Trái tim nhân tạo tâm thất trái từ phòng thí nghiệm Robot y tế do TS Đỗ Thanh Nhỏ dẫn đầu, nghiên cứu chế tạo. Ảnh: Nhóm nghiên cứu
Tiến sĩ Đỗ Thanh Nhỏ, một nhà nghiên cứu hàng đầu tại Đại học New South Wales (UNSW), Australia, đã dẫn dắt phát triển trái tim nhân tạo tâm thất trái đầu tiên trên thế giới. Thiết bị đổi mới này mô phỏng các chuyển động, áp suất máu và đặc điểm dòng chảy của trái tim con người, mở ra tiềm năng lớn cho các ứng dụng y tế. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Science Robotics, một tạp chí hàng đầu trong lĩnh vực robot, và nhóm nghiên cứu đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho công nghệ tiên phong này.
Bối Cảnh và Động Lực
Ý tưởng về trái tim nhân tạo này xuất hiện vào năm 2021 khi Tiến sĩ Nhỏ hợp tác với các bác sĩ tim mạch tại Sydney, những người ngày càng lo ngại về các biến chứng từ van nhân tạo và máy bơm được sử dụng trong bệnh nhân mắc bệnh tim. Các chuyên gia y tế này đã bày tỏ nhu cầu về một thiết bị có thể tái tạo chính xác các đặc điểm của trái tim con người để cho phép kiểm tra trước phẫu thuật và đánh giá các biến chứng tiềm ẩn. Điều này đã thúc đẩy Tiến sĩ Nhỏ tìm hiểu khả năng tạo ra một trái tim robot mềm có thể phục vụ như một mô hình thực tế cho nhiều can thiệp y tế.
TS Đỗ Thanh Nhỏ. Ảnh: NVCC
Thiết Kế và Xây Dựng Trái Tim Nhân Tạo
Việc chế tạo trái tim nhân tạo tâm thất trái bắt đầu bằng quá trình tái tạo cấu trúc cơ tim một cách tỉ mỉ. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng công nghệ hình ảnh tiên tiến để quét một trái tim người thật và sử dụng phần mềm 3D để phân tích sự sắp xếp của các sợi cơ ở các lớp khác nhau. Họ sau đó thiết kế các sợi cơ nhân tạo mô phỏng các cấu trúc tự nhiên này, sắp xếp chúng theo cách gần gũi nhất với mạng lưới dày đặc có trong một trái tim khỏe mạnh.
Tiến sĩ Nhỏ nhấn mạnh rằng tâm thất trái là buồng bơm chính của tim, có cấu trúc phức tạp với sự sắp xếp các sợi cơ theo nhiều lớp. Nỗ lực của nhóm nghiên cứu tập trung vào việc tái tạo cấu trúc và chức năng này, mở đường cho việc phát triển tiếp theo của tâm thất phải và các tâm nhĩ.
Các Cơ Chế Chính và Thách Thức
Hai cơ chế quan trọng đảm bảo chức năng của trái tim nhân tạo là cơ sinh học (biomechanics) — những thuộc tính cơ học ảnh hưởng đến cấu trúc và chức năng của tim — và huyết động học (hemodynamics), liên quan đến động lực của dòng chảy và áp suất máu trong tim và mạch máu. Ban đầu, nhóm nghiên cứu đã gặp khó khăn trong việc tạo ra cấu trúc nhiều lớp và điều phối các sợi cơ nhân tạo để đạt được chuyển động thực tế. Tuy nhiên, sau nhiều nỗ lực và thử nghiệm, họ đã thành công trong việc thiết kế một tâm thất trái gồm ba lớp cơ tim, bao gồm ngoại tâm mạc, cơ tim và nội tâm mạc, cho phép tạo ra các chuyển động ba chiều giống như thật, khả năng co bóp, áp suất máu và dòng chảy.
Theo Tiến sĩ Nhỏ, hiện tại chưa có trái tim nhân tạo nào trên thế giới có thể tái tạo các thông số như vậy với độ chính xác cao. Mặc dù một nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) cũng đang phát triển công nghệ trái tim nhân tạo, nhưng họ vẫn chưa đạt được mức độ thành công tương tự trong việc mô phỏng các thông số của trái tim người.
