Vi mạch mô phỏng cơ quan nội tạng người

Thiết bị độc đáo do 2 nhà khoa học Donald Ingber và Dan Dongeun Huh ở Viện Ứng dụng Sinh học sáng tạo Wyss, Đại học Havard thiết kế đã giành được Giải thưởng Thiết kế năm 2015 của Bảo tàng Thiết kế London (Anh) - giải thưởng thành lập cách đây 5 năm.

Dan Dongeun Huh (trái) và Donald Ingber.

Dan Dongeun Huh (trái) và Donald Ingber.

Thiết bị "Cơ quan người trên vi mạch" là kết quả của 7 năm nghiên cứu miệt mài thật sự mang đến một cuộc cách mạng mới trong nghiên cứu y khoa.

Những vi mạch (chip) này là những thiết bị nhỏ bé được tích hợp các tế bào sống của con người, mô phỏng cấu trúc mô cũng như chức năng và sự vận động của toàn bộ các cơ quan - từ gan cho đến phổi và ruột. Nếu được cơ quan quản lý phê chuẩn thương mại hóa, thiết bị vi mạch cơ quan người đầu tiên này sẽ giúp tăng tốc cho những cuộc thử nghiệm đồng thời hạn chế tối đa việc sử dụng động vật trong các phòng thí nghiệm.

Các nhà khoa học ở Viện Wyss - hay còn được gọi là "các nhà kiến trúc tế bào" - có thể tái tạo cơ quan người (như là lá phổi sống, đang hô hấp) trên một vi mạch hay con "chip" để nghiên cứu tác dụng của thuốc hay vi khuẩn đối với cơ quan ấy. Đội ngũ chuyên gia ở Emulate Inc. tin rằng các hệ thống test hiện nay - với các tế bào trên đĩa Petri hay sử dụng động vật - không đạt chất lượng cũng không tái tạo một cách chính xác phản ứng của tế bào người. Emulate Inc. là công ty kinh doanh do Viện Wyss - nơi phát triển "Cơ quan người trên vi mạch" - thành lập năm 2014.

Chip phổi - hay "Phổi người trên vi mạch" - có kích thước nhỏ gọn nằm trong lòng bàn tay như USB máy tính và được trang bị một màng chứa các tế bào phổi và mao dẫn. Một thiết bị được sử dụng để tác động lực cơ học đến con chip làm co giãn lớp màng cho phép tế bào hấp thu lực giống như khi con người hô hấp.

Từ đó, các nhà khoa học test được một cách chính xác cách mà các tế bào phản ứng. Anish Kapoor, Chủ tịch ban giám khảo giải thưởng năm nay, gọi thiết bị "Cơ quan người trên con chip" của Viện Wyss là "ý tưởng lớn thật sự", đồng thời ca ngợi thiết kế mới độc đáo tích hợp công nghệ giúp chấm dứt sử dụng động vật để thử nghiệm sản phẩm trong tương lai.

Đây là lần đầu tiên một thiết kế từ lĩnh vực y khoa giành được giải nhất trong cuộc tranh đua Giải thưởng Thiết kế năm của Bảo tàng Thiết kế London. Năm 2014, giải thưởng được trao cho công trình Trung tâm Heydar Aliyev ở Baku (Azerbaijan) được thiết kế bởi Dame Zaha Hadid. Deyan Sudjic, Giám đốc Bảo tàng Thiết kế London, cho biết thiết kế của Viện Wyss giành được giải thưởng nhờ mọi người trong Ban giám khảo nhất trí đánh giá rất cao.

Thật ra, ngoài "chip phổi" của Viện Wyss còn có một số loại "chip" từ các cơ quan khoa học khác. Ví dụ, "chip gan" gọi là Quantum-B của CNBio - Công ty kinh doanh được thành lập bởi Đại học Oxfort trụ sở tại thị trấn Welwyn Garden City. Quantum-B được thiết kế để giúp các nhà nghiên cứu tìm ra cách chữa trị bệnh viêm gan siêu vi B. Một "chip tim" khác cũng được Đại học California ở Berkeley (Mỹ) phát triển.

Vi mạch mô phỏng cơ quan nội tạng người ảnh 1
Dan Dongeun Huh (trái) và Donald Ingber.

Sắp tới, các nhà khoa học sẽ tiếp tục nhiều loại chip mô phỏng mọi bộ phận của con người - thận, ruột, cơ, xương và da. Đối với con người, thú vật có những khác biệt cơ bản về sinh học cho nên những "Cơ quan người trên vi mạch" hứa hẹn chắc chắn sẽ là sự thay thế hoàn hảo trong tương lai nghiên cứu y khoa.

Hơn nữa, với sự liên kết nhiều chip cơ quan khác nhau, giới khoa học có thể nghiên cứu những phản ứng giữa các cơ quan với nhau. Phần lớn những con chip được làm bằng vật liệu tổng hợp, như là polymer trong suốt để nhìn thấu được những gì đang xảy ra bên trong. Con chip không chứa một cơ quan hoàn toàn mà chỉ là quần thể tế bào nhỏ nhất cần thiết để tái tạo chức năng cơ quan. Con chip gan của CNBio - hợp tác phát triển với các đồng nghiệp ở Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) của Mỹ - sử dụng "bộ khung" nhỏ bé để chứa các tế bào cơ quan hiến tặng.

Một thí nghiệm đối với bệnh nơi con người cần đến nhiều con khỉ, nhưng mỗi con chip chứa đến 12 lá gan nhỏ cho nên có thể tiến hành được vài cuộc thí nghiệm cùng một lúc. Không chỉ có thế, Giám đốc Công nghệ của CNBio David Hughes cho biết, công ty đang nỗ lực phát triển một con chip với 36 lá gan để phục vụ nghiên cứu trong y khoa. Chip tim của Đại học California có phần trung thất, nơi tập hợp các tế bào tim cùng những kênh nhỏ hoạt động như những mạch máu.

Nhóm nghiên cứu Đại học California - dưới sự lãnh đạo của giáo sư Anurag Mathur và Kevin Healy - cho biết trong vòng 24 giờ sau khi các tế bào tim được đưa vào trung thất, chúng sẽ đập với 55 - 80 nhịp/phút. Sau một tuần, con chip tim có thể sẵn sàng để phục vụ nghiên cứu. Khi được thử nghiệm với thuốc chữa bệnh tim, con chip tim phản ứng giống như quả tim thật của con người.

DARPA, cơ quan nghiên cứu của Bộ Quốc phòng Mỹ, đặc biệt quan tâm đến ý tưởng độc đáo "Cơ quan người trên vi mạch" của các nhà khoa học. DARPA cùng với Viện Y tế Quốc gia Mỹ (NIH) tài trợ 32 triệu USD cho nghiên cứu ở MIT cùng hợp tác với các nhóm khác; và 37 triệu USD cho dự án của Viện Wyss Đại học Havard.

Theo: Công an Nhân dân

Vi mạch mô phỏng cơ quan nội tạng người ảnh 2

Những con chip được phát triển với mọi cơ quan người trong tương lai.

Vi mạch mô phỏng cơ quan nội tạng người ảnh 3

Chip phổi đoạt giải thưởng thiết kế của Viện Wyss Đại học Havard.