Các nhà khoa học Trường đại học California (UCSF) và Trường đại học Vanderbilt (Mỹ) đã sử dụng một vi mạch (microchip) chế tạo thành công thiết bị với chức năng như một quả thận nhân tạo có thể cấy ghép vào cơ thể người. Đây là một tin vui đối với bệnh nhân suy thận mạn và đang phải chạy thận nhân tạo.
Sự kết hợp của tế bào sống và vi mạch điện tử
BS. WilliamH.Fissell - Giáo sư y khoa chuyên ngành thận học của Đại học Vanderbilt (Mỹ) - đang phát triển một dự án làm thiết bị cung cấp thận nhân tạo cho bệnh nhân thẩm phân. Ông làm thận nhân tạo với thiết bị lọc bằng microchip cùng với tế bào sống của thận và vận hành bằng chính nhịp tim của bệnh nhân.
Một mẫu của bộ lọc vi mạch được sử dụng bên trong thận nhân tạo.
Thiết bị được cấu thành từ màng silicon sinh học theo công nghệ nano (còn gọi là màng nanofiltar silicon) hoạt động không cần tác động của bơm y tế như các máy lọc thận thông thường mà chính từ nhịp huyết áp của bệnh nhân. Thiết bị được đặt gần chỗ quả thận bị hư và kết nối trực tiếp vào bàng quang với các mạch máu bao quanh. Màng nanofiltar silicon sẽ đóng vai trò như một chiếc phễu lọc giúp loại bỏ các độc tố, muối và nước từ hệ tuần hoàn ở những bệnh nhân bị suy thận mạn tính, cần phải tiến hành lọc máu thường xuyên để bảo toàn tính mạng.
Sự hoạt động của thiết bị nhờ vào sự co bóp của tim tạo sự chênh lệch huyết áp, giúp người bệnh không cần phải đến cơ sở y tế để lọc máu theo định kỳ như trước nữa.
BS. William Fissell - một trong những tác giả nghiên cứu, cho biết: “Chúng tôi đang thiết kế một thiết bị dịch sinh học tương tự một quả thận với đầy đủ chức năng bài tiết chất cặn bã, bài tiết nước tiểu, mục tiêu là làm quả thận với kích cỡ nhỏ tương đương một lon soda để có thể cấy vào cơ thể của bệnh nhân”.
Chìa khóa để tạo ra thận nhân tạo là một vi mạch. Vi mạch này có quy trình xử lý giống như công nghệ nano silicon, đó là được phát triển bằng công nghệ vi điện tử trên máy vi tính. Các vi mạch này có thể tạo ra một bộ lọc lý tưởng. Mỗi thiết bị thận chứa khoảng 15 vi mạch được đặt chồng lên nhau. Các vi mạch có chức năng như những bộ lọc và giàn đỡ để các tế bào thận sống nghỉ ngơi.
Các nghiên cứu thí nghiệm đối với bộ lọc silicon dự kiến sẽ được bắt đầu tiến hành trên cơ thể bệnh nhân vào cuối năm 2017.
Khó khăn cần vượt qua
BS. Fissell cùng đồng nghiệp đã dùng tế bào sống của thận cho làm phản ứng sinh học trong phòng thí nghiệm, may mắn là các màng sinh học phát triển tốt và giờ đây chúng có thể hấp thụ các chất dinh dưỡng và thải trừ các chất cặn bã. Thiết bị này được thiết kế cho phù hợp với sự đáp ứng của hệ thống miễn dịch nên chúng chống thải ghép và vận hành một cách tự nhiên theo dòng máu của bệnh nhân.
Tuy nhiên, theo BS. Fissell, thách thức của nhóm nghiên cứu là làm sao đặt dòng máu trong lòng mạch xuyên qua thiết bị này. Họ phải làm thay đổi dòng chảy nhịp nhàng của máu trong động mạch và di chuyển chúng xuyên qua thiết bị nhân tạo mà không bị đóng vón hoặc hư hại. Hiện các nhà khoa học đã sử dụng trạng thái chuyển động liên tục của dịch lỏng qua thiết bị này để xác định xem có thể bị vón cục hay không? Cụ thể là dùng mô hình của máy tính làm sạch đường dẫn để dòng máu được chảy trơn mượt, kế tiếp là sử dụng kỹ thuật in 3D làm bản mẫu thiết kế mới này và thử nghiệm cho dòng máu chảy qua.
Được biết, từ năm 2003, Viện Sức khỏe quốc gia (NIH) đã đầu tư 6 triệu đô-la cho BS. Fissell cùng cộng sự của ông là BS. Shuvo Roy đến từ Đại học California ở San Francisco cho dự án làm thận nhân tạo này và năm 2012, FDA đã chọn duyệt dự án này trong chương trình phải tiến hành nhanh và được NIH tài trợ, còn bệnh nhân thì sẵn sàng cho thử nghiệm.
Và triển vọng...
Cấy ghép thận là phương pháp tốt nhất cho bệnh nhân, nhưng nguồn hiến thận rất hiếm. Năm vừa qua, tại Mỹ có hơn 100.000 bệnh nhân trong danh sách chờ ghép thận nhưng chỉ có 17.108 người được nhận. Theo Viện Thận quốc gia Hoa Kỳ thì hiện nay có hơn 460.000 bệnh nhân ở giai đoạn cuối và mỗi ngày có 13 người chết trong khi chờ đợi được ghép một quả thận.
BS. Fissell cho biết, ông có trong tay một danh sách dài các bệnh nhân thẩm phân, họ thiết tha mong mỏi được thử nghiệm. Nếu thành công không chỉ cứu sống họ mà còn sẵn lòng cứu sống cho nhiều bệnh nhân khác.
(Theo Vanderbilt University)