Trái tim là một trong những cơ quan quan trọng nhất trong cơ thể. Để hiểu rõ hơn hoạt động bên trong trái tim, các nhà khoa học đã tái tạo đặc điểm sinh học của cơ quan này trong con chip, một thiết bị có kích thước bằng chiếc thẻ tín dụng.
Thiết bị “trái tim bên trong con chip” mới được phát triển bởi nhóm nghiên cứu từ Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) của Mỹ, mô phỏng sự tương tác của các tế bào tim người. Các nhà nghiên cứu cho biết, công nghệ này có thể được sử dụng để nghiên cứu bệnh tim, nguyên nhân gây tử vong hàng đầu ở Mỹ.
Mô hình trái tim trên chip được chụp trong phòng thí nghiệm. (Ảnh: Darwin Reyes-Hernandez và Derrick Butler/NIST).
Các thí nghiệm truyền thống ở chuột và khỉ trong phòng thí nghiệm không nắm bắt được một cách hoàn hảo cách thức bệnh sẽ tiến triển hoặc thuốc sẽ hoạt động như thế nào trong cơ thể con người. Vì thế, các nhà nghiên cứu đang nỗ lực phát triển những cách chính xác hơn để mô phỏng sự phức tạp của các cơ quan con người trong phòng thí nghiệm. Độ chính xác này đặc biệt quan trọng đối với việc phát triển thuốc, vì 90% các loại thuốc ứng cử viên hiện không thành công khi thử nghiệm lâm sàng ở người.
Mô hình tim trong chip
Các mô hình mới đang được phát triển bao gồm các cơ quan hoặc cơ quan thu nhỏ được nuôi cấy từ tế bào gốc trên chip, trong đó các tế bào được tìm thấy được phát triển trên một con chip bắt chước các cơ quan trong cơ thể người. Nhiều cơ quan đã được mô hình hóa trong những con chip như vậy, bao gồm phổi, thận và âm đạo.
Đặc biệt, các nhà khoa học đã phát triển các mô hình tim trong chip để nghiên cứu cách thức tim lành lại sau chấn thương và bệnh tim cũng như hỗ trợ các nghiên cứu về thuốc. “Tim trong chip” thậm chí còn được gửi lên vũ trụ để nghiên cứu tác động của vi trọng lực lên trái tim.
Trong một tuyên bố mới đây, nhóm nghiên cứu tại NIST cho biết công nghệ này, bao gồm mô hình trái tim trong chip mới của họ, có thể hợp lý hóa việc phát triển thuốc, giúp nó nhanh hơn, an toàn hơn và chính xác hơn. Điều quan trọng là, những mô hình này không thể thay thế các thử nghiệm lâm sàng trên người.
Darwin Reyes, kỹ sư y sinh tại NIST, người đứng đầu việc phát triển chip mới, cho biết: “Hệ thống này có thể được xem xét để sản xuất sinh học và y học tái tạo trái tim và các cơ quan khác trên chip”.
Phát triển tế bào tim người.
Những con chip có chứa trái tim thường có vỏ trong suốt hoặc bán trong suốt và khi nhìn vào bên trong, các nhà nghiên cứu có thể thấy chất lỏng chạy qua các kênh nhỏ nối với nhau như dòng nước. Trong trường hợp chip của NIST, họ đã mô phỏng các mạch máu trong tim. Các nhà khoa học phát triển tế bào tim người bên trong và có thể nghiên cứu cách tế bào phản ứng với việc bổ sung các loại thuốc khác nhau.
Reyes cho biết, không giống như các mô hình tim trong chip hiện có, các tế bào trong mô hình NIST mới có thể được sắp xếp để chúng có thể giao tiếp với nhau thông qua các phân tử. Ông cho biết, bước tiếp theo của nhóm là đánh giá cách các tế bào tim này hoạt động trong điều kiện bình thường và do căng thẳng gây ra.
Các chip nội tạng khác nhau cũng có thể được liên kết với nhau – ví dụ, chip gan có thể được liên kết với chip tim. Điều này có thể cho phép các nhà khoa học nghiên cứu cách hai cơ quan này tương tác sau khi tiếp xúc với một loại thuốc nhất định.
Trong một đánh giá gần đây về các công nghệ này, được công bố trên tạp chí Lab on a Chip, Reyes và một đồng nghiệp đã nhấn mạnh rằng cần thực hiện một số công việc quan trọng trước khi các mô hình cơ quan của con người trong chip có thể được sử dụng trong các thử nghiệm thuốc tiền lâm sàng. Ví dụ, tế bào tim được sử dụng trong các thiết bị này được nuôi từ tế bào gốc trong bào thai đang phát triển.
Tiềm năng của những thiết bị này đã được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ công nhận vào năm ngoái, khi họ ra phán quyết rằng, chúng có thể thay thế thử nghiệm trên động vật truyền thống, miễn là dữ liệu của chúng tạo ra đủ mạnh.