Những robot siêu nhỏ đang trên đường thay thế bác sĩ trong kỷ nguyên y sinh nano

Cơ thể con người được tạo thành từ hàng nghìn tỷ tế bào. Chúng rất rất nhỏ để mắt người có thể nhìn thấy. Các tế bào liên tục thực hiện các tương tác tinh tế với nhau. Hợp tất cả những điều nhỏ bé ấy lại sẽ tạo nên sự sống của chúng ta. Đôi khi chỉ một số lượng tế bào rất nhỏ cũng quyết định việc bạn mạnh khỏe hay ốm yếu.

Khi bạn có vấn đề với sức khỏe, y học bắt buộc phải can thiệp vào cơ thể để chữa trị. Đó có thể là một cuộc phẫu thuật, một toa thuốc uống hay một đợt xạ trị với ung thư. Phần lớn các can thiệp đến nay được thực hiện trên quy mô lớn hơn cần thiết.

Điều đó có nghĩa là gì? Để phẫu thuật tới một nội tạng, bạn cần mở cơ thể ra và làm tổn thương cả những vùng còn đang khỏe mạnh. Để điều trị một khối u nhỏ bé, bệnh nhân ung thư cần truyền thuốc hóa trị vào máu trên cả cơ thể, khiến họ phải chịu đựng những tác dụng phụ ghê gớm.

Trong hàng ngàn năm, y học đã làm những điều như vậy. Và trên thực tế, các bác sĩ vẫn làm khá tốt nhiệm vụ của họ. Nhưng rõ ràng, các can thiệp trên quy mô lớn hơn cần thiết là điều không ai mong muốn, nhất là về phía bệnh nhân.

Bây giờ, câu chuyện được lật ngược lại: Sẽ ra sao nếu y học có khả năng tương tác chính xác tới cấp độ tế bào?

Những robot siêu nhỏ đang trên đường thay thế các bác sĩ trong kỷ nguyên y sinh nano

Có lẽ bạn đã nghe nhiều về công nghệ nano. Đó chính là thứ đem đến cho chúng ta mọi tiện nghi hiện đại, từ các vi mạch cực nhanh trong máy tính, điện thoại, cho đến những chiếc quần chống thấm nước. Công nghệ nano đem lại cho con người khả năng thao tác được với vật chất, chính xác trên mức độ rất nhỏ, nanomet.

Trong trường hợp bạn chưa hình dung ra, 1 nanomet chỉ bằng 1 phần tỷ so với một mét. Thu mình tới mức độ này, chúng ta có thể nhìn thấy những nguyên tử di chuyển xung quanh mình.

Công nghệ nano thực ra đã xuất hiện từ rất sớm. Từ thế kỷ thứ 4, các nhà kim khí đã mài vàng và bạc để đạt được các hạt có kích cỡ nano. Pha các hạt này lên bề mặt của đồ vật, chẳng hạn như cốc, ly và kính có thể tạo nên những hiệu ứng ánh sáng đẹp mắt. Nhưng bởi mắt thường không thể nhìn thấy vật thể ở kích thước nano mét, không một nhà kim khí nào có thể biết và hiểu được những gì mình đã làm.

Cho đến giữa thế kỷ 19, công nghệ nano mới bắt đầu bước phát triển bùng nổ. Với sự hỗ trợ của các phương pháp quan sát như kính hiển vi điện tử, các phương pháp phân tích vật liệu như sử dụng tia X và nhiều máy móc thao tác trên kích thước nano, chúng ta mới bắt đầu hiểu và ứng dụng được công nghệ nano vào đời sống.

Tới ngày hôm nay, công nghệ nano vẫn là nguồn gốc chủ đạo của các ứng dụng hiện đại nhất. Các thiết bị điện tử như máy tính, điện thoại mà bạn đang có trên tay ngày hôm nay đều đã được thu nhỏ và làm cho mạnh mẽ hơn nhờ công nghệ nano. Công nghệ nano là điểm tiến xa và vững chắc nhất của chúng ta vào thế giới vi mô.

Vì vậy, có lí do để mọi người mong đợi việc áp dụng những gì chúng ta đã học được và hiểu về công nghệ nano lên chính cơ thể con người. Và điều đó sẽ tạo ra được nhiều bước đột phá. Một ý tưởng là hãy thu nhỏ các công cụ y tế tới mức phù hợp với tế bào của con người.

Với những công cụ đủ nhỏ, chúng ta có thể thực hiện được các kỹ thuật tinh vi và phức tạp hơn trong cơ thể mình. Và sự thật là các nhà khoa học đã và đang trên đường hiện thực hóa các ý tưởng như vậy.

Y học nano là một lời hứa hẹn, một lĩnh vực mới nổi trong sự kết hợp đa ngành. Đây vẫn là giai đoạn quá sớm để chúng ta thao tác với cơ thể người trên mức độ nano. Nhưng khoa học trong lĩnh vực này vẫn không ngừng phát triển.

Khi chúng ta đang nói về những ý tưởng ở đây, y học nano đang dịch chuyển dần từ lý thuyết vào thực tiễn. Các nhà khoa học đã nhìn ra rất nhiều tiềm năng, chẳng hạn công nghệ nano sinh học có thể được dùng để điều trị ung thư, đến các loại thuốc nano chỉ nhắm đúng vào mục tiêu khối u hay dao mổ nano có thể được sử dụng để làm lành các tế bào.

