Các nhà khoa học muốn thả robot vào trong cơ thể người để chữa bệnh

“Liệu chúng ta có chế tạo được những con robot sống và làm việc bên trong cơ thể người hay không?” Pierre Dupont đã từng hỏi vậy gần một thập kỷ trước. Đó là khi ông bắt đầu làm việc tại Viện Nhi Boston như một kỹ sư y sinh.

Cho tới ngày hôm nay, khi đã trở thành trưởng khoa Kỹ thuật y sinh Tim mạch Nhi, 10 năm nghiên cứu đã giúp Dupont trả lời câu hỏi của chính mình: Có, chúng ta có thể.

Nghiên cứu mới của ông vừa được công bố tuần này trên tạp chí Science Robotics đã mở ra một tương lai: Ở đó các bác sĩ có thể thả những con robot vào cơ thể bệnh nhân để sửa chữa những tổn thương và hỏng hóc.

Các nhà khoa học muốn thả robot vào cơ thể người để chữa bệnh

Ý tưởng sử dụng robot để chữa bệnh luôn thường trực trong đầu Dupont. Niềm thôi thúc khiến ông nhanh chóng tìm ra được một căn bệnh phù hợp để thử nghiệm. Đó là tình trạng teo thực quản bẩm sinh.

"Hãy tưởng tượng khi bạn uống một cốc nước và thực quản đã là điểm tận cùng [của đường tiêu hóa]", Dupont nói khi mô tả về bệnh teo thực quản. Trên thực tế, đó là tình trạng tắc đường tiêu hóa, khi thực quản không nối thông tới dạ dày.

Teo thực quản xảy ra với một trong 4.000 trẻ sơ sinh. Đường tiêu hóa không thông khiến đứa trẻ không bú được, sặc, nôn và tử vong nếu không được điều trị khẩn cấp. Mặc dù vậy, nếu được can thiệp kịp thời, tỷ lệ tử vong tương đối thấp.

Các dạng teo nhỏ thực quản bẩm sinh, khi thực quản không nối thông với dạ dày

Trong những ca teo thực quản tạo khoảng cách nhẹ, các bác sĩ có thể phẫu thuật để khâu hai đầu thực quản lại với nhau, qua đó dễ dàng thông đường tiêu hóa từ miệng tới dạ dày. Nhưng với các trường hợp khoảng cách quá lớn, họ phải sử dụng kỹ thuật Foker.

Trong kỹ thuật này, các bác sĩ sẽ khâu neo thực quản về phía lưng của bệnh nhi như hình vẽ dưới đây. Dần dần, họ sẽ thắt chặt các dây neo từng chút một để thực quản phát triển tự nhiên, cho đến khi chúng chạm đến nhau và có thể liền lại.

Kỹ thuật Foker rất hữu ích trong điều trị teo thực quản bẩm sinh ở trẻ, tỷ lệ thành công từ 95 đến 100%. Mặc dù vậy, nhược điểm của phương pháp này là nó yêu cầu bệnh nhi phải nằm tê liệt trong 2 tuần đầu. Thời gian nằm viện kéo dài tới 3 tháng và chi phí cũng rất lớn: khoảng 1 triệu USD.

Mô tả kỹ thuật Foker hiện tại đang được áp dụng

Trong kịch bản có thể cấy ghép robot vào người, các bác sĩ sẽ không cần gây mê và an thần cho bệnh nhân.

"Bạn sẽ loại bỏ được tất cả các nguy cơ liên quan đến gây mê trong thời gian dài. Đối với trẻ em, gây mê không phải là ý hay", Dupont nói. "Bạn không biết điều này có ảnh hưởng gì đến sự phát triển thần kinh và nhận thức của trẻ sơ sinh khi làm điều đó".

Việc cấy robot cũng sẽ cho phép thủ tục dễ dàng tinh chỉnh cho các bệnh nhân khác nhau, độ chính xác từ đó cũng được cải thiện và cả quá trình điều trị được kiểm soát tốt.

Về cơ bản, robot cấy ghép mà Dupont và các đồng nghiệp của ông thiết kế sẽ hoạt động như sau: Một motor chạy pin được gắn vào 2 vòng nhẫn. Hai vòng nhẫn này khâu dính, chốt hai đầu của một đoạn thực quản. Motor sẽ kéo vòng nhẫn bên dưới trong khi cố định vòng nhẫn phía trên. Lực tác động sẽ dần dần “vuốt” thực quản dài ra một cách tự nhiên.

Đây là một quá trình được gọi là “mechanostimulation”, trong đó lực tác động có thể kích thích tăng trưởng mô. Cơ chế sinh học đằng sau quá trình này vẫn chưa được hiểu rõ hoàn toàn, nhưng Dupont nói rằng các bác sĩ đã ứng dụng nó vào thực tiễn.

Để kiểm soát cả quá trình làm việc của robot, motor được nối tới một bộ điều khiển trên lưng động vật (trong nghiên cứu này là lợn, tương lai sẽ là con người), thông qua dây cáp.

Robot được phát triển bởi Dupont và các đồng nghiệp có thể vuốt dài thực quản từ bên trong cơ thể

Sau khi phát triển hoàn thiện thiết bị, các nhà nghiên cứu đã cấy robot vào năm con lợn. Họ cũng theo dõi ba con lợn khác không được cấy robot để làm nhóm đối chứng. Tất cả 8 con lợn này đều khỏe mạnh. Robot sau đó được lập trình để tăng khoảng cách giữa các vòng nhẫn từng chút một mỗi ngày. Theo nghiên cứu, những con lợn không có dấu hiệu khó chịu, và ăn uống bình thường sau phẫu thuật.

Sau tám hoặc chín ngày “vuốt” thực quản bằng robot, các nhà nghiên cứu đã ghi nhận được sự tăng trưởng 77% so với nhóm có 3 con lợn đối chứng.

Dupont và cộng sự cũng phát hiện ra sự gia tăng của các tế bào trong thực quản, điều này cho thấy lực kéo của robot giúp tăng trưởng thực, chứ không chỉ kéo dài thực quản những con lợn một cách vật lý. Nó giống như bạn kéo một sợi dây chun, nhưng sợi dây không chỉ giãn ra và mỏng đi. Nó tự sinh ra cao su mới để sợi dây dài ra, nhưng giữ nguyên độ dày.

Trong thí nghiệm, các nhà nghiên cứu nhận thấy những mô mới phát triển cũng có chức năng. Phần thực quản được kéo căng có nhu động, là cơ co thắt thực quản cho phép động vật (kể cả con người) nuốt thức ăn.

Nhìn về tương lai, Dupont muốn mở rộng ứng dụng của loại robot cấy ghép này. Ngoài teo thực quản bẩm sinh, ông muốn sử dụng nó để điều trị hội chứng ruột ngắn, một tình trạng trong đó trẻ sinh ra với ruột bị nhiễm trùng hoàn toàn. Sau khi phẫu thuật cắt bỏ, phần ruột còn lại quá ngắn để có thể hấp thụ dinh dưỡng hiệu quả. Robot có thể làm việc tương tự để kéo giãn ruột cho bệnh nhân.

Ngoài ra, nếu thiết bị chỉ để điều trị bệnh hiếm gặp như teo thực quản, nó rất khó để thương mại hóa. Do đó, Dupont hi vọng rằng sẽ biến robot của mình thành một công cụ đa năng, điều trị cho tất cả các khuyết tật liên quan đến cơ quan dạng ống trong cơ thể.

Tham khảo Motherboard