Phát triển võng mạc sinh học nhân tạo đầu tiên trên thế giới

Tạo nên từ sự kết hợp của các hạt hydrogel có cấu trúc nước bền vững và các protein nhạy sáng, võng mạc tổng hợp từ mô mềm được thiết kế để vừa bắt chước chức năng sinh học vốn có của võng mạc gốc và kết nối hiệu quả với các mô còn lại của phần bên trong mắt. Đây được hi vọng là một bước tiến lớn trong ngành cấy ghép nhãn khoa.

Các nhà nghiên cứu mới đây đã tạo ra võng mạc sinh học nhân tạo đầu tiên trên thế giới. Đây được xem là một bước tiến lớn để tránh những tổn hại trong cấy ghép võng mạc trong tương lai nhãn khoa.

Tạo nên từ sự kết hợp của các hạt hydrogel có cấu trúc nước bền vững và các protein nhạy sáng, võng mạc tổng hợp được thiết kế để vừa bắt chước chức năng sinh học vốn có của võng mạc gốc và kết nối hiệu quả với các mô còn lại của phần bên trong mắt.

Theo nhà sinh hóa học Vanessa Restrepo-Schild, đại học Oxford: "Mắt người vô cùng nhạy cảm, vì thế các cơ quan cấy ghép ngoại lai như võng mạc bằng kim loại rất dễ gây ra các thương tổn dẫn đến viêm, đào thải hoặc sẹo. Do đó, võng mạc sinh học với cấu trúc mô mềm và hạt nước hydrogel sẽ thân thiện hơn với môi trường mắt".

Võng mạc vốn nằm ở phần sau mắt, được tạo thành từ hàng triệu các tế bào cảm quang (photoreceptors), là nơi tiếp nhận các hạt ánh sáng (photon) đi qua đồng tử tiến vào bên trong mắt.

Khi các hạt ánh sáng tiếp cận với 126 triệu tế bào cảm quang trên võng mạc, các tế bào sẽ chuyển đổi ánh sáng thành tín hiệu điện và đưa tới não bộ thông qua hệ thần kinh. Từ đó, các tín hiệu sẽ được mã hóa và giúp chúng ta cảm nhận được hình dạng, màu sắc, độ sáng của đồ vật và điều này sẽ tạo thành thế giới nhìn thấy xung quanh chúng ta.

Tuy nhiên, các đột biến gene có thể dẫn đến thoái hóa võng mạc, chẳng hạn các bệnh như viêm võng mạc sắc tố khiến cho các tế bào cảm quan yếu dần và tiêu biến, có nghĩa là chúng không thể chuyển ánh sáng thành tín hiệu mà não của chúng ta có thể hiểu được.

Từ đó, nhóm nghiên cứu của Restrepo-Schild được tập hợp. Họ phát triển võng mạc thay thế tổng hợp bằng cách tạo ra một giọt nước hydrogel kích thước 4 x 4 pixel. Các tế bào nước này chứa bacteriorhodopsin – loại protein nhạy sáng được tìm thấy trong các vi sinh vật đơn bào được gọi là vi khuẩn cổ.

Võng mạc sinh học tạo ra từ các hạt nước hydrogel và protein nhạy sáng.

Với kết cấu như một mạng lưới gồm 16 điểm ảnh, những tế bào hydrogel hoạt động như một võng mạc cơ bản có độ phân giải thấp. Tại phòng thí nghiệm, võng mạc sinh học này cho thấy khả năng nhận biết các hình ảnh đơn giản, dạng khối, sắc đen – trắng dựa trên các mảng ánh sáng chiếu vào. Bên cạnh đó, chúng còn có khả năng tiếp nhân tín hiệu điện từ các hạt sáng và thông qua hệ thần kinh diễn dịch thành hình ảnh tương tự võng mạc gốc.

Thực tế cách đây vài thập kỉ, võng mạc nhân tạo đã được phát minh và cũng có một số nghiên cứu chuyên sâu về võng mạc sinh học để cải thiện khả năng tiếp nhận ánh sáng khi các tế bào cảm quang bị tổn thương. Tuy vậy, Restrepo-Schild nhận thấy khả năng tổn thương do các thiết bị cơ học cùng với các vật liệu nhân tạo khó kiểm soát với môi trường mắt như hiện nay là khá lớn và chúng sẽ được hạn chế nhờ nguyên mẫu dựa trên mô mềm tự nhiên cùng các hạt nước hydrogel.

Trưởng nhóm nghiên cứu chia sẻ: "Tôi phân tích các nguyên lí hoạt động của thính giác, xúc giác hay khả năng cảm sáng và áp dụng nó vào thí nghiệm để tạo ra thành phần thay thế tổng hợp. Hy vọng đây sẽ là một giải pháp linh hoạt và có khả năng phân hủy sinh học khi ở môi trường bên ngoài hơn là các chất liệu cứng và lãng phí như hiện nay".

Mặc dù nguyên mẫu võng mạc này vẫn chưa được thử nghiệm kết hợp với mô sống, các nhà nghiên cứu vẫn đang trong giai đoạn phát triển nó với hình thức cấy ghép sinh học.

Nhóm cũng đang nghiên cứu để tăng khả năng nhận biết thêm nhiều nhóm màu sắc - không chỉ đơn thuần dừng lại ở ánh sáng màu đen và trắng. Sau đó, các kiểm tra cấy ghép sẽ được tiến hành trên động vật. Nếu mọi việc suôn sẻ, các thử nghiệm lâm sàng có liên quan đến người có thể được thực hiện trong năm tới.

Lộ trình hoàn thành võng mạc nhân tạo từ mô mềm dự kiến sẽ tốn khá nhiều thời gian. Tuy nhiên, với hơn 4,000 bệnh nhân bị thoái hóa võng mạc đang chờ các phương pháp trị liệu tiên tiến và ổn định về lâu dài, đây hẳn là tín hiệu tốt đang mong đợi.