Thử nghiệm thuốc sẽ dễ và rẻ như thử độ axit với quỳ tím, nhờ nghiên cứu này của Trung Quốc

Đây là hình ảnh lấy từ công trình nghiên cứu khoa học của Đại học Nam Kinh, Trung Quốc. Thoạt nhìn, nó giống một con bướm đang vẫy cánh. Nhưng thực chất, nó có thể coi là một trái tim, một trái tim thu nhỏ trên một con chip (heart-on-a-chip).

Các nhà khoa học gắn tế bào tim của chuột lên một lớp vật liệu hydrogel. Hydrogel là những vật liệu rắn nhưng có thành phần chính là nước, có thể lên tới 90%. Nó khiến vật liệu này có độ đàn hồi và tương thích sinh học tốt.

Khi tế bào tim co giãn, ứng với nhịp tim đập, loại gel này sẽ thay đổi màu sắc. Và đó là một hiệu ứng quan trọng khiến những trái tim trên chip này được mong đợi sẽ thay đổi cách chúng ta đang nghiên cứu y khoa trong tương lai.

Các nhà khoa học có thể sử dụng chúng để thay thế trái tim thật trong các thử nghiệm thuốc, và nhờ vậy, tiết kiệm được mạng sống của rất nhiều động vật thí nghiệm, thậm chí cả con người.

"Con bướm" này có thể coi là một trái tim, một trái tim thu nhỏ trên một con chip (heart-on-a-chip)

Đăng tải công trình nghiên cứu trên tạp chí khoa học Science Robotics, giáo sư Zhao Yuanjin, tác giả của nghiên cứu, giải thích rằng vật liệu hydrogel mới mà nhóm tạo ra có độ dày chỉ 150 micron - chưa đến một phần năm của 1 milimet.

Nó được trộn đầy các tinh thể nano phản chiếu màu sắc khác nhau tùy theo cách chúng vận động. Khi các tế bào giãn ra hoặc co lại, gel sẽ đổi màu.

“Sự đổi mới [trong công trình nghiên cứu] của chúng tôi là kết hợp các tế bào tim chuột với hydrogel cải biến”, giáo sư Zhao nói. "Cả hai đều là vật liệu thông thường, nhưng khi cùng nhau làm việc lại tạo ra một hiệu quả kỳ diệu".

Các công nghệ trước đây đòi hỏi phải có thêm kích thích - chẳng hạn như nhiệt độ hoặc độ pH - để tạo ra sự thay đổi màu sắc có thể quan sát được trong thí nghiệm. Nhưng dựa trên loại hydrogel mới này, các nhà khoa học Trung Quốc đơn giản là tạo được nó qua sự thay đổi hình thái của đối tượng.

Dựa trên công nghệ này, nhóm nghiên cứu đã xây dựng một nguyên mẫu trái tim “on chip” để kiểm tra sự ảnh hưởng của thuốc lên trái tim bằng mắt thường mà không cần sự trợ giúp của máy móc.

Về mặt công dụng, có thể so sánh nó với giấy quỳ tím thường được dùng để thử độ axit-bazơ trong thí nghiệm hóa học. Cũng như quỳ tím, trái tim trên chip sẽ giúp việc nghiên cứu trở nên dễ dàng và tiết kiệm hơn nhiều.

Ví dụ đơn giản là nếu một loại thuốc đặc biệt làm tăng nhịp tim, màu sắc sẽ nhấp nháy nhanh hơn. Zhao giải thích: "Bề mặt [vật liệu] biến đổi từ màu đỏ sang màu xanh khi tế bào co lại. Thời gian [biến đối] càng nhanh thì sự co lại càng nhanh".

Giáo sư Zhao và nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm trái tim trên chip của họ với isoproterenol - một loại thuốc có thể ngăn chặn sự tắc nghẽn tim bằng cách tăng nhịp tim. Isoproterenol được sử dụng ở các liều lượng khác nhau, và nhóm nghiên cứu quan sát thấy tốc độ thay đổi màu tương ứng với liều lượng thuốc.

Trái tim trên chip được lấy cảm hứng từ những con tắc kè hoa trong tự nhiên

Công việc được nhóm nghiên cứu bắt đầu từ hơn 2 năm về trước, khi các nhà khoa học Nam Kinh tìm được cảm hứng từ một bài báo khoa học giải thích về sự thay đổi màu sắc của tắc kè hoa. Họ đã cố gắng mô phỏng quá trình của tự nhiên vào môi trường ống nghiệm và tạo ra vật liệu hydrogel mới.

Ngoài ứng dụng trong thử nghiệm thuốc, vật liệu hydrogel mới của các nhà khoa học Trung Quốc còn có thể mở ra nhiều ứng dụng khác. Chẳng hạn, họ có thể sử dụng nó để tạo ra một chiếc áo cảm biến nhịp tim. Chiếc áo có thể thay đổi màu sắc dựa trên sự co giãn của da khi tim đập.

Bên cạnh đó, hydrogel cũng có thể được tích hợp vào các thiết bị robot mềm dẻo. "Điều này sẽ tạo cảm hứng cho sự phát triển của các robot mềm dẻo, có nhiều tính năng mạnh mẽ hơn”, giáo sư Zhao nói.

Tham khảo Sixthtone