Cảm biến sinh học dựa trên công nghệ nano cũng cho khả năng chẩn đoán bệnh học tốt và tiện dụng hơn. Công nghệ nano sinh học được áp dụng vào chỉnh sửa mô. Và dĩ nhiên, có cả một viễn cảnh khoa học, nơi các nhà khoa học chế tạo được những robot siêu nhỏ chui vào cơ thể bạn chữa bệnh.

Có cả một viễn cảnh khoa học, nơi các nhà khoa học chế tạo được những robot siêu nhỏ chui vào cơ thể bạn chữa bệnh

Bất kể một nhà nghiên cứu nào trong lĩnh vực này cũng có thể nhìn ra những tương lai tươi sáng. Bởi vì, ngay lúc này, cánh cửa tới đó đang rộng mở. “Đó là một thế giới mà chỉ vài năm gần đây chúng ta mới dám tưởng tượng ra. Có rất nhiều tính chất thú vị ở kích thước nano, và đó là lý do tại sao chúng ta muốn nghiên cứu về nó”, Carly Filgueria từ Viện nghiên cứu Houston Methodist cho biết.

Công việc của Filgueria hiện nay là nghiên cứu một thiết bị có khả năng cải thiện việc phân phối thuốc vào cơ thể con người. Cô giải thích: Mỗi một loại thuốc đều có một mục đích và lợi ích riêng. Bởi vậy mà người ta gọi là thuốc giảm đau, tiểu đường hoặc điều trị bệnh thần kinh.

Bên cạnh đó, mỗi loại thuốc đều có những tác dụng phụ, một số làm suy nhược cơ thể, đặc biệt là thuốc điều trị ung thư. “Công nghệ nano là một công cụ mà chúng ta đang cố gắng khai thác, nhằm tối đa hóa lợi ích của thuốc trong khi giảm thiểu tác dụng không mong muốn”, Filgueria nói.

Ngày nay, thuốc viên hoặc thuốc tiêm đang là hai công nghệ phân phối thuốc cơ bản. Cả hai đòi hỏi bệnh nhân phải để tâm sử dụng theo lịch trình liên tục, dẫn đến việc họ có thể quên hoặc tự ý ngưng thuốc. Filgueria lấy ví dụ những người phải điều trị hooc-môn, bệnh nhân tiểu đường hoặc HIV.

Hiện tại, Viện nghiên cứu Houston Methodist đã phát triển được một thiết bị cung cấp thuốc tốt hơn. Filgueria mô tả nó như một bồn chứa nhỏ, không có van, không hệ thống bơm. Nó cũng không cần hệ thống chuyển động hoặc nguồn điện. Thiết bị sẽ cung cấp thuốc một cách thụ động nhưng liên tục và đều đặn.

Nó hoạt động dựa trên hệ thống phân phối kênh nano: Những màng nano được thiết kế dựa trên kích thước của phân tử thuốc. Một khi thiết bị được cấy dưới da, thuốc bắt đầu tự khuyếch tán qua màng vào cơ thể bệnh nhân.

“Kích thước của những kênh nano đóng vai trò giữ thuốc”, Filgueria nói. “Nhờ vào những tiến bộ trong việc in quang khắc, chúng ta có thể thực sự làm cho kích thước của những kênh nano này nhỏ hơn 2,5 nanomet”. Đó là một kích thước thực sự rất rất nhỏ.

“Bởi nhận thuốc vào cơ thể từ từ và dần dần, chúng ta có thể tránh được các phản ứng phụ”, Filgueria cho biết thêm. Trong khi đó, thay đổi các kênh nano sẽ giúp các bác sĩ kiểm soát tốc độ phát hành thuốc. Trong nghiên cứu thí điểm, Filgueria đã dự định một đợt phát hành thuốc dài tới 21 ngày, nhưng nghiên cứu tiếp theo cô sẽ nâng nó lên 60 ngày.

Ngoài việc giảm được tác dụng phụ, thiết bị giải phóng thuốc trong thời gian dài có thể phục vụ những bệnh nhân không có khả năng chăm sóc y tế thường xuyên. Công nghệ này cũng có thể đưa chúng ta tới các liệu pháp hoàn toàn mới, mà chưa ai có thể hình dung ra ở thời điểm hiện tại.

Hệ thống phân phối thuốc nano với các kênh có thể giảm kích thước xuống chỉ bằng 2,5 nm

Thực tế, thiết bị Filgueria đang phát triển đã được thử nghiệm trên người. Cô đang tiếp tục muốn thực hiện nhiều thử nghiệm hơn nữa trong vòng 5 năm tới, bao gồm cả việc thử nghiệm nó trên Trạm vũ trụ quốc tế ISS.

Nghiên cứu của Filgueria là một minh chứng cho thấy y học nano đang có những bước phát triển rất nhanh chóng. Bởi những thử nghiệm y tế mà cô đang thực hiện, thông thường, phải mất tới vài thập kỷ chứ không chỉ 5 năm.

Có thể tin tưởng rằng chúng ta đang sống trong giai đoạn rất sớm của kỷ nguyên y sinh nano. Mặc dù tương lai chưa thể đến ngay lập tức, nhưng vẫn đang có những nhà khoa học làm việc miệt mài để tạo nên một hệ thống y tế tốt hơn vào ngày mai.

"Còn rất nhiều việc nữa phải làm, tất nhiên là vậy. Nhưng chúng tôi ở đây, và chúng tôi đã sẵn sàng thực hiện những công việc ấy", Filgueira nói.

Tham khảo Tonic