Đột phá trong cấy ghép phục hồi thị lực

Một thiết bị cấy ghép cực kỳ nhỏ, với mạng điện cực có kích thước bằng một tế bào thần kinh duy nhất, tồn tại nguyên vẹn trong cơ thể theo thời gian - một sự kết hợp độc đáo hứa hẹn cho việc cấy ghép thị giác trong tương lai cho người mù, đã được phát triển bởi một nhóm nhà nghiên cứu từ Đại học Công nghệ Chalmers  ở Thụy Điển, Đại học Freiburg và Viện Khoa học thần kinh Hà Lan.

Thông thường khi một người bị mù, một phần hoặc một phần mắt bị tổn thương nhưng vỏ não thị giác trong não vẫn hoạt động và chờ đợi tín hiệu đầu vào. Khi xem xét việc kích thích não để phục hồi thị lực, cần phải có hàng nghìn điện cực đi vào bộ phận cấy ghép, cho phép tạo ra đủ thông tin cho hình ảnh. Bằng cách gửi chùm xung điện qua bộ phận cấy ghép đến vỏ thị giác của não, một hình ảnh có thể được tạo ra và mỗi điện cực sẽ đại diện cho một pixel.

Maria Asplund, người đứng đầu bộ phận phát triển công nghệ của dự án và là Giáo sư Điện tử sinh học tại Đại học Công nghệ Chalmers ở Thụy Điển, cho biết càng nhiều điện cực “đưa” vào nó thì hình ảnh sẽ càng đẹp: “Hình ảnh này sẽ không phải là thế giới mà một người có tầm nhìn đầy đủ có thể nhìn thấy được. Hình ảnh được tạo ra bởi chùm xung điện giống như bảng ma trận trên đường cao tốc, một không gian tối và một số điểm sáng lên tùy thuộc vào thông tin bạn được cung cấp.

Thiết bị cấy ghép thị giác được tạo ra trong nghiên cứu này được mô tả như một “sợi chỉ” với nhiều điện cực được đặt liên tiếp, nối tiếp nhau. Về lâu dài, bạn sẽ cần nhiều sợi với hàng nghìn điện cực được kết nối với mỗi sợi và kết quả của nghiên cứu này là một bước quan trọng hướng tới một bộ phận cấy ghép như vậy.

Tương lai của cấy ghép thị giác

Cấy ghép điện để cải thiện thị lực ở người mù không phải là một khái niệm mới. Tuy nhiên, công nghệ cấy ghép hiện đang được khám phá trên bệnh nhân ở người là từ những năm 1990 và có một số yếu tố cần được cải thiện - ví dụ như kích thước cồng kềnh, sẹo trong não do kích thước lớn, vật liệu bị ăn mòn theo thời gian và vật liệu trở nên quá cứng. Bằng cách tạo ra một điện cực thực sự nhỏ có kích thước bằng một tế bào thần kinh, nhóm nhà nghiên cứu có khả năng lắp nhiều điện cực vào một bộ phận cấy ghép và tạo ra hình ảnh chi tiết hơn cho người dùng. Sự kết hợp độc đáo của vật liệu linh hoạt, không ăn mòn khiến đây trở thành giải pháp lâu dài cho việc cấy ghép thị giác.

Giáo sư Asplund bình luận: “Việc thu nhỏ thành phần cấy ghép thị giác là điều cần thiết. Đặc biệt là các điện cực, vì chúng cần phải đủ nhỏ để có thể phân giải kích thích đến số lượng lớn các điểm trong ‘vùng thị giác của não’. Câu hỏi nghiên cứu chính của nhóm là: “Chúng ta có thể lắp nhiều điện cực như vậy vào bộ phận cấy ghép bằng vật liệu chúng ta có và làm cho nó đủ nhỏ cũng như hiệu quả không?” và câu trả lời từ nghiên cứu này là có”.

Kích thước càng nhỏ, ăn mòn càng tệ

Việc tạo ra một thiết bị cấy ghép điện ở quy mô nhỏ như vậy gặp phải những thách thức - đặc biệt là trong môi trường khắc nghiệt, chẳng hạn như cơ thể con người. Trở ngại lớn nhất không phải là làm cho điện cực nhỏ mà là làm cho mạng điện cực nhỏ như vậy tồn tại được lâu trong môi trường ẩm ướt. Ăn mòn kim loại trong cấy ghép phẫu thuật là một vấn đề lớn, và vì kim loại là bộ phận chức năng cũng như bộ phận bị ăn mòn nên lượng kim loại là yếu tố then chốt.

Bộ cấy điện mà Asplund và nhóm tạo ra có chiều rộng cực nhỏ 40 micromet và dày 10 micromet - giống như một sợi tóc chẻ ngọn, với các bộ phận kim loại chỉ dày vài trăm nanomet. Và vì có quá ít kim loại trong điện cực thị giác siêu nhỏ nên nó không thể “đủ khả năng” bị ăn mòn chút nào, nếu không, nó sẽ ngừng hoạt động. Trước đây, vấn đề này chưa thể giải quyết được. Nhưng giờ đây, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một hỗn hợp vật liệu độc đáo được xếp chồng lên nhau mà không bị ăn mòn.

Điều này bao gồm một loại polyme dẫn điện truyền tải kích thích điện cần thiết để bộ phận cấy ghép hoạt động tới loạt phản ứng điện trong tế bào thần kinh. Polyme tạo thành một lớp bảo vệ trên kim loại và làm cho điện cực có khả năng chống ăn mòn tốt hơn nhiều, về cơ bản là một lớp nhựa bảo vệ bao phủ kim loại.

Asplund cho biết: “Sự kết hợp polyme-kim loại dẫn điện mà chúng tôi đã triển khai mang tính cách mạng đối với thiết bị cấy ghép thị giác vì điều đó có nghĩa là chúng hy vọng có thể duy trì chức năng trong suốt vòng đời của thiết bị cấy ghép. Bây giờ chúng ta biết có thể tạo ra mạng điện cực nhỏ như tế bào thần kinh và giữ cho điện cực này hoạt động hiệu quả trong não trong khoảng thời gian rất dài, điều này đầy hứa hẹn vì vẫn còn thiếu cho đến nay. Bước tiếp theo sẽ là tạo ra một bộ cấy ghép có thể kết nối với hàng nghìn điện cực”.

Điều này hiện đang được khám phá trong một nhóm lớn hơn trong dự án Neuraviper đang diễn ra của Liên minh châu Âu (EU).