Ứng Dụng Lâm Sàng và Hướng Phát Triển Tương Lai
Nhóm nghiên cứu đang mở rộng dự án bằng cách tích hợp thêm các thành phần bên trong như van tim và động mạch chủ. Họ mong muốn sử dụng trái tim nhân tạo để đánh giá các hệ thống bơm tim cho bệnh nhân suy tim và hỗ trợ các quy trình phẫu thuật ít xâm lấn, bao gồm sửa chữa van tim. Trái tim nhân tạo đã được sử dụng để dự đoán các biến chứng liên quan đến các thiết bị như máy hỗ trợ tâm thất trái (LVAD) và máy bơm bóng đối xứng trong động mạch chủ (IABP), những thiết bị quan trọng trong việc quản lý suy tim và phục hồi sau phẫu thuật.
Giáo sư Nigel Lovell, trưởng khoa Kỹ thuật Y sinh tại UNSW, đã nhấn mạnh tầm quan trọng lâm sàng của phát minh này. Khả năng mô phỏng chính xác chuyển động, áp suất máu và dòng chảy của cả trái tim khỏe mạnh và bệnh nhân mang bệnh tim cung cấp thông tin giá trị cho các nhà phát triển thiết bị y tế và các thủ thuật phẫu thuật. Sự phát triển này có thể giảm thiểu sự phụ thuộc vào thử nghiệm trên động vật, qua đó giảm chi phí tài chính và các vấn đề đạo đức liên quan.
Tác Động Đến Ngành Tim Mạch
Trái tim nhân tạo tâm thất trái đại diện cho một bước tiến quan trọng trong nghiên cứu tim mạch và công nghệ y tế. Nó cung cấp một nền tảng mới cho các bác sĩ đánh giá tác động của các can thiệp tim mạch, như cấy ghép van và máy bơm tim, trước khi thực hiện trên bệnh nhân. Ngoài ra, thiết bị này còn có thể phục vụ cho việc nghiên cứu các cơ chế của nhiều bệnh tim và khám phá các phương pháp điều trị mới.
Hành trình của Tiến sĩ Đỗ Thanh Nhỏ từ quê hương Tây Ninh đến việc dẫn dắt nghiên cứu tiên tiến tại Australia là một minh chứng cho sự đổi mới trong công nghệ y tế. Anh có nền tảng học thuật phong phú, tốt nghiệp kỹ sư tại Đại học Bách Khoa TP.HCM và nhận học bổng toàn phần cho chương trình tiến sĩ tại Đại học Công nghệ Nanyang, Singapore. Nghiên cứu của Tiến sĩ Nhỏ hiện tập trung vào robot phẫu thuật ít xâm lấn, in 3D sinh học, robot mềm và các thiết bị hỗ trợ tim mạch.
Với hơn 10 bằng sáng chế quốc tế, Tiến sĩ Nhỏ tiếp tục mở rộng ranh giới của công nghệ y tế. Công việc của anh trên trái tim nhân tạo không chỉ thúc đẩy lĩnh vực tim mạch mà còn hứa hẹn cải thiện kết quả cho bệnh nhân thông qua khả năng chẩn đoán và điều trị nâng cao.
Sự phát triển của trái tim nhân tạo tâm thất trái do Tiến sĩ Đỗ Thanh Nhỏ và nhóm nghiên cứu của anh thực hiện đánh dấu một cột mốc quan trọng trong việc tích hợp robot và y tế. Công nghệ đổi mới này không chỉ đáp ứng nhu cầu cấp bách trong phẫu thuật tim và chăm sóc bệnh nhân mà còn mở ra con đường cho những tiến bộ trong các cơ quan nhân tạo. Khi dự án phát triển, nó có khả năng cách mạng hóa cách tiếp cận điều trị bệnh tim, góp phần cải thiện phương pháp và kết quả trong sức khỏe tim mạch.
