Máy tạo nhịp tim mới từ graphene sử dụng ánh sáng để theo dõi và điều chỉnh rối loạn nhịp tim

Một nhóm nghiên cứu do các nhà khoa học tại trường Đại học Northwestern và Đại học Texas ở Austin (UT) dẫn đầu, đã chế tạo được mô cấy ghép tim mới từ graphene có kích thước chỉ dày bằng sợi tóc với khả năng theo dõi và điều chỉnh nhịp tim bất thường bằng ánh sáng.

Rối loạn nhịp tim là do tín hiệu điện trong tim bị lỗi, khiến tim đập quá nhanh hoặc quá chậm. Trong một số trường hợp có thể dẫn đến suy tim, đột quỵ và thậm chí là đột tử. Rối loạn nhịp tim thường được điều trị bằng cách cấy ghép máy tạo nhịp tim và máy khử rung tim để theo dõi và điều chỉnh nhịp tim bất thường. Tuy nhiên, các thiết bị này không dẻo, có thể chèn ép tim, gây khó chịu và tổn thương mô, đồng thời làm tăng nguy cơ biến chứng như sưng tấy, thủng, cục máu đông và nhiễm trùng.

Máy tạo nhịp tim mới lần đầu tiên được chế tạo từ siêu vật liệu graphene mạnh, nhẹ, tương thích sinh học và mỏng nhất cho đến nay. Không giống như các máy tạo nhịp tim và máy khử rung tim cấy ghép hiện có, máy mới tự tạo khuôn cho mô tim và đủ mạnh để chịu được độ rung của quả tim đang đập.

Igor Efimov, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Một trong những thách thức trong việc chế tạo máy điều hòa nhịp tim và máy khử rung tim hiện nay là rất khó gắn vào bề mặt của tim. Ví dụ, các điện cực của máy khử rung tim về cơ bản là các cuộn dây rất dày, không dẻo và dễ bị đứt. Các giao diện cứng kết hợp với các mô mềm, chẳng hạn như tim, có thể gây ra nhiều biến chứng khác nhau. Ngược lại, thiết bị mềm, dẻo của chúng tôi không chỉ ăn khớp mà còn bám trực tiếp vào tim để cung cấp các số đo chính xác hơn”.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học UT đã tạo ra một hình xăm điện tử graphene với khả năng cảm biến, bám vào da để liên tục theo dõi các dấu hiệu quan trọng như huyết áp và hoạt động điện. Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã sử dụng thiết kế hình xăm điện tử của Đại học UT để phát triển một thiết bị có thể hoạt động bên trong cơ thể.

Ban đầu, nhóm nghiên cứu bọc hình xăm điện tử trong một màng silicon dẻo, sau đó dán băng keo vàng dày khoảng 10 micron lên trên. Vàng hoạt động như một kết nối điện giữa graphene và thiết bị điện tử được sử dụng để đo lường và kích thích tim. Nhìn chung, tổng độ dày của thiết bị rơi vào khoảng 100 micron, trong khi tóc người dày khoảng 70 micron.

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm thiết bị trên chuột và nhận thấy thiết bị có thể cảm biến chính xác chứng rối loạn nhịp tim và sau đó cung cấp kích thích điện mà không hạn chế chuyển động tự nhiên của tim. Thiết bị hoạt động ổn định trong 60 ngày trên một quả tim đang đập trong điều kiện nhiệt độ cơ thể, bằng khoảng thời gian máy tạo nhịp tim tạm thời được sử dụng làm cầu nối cho máy tạo nhịp tim vĩnh viễn.

Hơn nữa, độ trong suốt của thiết bị thậm chí còn mang lại nhiều lợi ích hơn khi các nhà nghiên cứu sử dụng ánh sáng để theo dõi và kiểm soát nhịp tim (quang tim) ở chuột thí nghiệm. Kích thích quang học là cách điều chỉnh rối loạn nhịp tim hiệu quả hơn so với kích thích điện và nhờ có ánh sáng, các enzym cụ thể được theo dõi và các tế bào tim, thần kinh và cơ được nghiên cứu.

Nhóm nghiên cứu cho rằng sử dụng ánh sáng theo cách này sẽ cung cấp một phương pháp mới để chẩn đoán và điều trị bệnh tim. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Advanced Materials.