Miếng cấy ghép in 3D CaroFlex.

Thiết bị mang tên CaroFlex được chế tạo bằng công nghệ in 3D, kết hợp các linh kiện điện tử co giãn với lớp hydrogel dẫn điện có khả năng bám trực tiếp vào mô sống mà không cần khâu cố định. Trong các thử nghiệm ban đầu trên động vật, thiết bị giúp giảm huyết áp, đồng thời hạn chế đáng kể tình trạng kích ứng và tổn thương mô thường gặp ở các thiết bị cấy ghép truyền thống.

Thiết kế mềm dẻo với độ bám dính an toàn

Phần lớn thiết bị điện tử sinh học cấy ghép hiện nay sử dụng vật liệu cứng như kim loại hoặc nhựa, khiến chúng khó thích ứng với chuyển động tự nhiên của mạch máu. Trong quá trình tuần hoàn, động mạch luôn co giãn theo nhịp bơm máu, tạo áp lực lên các thiết bị gắn trên bề mặt và có thể làm suy yếu kết nối theo thời gian.

Để khắc phục vấn đề này, nhóm nghiên cứu tại Đại học Bang Pennsylvania đã phát triển CaroFlex bằng vật liệu hydrogel dẫn điện có độ linh hoạt gần giống mô sinh học tự nhiên. Thiết bị còn được phủ một lớp hydrogel kết dính đặc biệt, cho phép bám trực tiếp vào thành động mạch mà không cần sử dụng chỉ khâu phẫu thuật.

Theo ông Tao Zhou, trợ lý giáo sư khoa Khoa học Kỹ thuật và Cơ học, các thiết bị cấy ghép truyền thống thường phải cố định bằng chỉ khâu, nhưng về lâu dài có thể gây tổn thương cho mô xung quanh.

CaroFlex hoạt động bằng cách tác động lên hệ thống phản xạ áp lực tự nhiên giúp cơ thể điều hòa huyết áp thông qua tín hiệu thần kinh.

Thiết bị được đặt gần khu vực xoang cảnh nằm trên động mạch cảnh chứa nhiều đầu dây thần kinh cảm nhận áp suất máu. Các thụ thể tại đây liên tục gửi tín hiệu đến não để điều chỉnh nhịp tim và độ co giãn của mạch máu.

Thông qua các xung điện tần số thấp, CaroFlex kích thích những thụ thể này nhằm điều chỉnh phản ứng của cơ thể với tình trạng huyết áp tăng cao.

Ông Zhou cho biết nhiều bệnh nhân hiện nay vẫn không thể kiểm soát huyết áp dù phải sử dụng cùng lúc từ 3 đến 5 loại thuốc. Theo ông, các liệu pháp điện tử sinh học như CaroFlex có thể trở thành giải pháp bổ sung tiềm năng cho nhóm bệnh nhân kháng thuốc.

Kết quả thử nghiệm ban đầu đầy hứa hẹn

Trước khi thử nghiệm trên động vật, nhóm nghiên cứu đã đánh giá độ bền cơ học và khả năng dẫn điện của thiết bị trong phòng thí nghiệm. Cấu trúc hydrogel có thể kéo giãn gấp đôi kích thước ban đầu trước khi bị đứt, trong khi lớp vật liệu kết dính vẫn duy trì hiệu suất ổn định sau 6 tháng bảo quản.

Khi được cấy vào chuột thí nghiệm, CaroFlex cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc hạ huyết áp. Trong 5 chế độ kích thích điện được thử nghiệm, có bốn chế độ giúp giảm huyết áp trung bình trên 15%.

Nhóm nghiên cứu cũng so sánh CaroFlex với các điện cực bạch kim truyền thống và nhận thấy thiết bị mới duy trì tiếp xúc với mô ổn định hơn, đồng thời cho hiệu suất điện đáng tin cậy hơn.

Sau 2 tuần cấy ghép, các mô xung quanh gần như không xuất hiện dấu hiệu viêm hay phản ứng miễn dịch đáng kể.

Hiện các nhà khoa học đang tiếp tục tối ưu hóa CaroFlex trước khi tiến tới thử nghiệm trên động vật lớn hơn và các nghiên cứu lâm sàng trên người trong tương lai.

Nhóm nghiên cứu cũng cho rằng, công nghệ in 3D có thể thúc đẩy sự phát triển của các thiết bị điện tử sinh học cá nhân hóa, không chỉ cho điều trị cao huyết áp mà còn cho nhiều bệnh tim mạch và bệnh mạn tính khác.

Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên Device.