Võng mạc nhân tạo với điện cực silicium

Tại Pháp, khởi đầu từ năm 2008, 4 bệnh nhân đã được thử nghiệm ghép võng mạc nhân tạo với thiết bị có tên gọi “Argus II” do Công ty Second Sight medical Products (Mỹ) hợp tác với Viện Mắt Paris thực hiện. Từ năm 2011, sẽ có thêm khoảng vài chục bệnh nhân người Pháp được cấy ghép thiết bị này trong một dự án lâm sàng mới của nhóm nghiên cứu này. Họ sẽ được tuyển chọn theo một tiêu chuẩn đặc biệt: tình trạng bệnh lý, độ tuổi, vị trí địa lý và phương tiện đi lại. Chỉ có một dạng mù lòa được quan tâm: chứng mù lòa do viêm võng mạc hoặc bệnh võng mạc sắc tố đã ảnh hưởng đến hơn 40.000 người ở Pháp. Chứng bệnh này bao gồm những bệnh do di truyền mà trong đó các tế bào thụ cảm ánh sáng của võng mạc (tế bào nón và tế bào gậy) đã bị thoái hóa dẫn đến mù lòa. Võng mạc nhân tạo có sứ mạng tái lập lại một phần nào đó chức năng đã bị mất này.

Để hiểu rõ hơn, chúng ta hãy đến Viện Mắt thuộc Bệnh viện Mười lăm - Hai mươi ở Paris để chứng kiến màn trình diễn “thổi tắt 2 ngọn nến” của người mù vào tháng 12 này. GS. José-Alain Sahel, người sáng lập ra Viện này, không dấu được niềm tự hào, cho biết 4 bệnh nhân mù lòa được thử nghiệm từ năm 2008, nay đã có thể đi được mà không cần gậy, có thể nhận biết cửa ra vào, cửa sổ của căn phòng và vạch sơn trắng dành cho người đi bộ. 3 trong số 4 bệnh nhân đó có thể đọc được từ và chữ. Hai trong số đó có thể đọc gần hết bảng đo thị lực! Một kết quả rất khả quan.

Cần nhắc lại một chút về giải phẫu học: Võng mạc là một màng che phủ đáy mắt, được cấu tạo bởi các tầng tế bào đặc biệt. Tầng đầu tiên tiếp nhận ánh sáng (được gọi là thụ cảm ánh sáng), tầng thứ hai tạo tín hiệu và tầng thứ ba (tế bào hạch) có nhiệm vụ truyền tín hiệu lên não qua dây thần kinh thị giác dưới dạng các xung điện. Trong chứng viêm võng mạc sắc tố, chỉ có tầng thứ nhất, thụ cảm ánh sáng, bị tổn thương. Còn các tầng khác vẫn hoạt động bình thường. Các mảnh cấy ghép vi thể bằng chất silicium đã được nhắm đến từ cuối thập niên 1980 nhưng phải chờ đến năm 2000 mới được thử nghiệm trên người. Kể từ đó, nhiều mẫu cấy ghép võng mạc nhân tạo ra đời. Argus II bao gồm một con chíp điện tử có 60 điện cực được cấy ghép vào trung tâm võng mạc. Các điện cực này được kết nối với một bộ phận tiếp nhận được đặt trong hốc mắt để thu nhận các tín hiệu vô tuyến được truyền đến từ kính đeo mắt và bản thân kính này được nối với một máy camera qua một bộ vi xử lý.

Bước đầu, mắt chỉ có thể thấy được các điểm sáng rồi thấy dần dần thành dãy hàng. Kết quả tối ưu chỉ đạt được sau vài tháng cấy ghép vì khi đó não bộ đã học lại được “cái thấy”.

