“Xăm graphene hứa hẹn là liệu pháp cho rối loạn nhịp tim”

Bạn có muốn một hình xăm trên trái tim của bạn – và trái tim, chúng tôi không có nghĩa là da ngực của bạn nhưng trực tiếp trên bề mặt trái tim của bạn? Chúng tôi không chắc về các nghệ sĩ xăm mình, nhưng các nhà khoa học tại Đại học Texas ở Austin (UT) và Đại học Northwestern (NU) có thể thực hiện mong muốn đó. Cũng không phải vì nghệ thuật. Hình xăm trái tim này có thể đóng một vai trò rất quan trọng.

Một nhóm nghiên cứu đã tạo ra một hình xăm graphene có một không hai được đặt trực tiếp lên bề mặt của trái tim. Hình xăm này kiểm soát nhịp tim của bạn, và cũng là hình xăm cấy ghép tim mỏng nhất trên thế giới. Vì vậy, về cơ bản, bạn có một hình xăm cũng hoạt động giống như máy điều hòa nhịp tim —- phải không?

Theo các nhà nghiên cứu, mỗi năm có gần 300.000 người chết ở Mỹ do các vấn đề sức khỏe liên quan đến rối loạn nhịp tim, một tình trạng bệnh lý mà tim của bệnh nhân đập không đều do sự bất thường trong hệ thống điện của tim. Các bác sĩ cấy ghép máy tạo nhịp tim hoặc máy khử rung tim ở bệnh nhân rối loạn nhịp tim để kiểm soát nhịp tim của họ. Tuy nhiên, các thiết bị cứng này thường làm tổn thương mô tim mềm, dẫn đến nhiễm trùng, đông máu, bầm tím và nhiều biến chứng khác. Một hình xăm graphene mềm mới được phát triển có thể giải quyết vấn đề này.

“Một trong những thách thức với máy điều hòa nhịp tim và máy khử rung tim hiện nay là chúng rất khó gắn vào bề mặt tim. Ví dụ, điện cực của máy khử rung tim về cơ bản là một cuộn dây làm bằng dây rất dày. Dây này không linh hoạt, và nó bị đứt. Giao diện của mô cứng với mô mềm, chẳng hạn như tim, có thể gây ra nhiều biến chứng. Ngược lại, thiết bị mềm và linh hoạt của chúng tôi không chỉ kín đáo mà còn vừa khít và liền mạch trực tiếp vào tim để cung cấp các phép đo chính xác hơn,” Igor Efimov, tác giả nghiên cứu cấp cao và giáo sư y khoa tại NU cho biết.

Hình xăm graphene tương thích sinh học

Các nhà nghiên cứu đã nhận ra những rủi ro sức khỏe khác nhau liên quan đến máy điều hòa nhịp tim và máy khử rung tim thông thường và quyết định tạo ra một thiết bị cấy ghép tim mềm hơn, linh hoạt hơn, nhẹ hơn và an toàn hơn so với các giải pháp hiện có.

Mặc dù trước đây các nhà khoa học tại UT đã phát triển hình xăm điện tử để theo dõi hoạt động của tim, não và cơ, nhưng lần này thì khác. Những hình xăm như vậy chỉ có thể được áp dụng cho da và do đó hành động của chúng bị giới hạn trong việc cung cấp dữ liệu.

Các tác giả nghiên cứu muốn một thứ gì đó có thể đo lường và kích thích hoạt động điện của tim. Với mục đích này, họ cần đặt hình xăm trực tiếp lên bề mặt trái tim. Vì vậy, họ bắt đầu tìm kiếm một vật liệu dẫn điện phù hợp có thể cấy ghép an toàn vào tim.

Sau khi tiến hành nhiều thử nghiệm với các loại vật liệu khác nhau, họ nhận thấy graphene là lựa chọn phù hợp nhất. Được làm từ carbon nguyên chất, là vật liệu mềm, nhẹ và siêu mỏng, bền gấp 200 lần thép. Graphene đã được sử dụng trong các mạch điện, màn hình cảm ứng và nhiều ứng dụng điện tử khác do tính dẫn điện cao của nó.

Ngoài ra, nó trong suốt về mặt quang học, nghĩa là bằng cách sử dụng hình xăm graphene, các nhà khoa học có thể phát hiện chính xác những thay đổi trong tế bào tim gây ra sự bất thường trong nhịp tim và sau đó áp dụng kích thích điện khi cần thiết.

Efimov cho biết: “Do tính tương thích sinh học, graphene rất hấp dẫn, Carbon là nền tảng của sự sống, vì vậy nó là vật liệu an toàn đã được sử dụng trong các ứng dụng lâm sàng khác nhau. Nó cũng linh hoạt và mềm mại, hoạt động tốt như một giao diện giữa thiết bị điện tử và các cơ quan mềm hoạt động cơ học. Ông nói thêm: “Về cơ bản, chúng ta có thể kết hợp các chức năng điện và quang học vào một giao diện sinh học vì graphene trong suốt về mặt quang học, chúng ta thực sự có thể đọc được nó, điều này mang lại cho chúng ta mật độ đọc cao hơn.”

Nhưng làm thế nào để một hình xăm graphene điều chỉnh nhịp tim?

Bước tiếp theo là tạo một hình xăm từ graphene, đặt nó lên trái tim và kiểm tra xem nó có thực sự hoạt động như mong đợi hay không. Để tạo ra hình xăm, đầu tiên các nhà nghiên cứu đặt một miếng điện cực graphene bên trong một màng silicon mỏng và sau đó bọc nó bằng một dải băng vàng có độ dày 10 micron. Sự sắp xếp này dẫn đến sự ra đời của một miếng dán hình xăm (dày 100 micron) mỏng hơn sợi tóc nhưng trông giống những hình xăm tạm thời mà trẻ em sử dụng.

Nếu bạn đi sâu vào các thành phần của hình xăm, bạn sẽ thấy rằng màng silicon bên trong hình xăm có các lỗ nhỏ cho phép nó tiếp xúc trực tiếp với điện cực graphene và băng vàng thực sự hoạt động như một đường kết nối giữa graphene. và mạch bên ngoài theo dõi và kích thích hoạt động điện của tim. Thiết lập lồng vào nhau này cho phép bộ cấy hoạt động trơn tru.

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm những cấy ghép hình xăm này trên chuột sống và tim chuột trong 60 ngày. Trong quá trình thử nghiệm, hình xăm điện tử graphene (GET) đã kích hoạt thành công tim ở chuột và cũng điều trị rối loạn nhịp tim ở chuột.

Các tác giả của nghiên cứu cho biết: “Đây là lần đầu tiên các điện cực graphene được sử dụng để điều trị thành công chứng rối loạn nhịp tim đe dọa tính mạng”. Họ nói thêm: “Kết quả từ các nghiên cứu về điện sinh lý, lập bản đồ quang học và quang di truyền cùng nhau chứng minh rằng điện cực GET nhẹ và trong suốt cho phép giao diện mượt mà với mô tim nhưng truyền ánh sáng hiệu quả để ghi và kích hoạt hoạt động điện sinh học của tim một cách chính xác và đồng thời.”

Cho đến nay, GET mới chỉ được thử nghiệm trên tim động vật và cần nghiên cứu thêm để xác nhận tính hiệu quả của nó trong việc cấy ghép tim cho con người. Hy vọng rằng trong các nghiên cứu trong tương lai, các nhà khoa học sẽ cải thiện công việc chứng minh khái niệm này và bệnh nhân rối loạn nhịp tim cuối cùng sẽ có các lựa chọn cấy ghép an toàn hơn và tốt hơn.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Vật liệu nâng cao.