Tháng 04, 2019
Thứ ba
Chủ Nhật, ngày 15/11/2015 18:02 PM (GMT+7)

Chữa khỏi bệnh tim bằng công nghệ ánh sáng

Công nghệ mới giúp tác động đến hoạt động của cơ tim, từ đó có khả năng chữa trị nhiều loại bệnh tim mạch khác nhau.

Các nhà nghiên cứu đã tìm ra phương pháp mới giúp điều chỉnh lại những quả tim bị loạn nhịp. Bằng cách soi lên tim những luồng ánh sáng nhìn thấy được theo nhịp điệu đều đặn, các nhà khoa học đã khiến cho tim đập lại bình thường.

Tim người đập hàng triệu nhịp mỗi ngày. Khi hoạt động của một người thay đổi, nhịp tim của họ cũng sẽ thay đổi nhanh chậm tương ứng. Tuy nhiên, sự thay đổi của nhịp tim luôn duy trì trong khoảng cho phép nhờ vào các tín hiệu điện truyền đi giữa các tế bào trong tim. Những tín hiệu này lan đi tương tự như  hình ảnh những làn sóng lan ra trên mặt hồ.

Nhưng nếu các làn sóng tín hiệu này xảy ra sai lệch, hoạt động của toàn bộ cơ tim cũng sẽ nảy sinh vấn đề.

Chữa khỏi bệnh tim bằng công nghệ ánh sáng - 1

Sóng điện trong tế bào tim giúp quả tim có được nhịp đập bình thường. Nguồn: ANGELHELL/ISTOCKPHOTO

Một làn sóng tín hiệu điện thỉnh thoảng lại bị xoắn ngược vào trong chứ không lan rộng ra như những làn sóng thông thường. Hiện tượng này xảy ra tương tự với hình ảnh một con chó tự cắn lấy đuôi mình. Những làn sóng tín hiệu điện bị xoắn ngược như thế này sẽ làm cho tim trở nên đập rất nhanh. Và nguy hiểm hơn, có thể dẫn đến nguy cơ tử vong.

Thuốc và các thiết bị điện có thể giúp phục hồi lại nhịp tim bình thường của cơ thể. Tuy nhiên những phương pháp này tác động mạnh đến toàn bộ quả tim và có thể để lại những hậu quả lâu dài. Giờ đây, phương pháp mới sẽ làm điều hòa lại các sóng điện của cơ tim, giúp lấy lại nhịp đập bình thường một cách nhẹ nhàng và êm ái.

Các nhà nghiên cứu đã xây dựng một công nghệ hoàn toàn mới được gọi là “kỹ thuật quang sinh học” (optogenetics). Dựa trên việc sử dụng ánh sáng làm tác nhân kích thích, các nhà khoa học có thể kích hoạt hoặc tạm dừng hoạt động của những tế bào.

Hiện nay, công nghệ quang sinh học chủ yếu được áp dụng vào lĩnh vực thần kinh và tế bào não. Trong não, các tín hiệu điện sẽ truyền đi giữa các tế bào thần kinh nơ ron, gây ra sự phóng thích các chất hóa học làm tín hiệu thông báo cho những tế bào thần kinh xung quanh.

Tế bào cơ tim cũng tạo ra các tín hiệu điện.Tuy nhiên, các tín hiệu điện ở tế bào cơ tim truyền đi theo một cách rất khác so với tế bào thần kinh. Chúng truyền đi dưới dạng sóng chứ không phải là tín hiệu hóa học. Chính vì thế, việc áp dụng kỹ thuật quang sinh học vào tế bào tim là một điều hết sức mới mẻ.

Chữa khỏi bệnh tim bằng công nghệ ánh sáng - 2

Hình bên trái cho thấy sóng điện trong tế bào tim bị xoáy ngược lại vào trong, gây ra những vấn đề tim mạch nghiêm trọng. Hình bên phải cho thấy các nhà khoa học đã dùng ánh sáng để ngăn chặn những luồng sóng điện bị xoắn ngược này. Nguồn: BURTON ET AL. NATURE PHOTONICS 2015

Trong phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu nuôi cấy những tế bào tim của loài chuột. Những tế bào này sẽ tự động tập hợp lại với nhau và dần phát triển thành một quả tim hoàn chỉnh. Sau đó, các nhà khoa học sẽ cấy vào quả tim này một loại virus nhằm làm thay đổi cấu trúc gen của tế bào tim. Sự thay đổi này cho phép việc sử dụng ánh sáng màu xanh biển kích thích các kênh dẫn trong những tế bào màng lọc ở vùng biên. 

Trong các kênh dẫn này có chứa những nguyên tử nhiễm điện tích được gọi là ion. Những ion này phần lớn là nguyên tử natri kết hợp cùng canxi. Chúng có điện tích dương hay còn gọi là các ion dương (cation). Khi lượng cation đã tích tụ đủ, chúng sẽ chảy thành dòng làm sản sinh ra dòng điện. Nếu dòng điện đủ mạnh, nó sẽ truyền đi khắp tế bào. Quá trình này tiếp tục tăng dần cho đến khi lên đến đỉnh điểm, gọi là điện thế. Lúc này tế bào sẽ phản ứng lại bằng cách co thắt.

Điện thế quá cao của một tế bào sẽ phóng thích luồng điện ra những tế bào xung quanh. Luồng điện này lại khiến cho các phân tử natri và canxi trong các tế bào tim bị nhiễm điện tích. Và cứ thế chúng lại tạo ra dòng điện, khiến tế bào bị co thắt và phóng điện ra những tế bào xung quanh. Làn sóng điện tích này chính là nguyên nhân khiến cho trái tim co thắt tạo thành những nhịp đập liên tiếp.

Bằng việc sử dụng máy chiếu dưới sự điều khiển của phần mềm máy tính, các nhà nghiên cứu chiếu luồng ánh sáng xanh biển vào dây cáp làm từ sợi quang. Ánh sáng này sẽ được soi lên một số tế bào tim nhất định. Dẫn đến kết quả dòng chảy ion bị thay đổi. Mọi sự khác biệt rất nhỏ trong cường độ và màu sắc của ánh sáng cũng làm tác động đến làn sóng điện.

Các nhà khoa học hiện đã có thể điều khiển hướng và vận tốc di chuyển của các làn sóng điện. Thậm chí công nghệ này có thể làm thay đổi chiều xoay của các làn sóng xoáy và tạm dừng toàn bộ hoạt động của những làn sóng này.

Trong tương lai, các nhà khoa học sẽ tiếp tục hoàn thiện công nghệ này nhằm phục vụ cho việc điều trị bệnh tim. Các ca bệnh sẽ được điều hòa nhịp tim về tần số bình thường bằng công nghệ ánh sáng quang sinh học. Sau đó, bệnh nhân sẽ được chữa trị tiếp bằng phương pháp ghép tim hoặc liệu pháp gen.

Phan Thanh

Tin đọc nhiều

Quay màn hình trên Windows 10 mà không cần phần mềm Nếu đang sử dụng Windows 10, bạn có thể tận dụng nhanh thanh...
Trang trại rau sạch lớn nhất Đà Nẵng của chàng cử nhân luật Với thương hiệu mang tên Pihka, rau hữu cơ của chàng cử nhân...
Phần mềm chống sao chép sáng kiến của công chức được triển khai tại Quận 6 TP.HCM Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM sẵn sàng chuyển giao phần...
Cách khôi phục lại các ứng dụng đã xóa trên Android Chỉ với vài thao tác đơn giản, bạn hoàn toàn có thể phục hồi...