Chế tạo thành công thận nhân tạo đầu tiên trên thế giới: Một nửa là vi chip nano, một nửa chứa tế bào sống

Năm ngoái, Hoa Kỳ có khoảng hơn 100.000 bệnh nhân phải xếp hàng dài trong danh sách chờ ghép thận. Nguồn cung từ người hiến tặng chỉ đáp ứng được 1 phần 5 nhu cầu. Mỗi ngày, 13 bệnh nhân suy thận tại Mỹ sẽ chết trước khi họ nhận được một quả thận mới.

Tuy nhiên, câu chuyện buồn này có thể sẽ sớm thay đổi sau năm 2017. Lần đầu tiên trên thế giới, các nhà khoa học tại Đại học Vanderbilt đã phát triển một quả thận nhân tạo có thể cấy ghép. Quả thận này là một thể lai sinh học, chứa trong đó một hệ màng lọc vi chip và những tế bào thận sống.

Nó thậm chí không cần pin, và sử dụng chính năng lượng từ áp lực của tim và dòng máu chảy. Quả thận nhân tạo sẽ được đưa vào thử nghiệm lâm sàng vào cuối năm nay.

Bệnh nhân suy thận sẽ không phải lọc máu bằng máy, nếu họ cấy ghép thận nhân tạo

Trái tim của bước đột phá mới này chính là các vi chip sử dụng công nghệ nano silicon. Tiến sĩ William H. Fissell IV, người đứng đầu nhóm nghiên cứu cho biết: “[Công nghệ nano silicon] này sử dụng những quy trình tương tự như ngành công nghiệp điện tử phát triển các vi mạch máy tính”.

Các vi chip này có giá cả phải chăng, và có thể giữ chức năng như một bộ lọc chính xác cao. Nó giúp quả thận nhân tạo hoạt động như một cơ quan thật: đào thải muối, nước và các sản phẩm phụ của cơ thể, giúp bệnh nhân suy thận không cần phải lọc máu bằng máy.

Mỗi một quả thận nhân tạo chứa khoảng 15 lớp vi chip xếp chồng lên nhau. Các vi chip6 làm việc như một bộ lọc, đồng thời là một hệ thống hỗ trợ cho các tế bào thận sống trên đó.

Các tế bào thận được nuôi dưỡng để phát triển trong một đĩa thí nghiệm. Sau đó, chúng trở thành một thành phần trong hệ thống nửa máy nửa sinh học.

Màng tế bào sống cho phép thiết bị phân biệt các hóa chất vô hại và có hại chảy qua chúng. “Nhờ vậy, chúng có thể hấp thụ một phần các chất dinh dưỡng để sống và hoạt động, đồng thời loại bỏ các chất thải cơ thể bạn muốn đào thải”, Tiến sĩ Fissell nói.

Một trong 15 màng lọc microchip trong quả thận nhân tạo

Thận nhân tạo không cần bất kỳ một nguồn điện bên ngoài và hoạt động dựa trên dòng máu của chính bệnh nhân. Tuy nhiên, nó cũng tồn tại một thách thức: Làm thế nào máu chảy qua các màng lọc, chịu một áp lực mà các tế bào không bị tổn hại hoặc đông lại?

Để giải quyết vấn đề, Fissell và nhóm của ông đã cộng tác với Amanda Buck, một kỹ sư y sinh. Họ nhìn vào một lĩnh vực khoa học tiềm năng để tìm ra đáp án cho vấn đề đông máu.

Sử dụng lý thuyết về động lực học chất lỏng kết hợp với mô hình máy tính, Buck có thể thiết kế và tinh chỉnh các kênh trong màng lọc, sao cho chúng dẫn máu đi qua một cách thông suốt và hiệu quả. Công nghệ in 3D được sử dụng để in các nguyên mẫu thực của thiết bị, sau đó phân tích kết quả của chúng.

Nguyên mẫu của các quả thận lai sinh học có thể cấy ghép cho người bệnh

Xem xét thực trạng thiếu hụt nguồn cung thận hiến tặng ngày nay, các quả thận nhân tạo này có thể là một lựa chọn cho các bệnh nhân suy thận. Bản thân sự thiếu hụt nguồn cung này không phải không có hậu quả.

Quỹ Thận Quốc gia Hoa Kỳ ước tính có khoảng 460.000 bệnh nhân suy thận đang ở giai đoạn cuối. Trong số đó, mỗi ngày sẽ có khoảng 13 bệnh nhân sẽ tử vong trước khi nhận được cấy ghép.

Mạng lưới Tiếp nhận và cấy ghép nội tạng Hoa Kỳ nói rằng, năm ngoái có khoảng 100.000 bệnh nhân Mỹ vẫn phải xếp hàng trong danh sách chờ ghép thận. Chỉ có khoảng 1 phần 5 số người trong danh sách được đáp ứng.

Trong tương lai, khi các nhà khoa học thúc đẩy nghiên cứu của họ tiến về phía trước, các quả thận nhân tạo có thể là một giải pháp mới để giải quyết tình trạng khan hiếm thận cấy ghép ở Hoa Kỳ. Dự kiến, các quả thận nhân tạo sẽ được thử nghiệm lâm sàng ngay cuối năm nay.

Tham khảo Futurism