Các kỹ sư tại Đại học Pennsylvania đã tạo ra một thiết bị cấy ghép điện tử mềm có thể bao bọc quanh một động mạch lớn và làm giảm huyết áp bằng cách kích thích điện nhẹ, mở ra một giải pháp thay thế tiềm năng cho những bệnh nhân không đáp ứng với thuốc điều trị.
Thiết bị mang tên CaroFlex kết hợp công nghệ điện tử co giãn được in 3D với một lớp keo dạng gel có thể bám trực tiếp vào mô sống mà không cần khâu cố định. Trong các nghiên cứu trên động vật, hệ thống này giúp hạ huyết áp đồng thời tránh được phần lớn tình trạng kích ứng và tổn thương mô thường gặp ở các thiết bị cấy ghép truyền thống
Các nhà nghiên cứu cho biết công nghệ này trong tương lai có thể hỗ trợ điều trị chứng tăng huyết áp kháng thuốc - tình trạng khiến nhiều người Mỹ phải phụ thuộc vào nhiều loại thuốc nhưng hiệu quả vẫn hạn chế.
Vật liệu mềm giúp tương thích tốt hơn với cơ thể
Phần lớn các thiết bị điện tử cấy ghép hiện nay được chế tạo từ kim loại và nhựa cứng, vốn khó thích nghi với chuyển động tự nhiên của mạch máu. Trong quá trình tuần hoàn, động mạch liên tục co giãn, tạo áp lực lớn lên những thiết bị cứng được gắn trên bề mặt của chúng.
Sự chuyển động đó theo thời gian có thể làm suy yếu khả năng bám dính của thiết bị cấy ghép và gây tổn thương cho các mô xung quanh.
Để giải quyết vấn đề đó, nhóm nghiên cứu tại đã lựa chọn một hướng đi khác. Thay vì sử dụng vật liệu cứng, họ chế tạo CaroFlex từ hydrogel dẫn điện — loại vật liệu mềm có độ đàn hồi gần giống mô sinh học tự nhiên.
Thiết bị còn được phủ một lớp hydrogel kết dính đặc biệt, cho phép nó bám trực tiếp vào thành động mạch mà không cần khâu phẫu thuật.
“Thông thường, các thiết bị dạng này phải được cố định bằng chỉ khâu,” ông Tao Zhou, phó giáo sư ngành khoa học và cơ học kỹ thuật tại Đại học Pennsylvania, cho biết. “Nhưng theo thời gian, các mũi khâu có thể gây tổn thương cho chính phần mô mà chúng gắn vào.”
Điều hòa huyết áp bằng tín hiệu điện
CaroFlex hoạt động bằng cách tác động lên phản xạ áp cảm (baroreflex) — cơ chế tự nhiên giúp cơ thể điều hòa huyết áp thông qua hệ thần kinh.
Thiết bị được đặt gần xoang động mạch cảnh, khu vực chứa các đầu dây thần kinh nhạy cảm với áp lực máu. Những thụ thể này liên tục theo dõi sự thay đổi của dòng máu rồi gửi tín hiệu lên não bộ, từ đó cơ thể điều chỉnh nhịp tim và độ co giãn của mạch máu.
Bằng cách phát ra các xung điện tần số thấp, thiết bị có thể kích thích các thụ thể thần kinh này và điều chỉnh phản ứng của cơ thể khi huyết áp tăng cao.
“Đối với nhiều bệnh nhân, ngay cả khi sử dụng kết hợp từ 3 đến 5 loại thuốc, huyết áp vẫn không thể được kiểm soát hiệu quả,” ông Tao Zhou cho biết. Ông cũng nhận định rằng các liệu pháp điện tử sinh học có thể mang lại thêm lựa chọn cho những bệnh nhân tăng huyết áp không đáp ứng với các phương pháp điều trị hiện nay.
Kết quả thử nghiệm đầy triển vọng
Trước khi thử nghiệm trên động vật, nhóm nghiên cứu đã kiểm tra độ bền cũng như hiệu suất điện của thiết bị trong phòng thí nghiệm. Cấu trúc hydrogel có thể kéo giãn hơn gấp đôi kích thước ban đầu trước khi bị đứt.
Lớp vật liệu kết dính cũng giữ được hiệu suất ổn định sau sáu tháng bảo quản.
Sau đó, nhóm đã cấy CaroFlex vào chuột và theo dõi biến động huyết áp trong các đợt kích thích ngắn. Kết quả cho thấy 4 trong 5 chế độ điện thử nghiệm đã giúp huyết áp giảm trung bình hơn 15%.
Các nhà nghiên cứu cũng so sánh thiết bị này với các điện cực bạch kim truyền thống. Theo họ, CaroFlex duy trì tiếp xúc với mô ổn định hơn và cho hiệu suất điện đáng tin cậy hơn.
2 tuần sau khi cấy ghép, các mô xung quanh gần như không xuất hiện dấu hiệu viêm hay phản ứng miễn dịch đáng kể.
Hiện nhóm nghiên cứu đang tiếp tục tối ưu hóa thiết bị trước khi tiến hành thử nghiệm trên các động vật lớn hơn và hướng tới thử nghiệm lâm sàng trên người. Họ cũng tin rằng công nghệ in 3D có thể thúc đẩy sự phát triển của các thiết bị điện tử sinh học cá nhân hóa dành cho bệnh tim mạch và nhiều bệnh mạn tính khác trong tương lai.
Theo IE