Con chíp 60 điện cực chỉ cho phép phân biệt được các chữ cái và hình dạng các vật thể đơn giản mà thôi chứ không thể thấy được mọi vật như người bình thường. Theo công trình nghiên cứu của TS. Avinoam Safran và Marco Pelizzone thuộc Viện đại học Thụy Sĩ, muốn đọc được một văn bản, thí dụ như trang báo, con chíp phải cần đến tối thiểu 600 điện cực. Như vậy, phải cần đến 1.000 điện cực mới có thể nhận diện được khuôn mặt. Nhưng nhân số lượng điện cực đến mức đó không phải là vấn đề đơn giản bởi các điện cực đặt sát nhau quá sẽ gây nhiễu cho nhau. GS. Serge Picaud, chuyên gia về võng mạc nhân tạo của Viện Mắt cho biết: khi một điện cực cổ điển gởi một xung điện đến tế bào đích sẽ kích thích đồng thời các tế bào lân cận bởi vì dòng điện đã khuếch tán vào trong mô tế bào. Nếu bây giờ nhân các điện cực lên nhiều lần sẽ làm tăng sự gây nhiễu mà hậu quả là che lấp tín hiệu. Để khắc phục nhược điểm này, các nhà nghiên cứu thuộc Viện đại học Stanford, bang California, Hoa Kỳ, đã chế tạo ra các điện cực dạng giếng để chỉ kích thích các tế bào nằm trong các giếng này mà thôi.

Võng mạc nhân tạo với điện cực kim cương

Mặc dầu võng mạc có thể hoạt động với các mảnh cấy ghép bằng chất silicium nhưng cơ thể vẫn xem chúng là vật thể lạ. Vì vậy, cơ thể đã tạo ra một lớp tế bào bao bọc quanh chúng, có thể gây cản trở dòng điện. Do vậy, các nhà khoa học phải tìm ra chất thay thế silicium mà vẫn truyền tín hiệu tốt như silicium nhưng không gây ra hiện tượng đào thải. Các nhà nghiên cứu của Viện Mắt đã tìm ra được một chất thay thế lý tưởng, đó là các điện cực bằng kim cương. Kim cương cấu tạo từ các nguyên tử carbon, có tính bán dẫn và nhất là không bị cơ thể đào thải. Một triển vọng rất lớn cho người mù!

Võng mạc nhân tạo sinh học

Tháng 6.2010, nhóm nghiên cứu thuộc Viện Friedrich Meischer, Bâle, Thụy Sĩ đã công bố công trình nghiên cứu hợp tác với Viện Mắt của Pháp mang tính đột phá trong chữa trị chứng mù lòa.

Công trình cho thấy thử nghiệm trên thú vật cũng như trên tế bào võng mạc của người có thể phục hồi lại được chức năng của tầng thụ cảm ánh sáng của võng mạc bằng thủ thuật biến đổi gen. TS. Serge Picaud thuộc Viện Friedrich Meischer cho biết họ đã khám phá ra trong bệnh viêm võng mạc sắc tố, có rất nhiều thụ thể ánh sáng, tế bào nón vẫn còn tồn tại nhưng không còn chức năng nữa. Nhờ máy chụp cắt lớp thế hệ mới, đã chụp được các tầng võng mạc, nên đã phát hiện được các tế bào nón còn tồn tại. Các tế bào này vẫn còn nhân nhưng chỉ mất đi độ nhạy với ánh sáng. Từ đó, các nhà nghiên cứu đã tìm cách đưa vào tế bào nón này một loại protein cảm thụ ánh sáng từ vi khuẩn để chúng có thể tái chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện. Các nhà nghiên cứu đã mã hóa ADN của vi khuẩn để tạo ra protein cảm thụ ánh sáng rồi đưa vào trong tế bào nón của chuột bị mù. Các tế bào nón này đã trở lại chức năng hoạt động bình thường của mình. Một lần nữa, võng mạc hồi sinh với ánh sáng… Kết quả thật kỳ diệu! Trong vài năm nữa Viện sẽ thử nghiệm trên người.