Thuốc Kỹ Thuật Số Có Thể Giúp Nội Soi Đường Ruột Dễ Dàng

Thuốc Kỹ Thuật Số Có Thể Giúp Nội Soi Đường Ruột Dễ Dàng

Đường ruột con người là một đoạn ống bí ẩn dài gần 1 mét. Trong suốt nhiều thập kỷ, các bác sĩ đã cố gắng giải mã bên trong đường ống ruột của con người. Họ thăm dò đường tiêu hóa từ cả 2 đầu, bằng máy ảnh, thiết bị nội soi, thậm chí thu thập và phân tích gián tiếp thông qua các chất dịch.

Tuy nhiên, đến khoảng cuối tháng 05/2018, tất cả những công nghệ cũ sắp bị bỏ lại, với sự ra đời của những viên thuốc kỹ thuật số. Chúng là những viên nang gắn cảm biến và thiết bị điện tử, có thể được nuốt vào bụng. Khi có mặt bên trong cơ thể, những viên thuốc sẽ thu thập và truyền thông tin ra ngoài, tới smartphone của người dùng. Hiện nay, một số phiên bản thuốc kỹ thuật số đã có mặt trên thị trường.

Ở những phiên bản đầu tiên, chúng chưa làm được gì đáng kể. Hầu hết chỉ là đo pH, nhiệt độ và áp suất, hoặc theo dõi xem bệnh nhân, có thể là những người già hay quên, đã thực sự uống thuốc hay chưa. Nhưng các nhà nghiên cứu đang liên tục thử nghiệm những công nghệ cảm biến mới để nâng cấp những thiết bị thăm dò, hướng tới khả năng phát hiện phạm vi rộng lớn các phân tử y tế.

Tiến sĩ Timothy Lu và các đồng nghiệp tại Viện Công nghệ Massachusetts MIT đã phát triển một viên thuốc kỹ thuật số có kích thước bằng viên pin AA. Nghiên cứu mới của tiến sĩ Lu đã được đăng trên tạp chí Science. Ông chỉnh sửa gen và đưa vào nó hàng triệu vi khuẩn huỳnh quang phát sáng. Sau khi được nuốt vào ống tiêu hóa, viên thuốc có thể phát hiện và cảnh báo chảy máu dạ dày.

Vi khuẩn được sử dụng đóng vai trò là những cảm biến vi mô. Chúng là những con Lactococcus lactis, một loại vi khuẩn nhỏ thân thiện giúp con người biến sữa thành phô mai. Nhóm nghiên cứu sử dụng DNA đã được chỉnh sửa của L. lactis, kết hợp với một số mã di truyền cho phép vi khuẩn phát quang sinh học. Toàn bộ mạch di truyền sẽ được đưa vào bên trong một chủng E. coli thân thiện với ruột khác, thường được bán dưới dạng men tiêu hóa.

Những tế bào đã biến đổi lại được đưa vào bên trong một viên nang an toàn cho cơ thể. Một nửa viên nang có màng bán thấm cho phép dịch lỏng trong ruột đi vào. Nửa còn lại chứa các linh kiện bán dẫn truyền tín hiệu không dây đặt bên trong một vỏ trong suốt có thể nhìn qua được. Toàn bộ viên thuốc sẽ được cung cấp năng lượng bằng pin siêu nhỏ.

Các nhà khoa học đã thử nghiệm nguyên mẫu của viên thuốc kỹ thuật số mới trên những con chuột bị chảy máu đường tiêu hóa và những con lợn bị chảy máu dạ dày. Khi vi khuẩn L. lactis gặp heme, phân tử mang sắt vận chuyển oxy trong máu rò rỉ, nó sẽ phát quang. Tín hiệu phát quang được ghi nhận bởi cảm biến ánh sáng trong viên thuốc. Nó chuyển tín hiệu đến vi xử lý rồi truyền ra bên ngoài cơ thể, đến một smartphone Android. Thuốc hiện vẫn đang được thiết kế cũng như phát triển ứng dụng theo dõi.

Trước khi chuyển sang thử nghiệm ở người, nhóm nghiên cứu muốn thu nhỏ viên thuốc xuống còn khoảng 1/3 so với khối lượng hiện tại. Ở kích thước 1.5 inch (khoảng 3.8 cm) như hiện nay, có thể mọi người sẽ không nuốt được. Để thu nhỏ được viên thuốc, các nhà nghiên cứu dự định sẽ tích hợp tất cả các thành phần điện tử khác nhau, gồm cảm biến, xử lý, truyền tín hiệu, vào một con chip đơn. Điều đó cũng sẽ giúp họ thu nhỏ pin hoặc thậm chí không cần đến pin.

Phiên bản hiện hành cần 13 microwatt điện. Các nhà khoa học hoàn toàn có thể tạo ra một máy phát hiện từ axit dạ dày tích hợp vào viên thuốc để cung cấp năng lượng cho nó. Tất cả những tiến bộ công nghệ mới hợp lại sẽ biến tương lai của những cảm biến bên trong ruột thành hiện thực. Pietro Valdastri, một nhà nghiên cứu robot tại Đại học Leeds, người không tham gia vào nghiên cứu nhưng đang phát triển một robot nội soi điều khiển bằng từ tính cho biết: “Bế tắc chính là vấn đề cung cấp năng lượng. Tuy nhiên, với những tiến bộ nhanh về công nghệ pin, trong vòng 5 đến 10 năm tiếp theo, chúng ta có thể chứng kiến sự ra đời của những robot y tế không dây có thể đo được các thông số sinh lý và tương tác với mô cơ thể”.