Võng mạc nhân tạo giúp động vật mù có "siêu thị lực", mở ra hy vọng chữa mù ở người

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một khoáng chất hiếm, chủ yếu được sản xuất tại Trung Quốc, để tạo ra võng mạc nhân tạo không chỉ giúp khôi phục thị lực cho động vật bị mù, mà còn mang đến cho chúng khả năng “siêu thị lực”, cụ thể là nhìn thấy ánh sáng hồng ngoại, vốn vô hình với mắt thường.

Tiến bộ này được đánh giá là mang lại tiềm năng lớn trong điều trị mù lòa ở người, theo nhận định của các nhà khoa học.

Công trình nghiên cứu do ông Wang Shuiyuan – nhà nghiên cứu tại Trường Vi mạch và Điện tử Micro-Nano, Đại học Phúc Đán (Fudan University), Thượng Hải – đứng đầu, được đăng tải trên tạp chí Science ngày 5/5.

Nghiên cứu cho thấy nhóm khoa học đã khai thác khoáng chất tellurium để chế tạo các dây nano được cấy ghép vào thiết bị sinh học tương thích, giúp khôi phục thị lực ở chuột mù do đột biến di truyền và một con khỉ, đồng thời mang lại cho chúng khả năng nhìn thấy ánh sáng “vô hình”.

Tellurium, một nguyên tố ánh bạc có độ hiếm ngang với bạch kim, là sản phẩm phụ trong quá trình tinh luyện đồng. Nó sở hữu đặc tính quang điện xuất sắc, cho phép chuyển đổi ánh sáng nhìn thấy và bức xạ hồng ngoại thành điện năng mà không cần thiết bị phụ trợ.

Các nhà khoa học đã sử dụng tellurium để thay thế tế bào cảm quang (photoreceptor) trong võng mạc và truyền tín hiệu điện – chuyển đổi từ tín hiệu ánh sáng – lên não.

Trong nghiên cứu, nhóm đã sử dụng phương pháp lắng đọng hóa học để chế tạo các dây nano tellurium có đường kính 150 nanomet. Sau đó, họ kiểm soát quá trình phát triển của các dây này thành mạng lưới dây nano tellurium (TeNWN), hoạt động như một giá đỡ nano cho võng mạc.

Thông qua hình ảnh và ghi nhận điện sinh lý học, nhóm phát hiện rằng thiết bị cấy ghép này đã phục hồi phản xạ đồng tử ở chuột mù và kích thích hoạt động thần kinh ở vùng vỏ não thị giác.

Sau khi gắn các giá đỡ võng mạc TeNWN lên nhãn cầu của chuột, chúng không gặp biến chứng và bắt đầu phục hồi thị lực bình thường chỉ sau một ngày phẫu thuật. Hơn nữa, thiết bị còn giúp chúng xác định chính xác nguồn sáng trong điều kiện ánh sáng hồng ngoại gần.

So với chuột bình thường, những con chuột mù đã được cấy ghép thực hiện tốt hơn trong các bài kiểm tra nhận dạng mẫu và định vị đèn LED, dần đạt tới mức độ tương đương với chuột khỏe mạnh.

Ngoài ra, sau các thử nghiệm với ánh sáng hồng ngoại – vốn vô hình với chuột bình thường – các nhà khoa học xác nhận rằng những con chuột mù được cấy ghép TeNWN có tỷ lệ phản hồi đúng với ánh sáng hồng ngoại cao hơn hẳn so với cả chuột bình thường và chuột mù chưa được điều trị.

Thiết bị cấy ghép này cũng được xác nhận là an toàn và tương thích sinh học khi được cấy vào một con khỉ macaque bị mù. Thậm chí, khi cấy vào một con khỉ có thị lực bình thường, nó giúp tăng độ nhạy với ánh sáng hồng ngoại.

Trước đó, vào năm 2023, cùng phòng thí nghiệm tại Đại học Phúc Đán đã phát triển thụ thể ánh sáng nhân tạo đầu tiên trên thế giới cấu thành từ các mảng dây nano titanium dioxide, giúp phục hồi chức năng thị giác cho chuột và mô hình linh trưởng không phải người.

Hiện các thử nghiệm lâm sàng dựa trên dây nano năm 2023 đang được triển khai tại các bệnh viện thuộc Đại học Phúc Đán. Tuy nhiên, chưa có thông tin về thử nghiệm lâm sàng trên người với loại dây nano TeNWN mới này.

“Phương pháp mà ông Vương phát triển mở ra khả năng phát triển thế hệ thiết bị mới có thể chuyển đổi ánh sáng thành tín hiệu kích thích thần kinh và khôi phục thị lực giới hạn nhưng hữu ích cho nhiều người mù”, ông Eduardo Fernandez, nhà nhân học sinh học tại Đại học Yale và thành viên Hiệp hội Tiến bộ Khoa học Mỹ (AAAS), viết trong phần bình luận đăng cùng số tạp chí.

Trung Quốc hiện là nhà sản xuất và tiêu thụ tellurium lớn nhất thế giới. Đây là nguyên liệu quan trọng trong các lĩnh vực như làm mát nhiệt điện bán dẫn, pin năng lượng mặt trời và cảm biến hồng ngoại, đóng vai trò ngày càng thiết yếu trong nhiều ngành công nghiệp chiến lược đang nổi.