật lý. Lực cơ học này lập tức tác động lên vỏ bari titanat, tạo ra một dòng điện vi mô. Chính dòng điện siêu nhỏ này đã kích hoạt các kênh ion canxi trên màng tế bào, mở ra hàng loạt tín hiệu truyền dẫn nội bào, thúc đẩy tế bào phân chia và biệt hóa nhanh chóng thành các tế bào thần kinh khỏe mạnh.
Để đưa công nghệ này ra khỏi quy mô phòng thí nghiệm, các chuyên gia đã thiết kế một hệ thống vi lỏng dòng chảy liên tục hai chiều dựa trên nền tảng phòng thí nghiệm trên chip. Quá trình lắp ráp tự động giữa tế bào và hạt nano chỉ diễn ra trong vỏn vẹn 30 phút. Thiết kế động lực học chất lỏng tinh tế này giúp duy trì tỷ lệ sống sót của tế bào lên tới hơn 85%, một con số vô cùng ấn tượng trong lĩnh vực cấy ghép sinh học.
Hiệu quả của NPCbots đã được chứng minh qua những thử nghiệm vô cùng kinh ngạc trên động vật. Trong mô hình thử nghiệm với cá ngựa vằn bị cắt đứt tủy sống, robot vi mô đã thúc đẩy mạng lưới thần kinh và tế bào hình sao kết nối lại với tốc độ chóng mặt. Chỉ sau 3 ngày nhận kích thích từ trường, những con cá ngựa vằn từng bị liệt hoàn toàn đã bơi lội và khám phá môi trường xung quanh như chưa hề có tổn thương.
Đáng kinh ngạc hơn, điều kỳ diệu này tiếp tục lặp lại trên động vật có vú. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành cắt bỏ 2 mm tủy sống ở ngực của những con chuột thí nghiệm, tạo ra một vết thương gây liệt nửa người vĩnh viễn. Bảy ngày sau sự cố, NPCbots được tiêm trực tiếp vào vết đứt gãy và định vị bằng từ trường.
Trải qua 28 ngày với các liệu trình kích thích từ trường đều đặn 30 phút mỗi ngày, phép màu thực sự đã xảy ra. Dựa trên thang điểm đánh giá vận động chi sau tiêu chuẩn quốc tế, nhóm chuột không được điều trị chỉ nhận số điểm 0,7 - đồng nghĩa với sự tê liệt hoàn toàn. Trong khi đó, nhóm được cấy NPCbots đạt mức điểm trung bình 3,9.
Những dấu chân dài hơn, các ngón chân mở rộng bình thường và khả năng chạy tự do trong hộp thử nghiệm là minh chứng rõ nét cho sự phục hồi kỳ diệu. Kết quả điện sinh lý cũng xác nhận đường truyền tín hiệu từ não đến cơ chi sau đã thông suốt trở lại.
Không chỉ mang lại khả năng tái tạo mạnh mẽ, hệ thống này còn đảm bảo độ an toàn sinh học tối đa. Xuyên suốt 28 ngày thử nghiệm trên chuột, không có bất kỳ phản ứng đào thải miễn dịch hay tổn thương nội tạng nào được ghi nhận.
Hơn thế nữa, NPCbots còn phô diễn khả năng di chuyển tự chủ ngược dòng máu đầy ấn tượng dưới sự điều khiển của hệ thống thao tác từ tính không dây. Điều này mở ra một tương lai vô cùng xán lạn cho việc phân phối thuốc và tế bào định hướng không xâm lấn thông qua đường tĩnh mạch.
Dù chặng đường đến với thử nghiệm lâm sàng trên cơ thể người vẫn còn những bước nghiên cứu dài phía trước, thành công của NPCbots đã tạo ra một cột mốc lịch sử. Nó không chỉ là phao cứu sinh cho những bệnh nhân chấn thương tủy sống mà còn mang tới tiềm năng ứng dụng to lớn trong điều trị ung thư, tim mạch và chữa lành các vết thương nghiêm trọng.
Tham khảo: Zhihu
Đức Khương
