Chip mô phỏng nội tạng đoạt giải Design of the Year 2015

Giải thưởng Design of the Year năm nay đã được bảo tàng thiết kế London trao tặng cho một thiết bị y học độc đáo có tên gọi Organs-On-Chips. Đây là một con chip có chức năng mô phỏng cơ quan trong cơ thể người và được các nhà nghiên cứu tại viện Wyss thuộc đại học Harvard công bố lần đầu tiên vào năm 2010. Vậy tại sao một thiết bị y học lại được vinh danh về thiết kế?

• Mô phỏng hệ thống nội tạng với công nghệ in 3D
  
• Chip mô phỏng não người

Chip mô phỏng nội tạng của viện Wyss đoạt giải Design of the Year 2015

Paola Antonelli - người phụ trách thiết kế và kiến trúc tại bảo tàng nghệ thuật hiện đại cho rằng Organs-On-Chips là một biểu tượng của sự sáng tạo về thiết kế. Cô nói: "Đối với trường hợp của Organs-On-Chips, hình dạng của thiết bị không chỉ ấn tượng mà còn là chức năng - ý tưởng đằng sau vật thể này."

Trong khi đó, Donald Ingber - kỹ sư sinh học kiêm giám đốc sáng lập viện Wyss và cũng là người phát triển và thương mại hóa Organs-On-Chips cho biết: "Hầu hết chúng ta cho rằng hình dạng phải theo chức năng nhưng điều này hoàn toàn ngược lại trong sinh học."

Cấu trúc của một hệ thống sinh học chắc chắn sẽ tác động đến hoạt động của nó, tuy nhiên Ingber cho rằng nguyên lý thiết kế áp dụng cho cả hình dạng lẫn chức năng. Ông nhấn mạnh: "Nếu bạn thay đổi chức năng, bạn thật ra có thể sửa lại cấu trúc." Organs-On-Chips cũng khái quát những nguyên lý thiết kế cơ bản nhất: đó là tính hiệu quả. Ingber nói: "Thiết kế trong khía cạnh đơn giản tối đa là việc giảm thiểu mọi hệ thống xuống đến thành phần của nó để có được tác động lớn nhất."

Organs-On-Chips tích hợp các ống siêu nhỏ. Không khí, chất dinh dưỡng, máu và vi khuẩn gây bệnh có thể được bơm vào các ống này. Con chip được sản xuất theo một quy trình khá giống với chip bán dẫn máy tính nhưng thay vì cho các electron di chuyển thông qua silicon, Organs-On-Chips sẽ đưa một lượng chất hóa học đi qua các tế bào từ phổi, ruột, gan, thận và tim. Mạng lưới các ống siêu nhỏ này được gọi là kênh vi lỏng và nó cho phép con chip mô phỏng các cấu trúc và chức năng của một cơ quan hoàn chỉnh.

Organs-On-Chips có thể thay thế hiệu quả các cấu trúc 3 chiều của một cơ quan, chẳng hạn như các tiểu quản của một quả thận, túi phổi, các mạch máu trong gan với những kênh vi lỏng trên chip. Sau đó, con chip có thể mô phỏng cơ chế của các cấu trúc này.

Một ví dụ, cho không khí thổi qua một kênh kết hợp với việc hút chân không để tạo ra chuyển động cong sẽ giúp mô phỏng các hình thái khi chúng ta thở. Vỏ polymer trong suốt bao bọc bên ngoài sẽ cho phép các nhà khoa học thấy được những gì đang xảy ra bên trong một cơ quan ở tỉ lệ micro. Các nguyên mẫu cũng có thể được liên kết với nhau nhằm tạo ra một mạng lưới các cơ quan trong cơ thể người.

Với những chức năng nói trên, Organs-on-Chips trở thành một nền tảng thử nghiệm tuyệt vời cho công tác nghiên cứu dược phẩm. Mục đích sau cùng của Organs-On-Chips là nhằm giảm thiểu sự lệ thuộc vào động vật thí nghiệm và giảm thời gian cũng như chi phí phát triển dược phẩm. Năm ngoái, các nhà nghiên cứu tại viện Wyss đã thành lập một công ty có tên Emulate và hiện đang hợp tác với nhiều công ty như Johnson & Johnson để tiến hành các thử nghiệm tiền lâm sàn.