Thận Nhân Tạo: Một Phần Nano-Tech, Một Phần Tế Bào Sống

Tính riêng năm 2016, Mỹ 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 20% nhu cầu. Mỗi ngày, 13 bệnh nhân suy thận tại Mỹ sẽ chết trước khi nhận được một quả thận mới.

Nhưng những câu chuyện buồn có thể sẽ sớm thay đổi sau năm 2017. Khoảng giữa tháng 02/2017, 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.

Thận nhân tạo là một thể lai sinh học, chứa trong đó một hệ màng lọc vi chip và những tế bào thận sống. Nó hoạt động như một cơ quan thật: đào thải muối, nước và các sản phẩm phụ của cơ thể. Thậm chí, thận nhân tạo không cần pin, mà sử dụng chính năng lượng từ áp lực của tim và dòng máu chảy. Nó sẽ được đưa vào thử nghiệm lâm sàng vào cuối năm 2017.

Thành phần chủ yếu của đột phá mới nằm ở các vi chip sử dụng công nghệ nano silicon. Tiến sĩ William H. Fissell IV, người dẫn đầu nhóm nghiên cứu cho biết: “Công nghệ nano silicon sử dụng những quy trình tương tự như ngành công nghiệp điện tử phát triển các vi mạch máy tính”. Các vi chip có giá cả phải chăng, và có thể giữ chức năng như một bộ lọc chính xác cao. Nó sẽ 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 quả thận nhân tạo chứa khoảng 15 lớp vi chip xếp chồng lên nhau. Các vi chip làm việc như một bộ lọc, đồng thời là một hệ thống hỗ trợ cho các tế bào thận sống. 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 sẽ cho phép thiết bị phân biệt các hóa chất vô hại và có hại chảy qua. Nhờ đó, 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.

Thận nhân tạo không cần bất kỳ một nguồn điện bên ngoài, mà hoạt động dựa trên dòng máu của chính bệnh nhân. Tuy nhiên, vấn đề thách thức là 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, nhóm nghiên cứu đã cộng tác với kỹ sư y sinh Amanda Buck. Họ nhìn vào một lĩnh vực khoa học tiềm năng để tìm ra đáp án cho vấn đề đông máu. Cùng với lý thuyết về động lực học chất lỏng kết hợp với mô hình máy tính, Amanda 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.

Quỹ Thận Quốc gia Mỹ 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. Trước thực trạng thiếu hụt nguồn cung thận hiến tặng hiện nay, các quả thận nhân tạo mới sẽ là một lựa chọn cho các bệnh nhân suy thận. Trong tương lai, khi các nhà khoa học thúc đẩy nghiên cứu phát triển hơn, các quả thận nhân tạo có thể là một giải pháp mới để giải quyết tình trạng khan hiếm thận cấy ghép không chỉ riêng ở Mỹ.