Nghiên cứu: Kỹ thuật công nghệ nano giúp khôi phục tế bào thần kinh bị thương tổn

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra một kỹ thuật mới dùng nam châm nano để phục hồi tế bào thần kinh (neuron) bị thương tổn.

Tế bào thần kinh là đơn vị cơ bản của bộ não và hệ thần kinh. Khi bị tổn thương do bệnh thoái hóa hoặc chấn thương thể chất, các tế bào thần kinh sẽ còn rất ít khả năng sửa chữa và chữa lành.

Khôi phục dẫn truyền thần kinh và giúp tế bào thần kinh phục hồi chức năng là một thách thức lớn trong lĩnh vực công nghệ mô.

Theo tuyên bố của trường Đại học Bar-Ilan, các nhà nghiên cứu người Israel tại Khoa Kỹ thuật Kofkin đã phát triển một quy trình dùng công nghệ nano và thao tác từ tính đạt được mục tiêu này.

Họ đã công bố nghiên cứu gần đây trên Tập san Advanced Functional Materials.

Tạo ra ‘Bộ não thu nhỏ’

Để tạo ra mạng lưới thần kinh 3D thu nhỏ, các nhà nghiên cứu đã chích các hạt nano iron oxide từ tính vào tế bào tiền thân thần kinh, là những tế bào sẽ biệt hóa thành tế bào thần kinh.

Quá trình này biến các tế bào thành các đơn vị từ tính độc lập.

Sau đó, họ cho tế bào tiền thân tiếp xúc với từ trường được điều chỉnh trước, điều khiển từ xa sự chuyển động của tế bào trong chất nền collagen 3D đa lớp. Chất nền collagen có đặc điểm tương tự như mô cơ thể.

Theo tuyên bố, thao tác từ tính này giúp các nhà nghiên cứu tạo ra “bộ não thu nhỏ” 3D, gồm “mạng lưới thần kinh đa lớp có chức năng tương tự các yếu tố được tìm thấy trong não của động vật có vú.”

Khi dung dịch collagen đông đặc thành gel, các tế bào sẽ giữ nguyên vị trí theo từ trường được áp dụng.

Tế bào tiền thân sẽ biệt hóa thành tế bào thần kinh trong vòng vài ngày, hình thành các phần mở rộng và nhánh nối. Các tế bào cũng thể hiện hoạt động điện và phát triển nhanh chóng trong hơn 3 tuần.

Trong một tuyên bố, nghiên cứu sinh tiến sĩ Reut Plen cho biết: “Phương pháp này sẽ mở đường cho việc tạo ra kiến trúc tế bào 3D ở quy mô tùy chỉnh để áp dụng trong kỹ thuật sinh học, trị liệu và nghiên cứu, cả trong và ngoài cơ thể.”

Cô Plen cho biết mạng lưới thần kinh 3D mà các nhà nghiên cứu tạo ra có thể bắt chước đặc tính của mô não người, do vậy có thể dùng làm “bộ não thu nhỏ” thử nghiệm.

Cô nói, mạng lưới 3D có thể đóng vai trò như một mô hình để nghiên cứu thuốc trị bệnh, xem xét sự truyền tin giữa các mô, và là cách để xây dựng mạng lưới nhân tạo cho giao diện giữa kỹ thuật và thành phần sinh học.

Cô Plen cho biết: “Ưu điểm của phương pháp này là từ trường có thể ảnh hưởng đến tế bào nằm sâu bên trong cơ thể theo cách không xâm lấn.”

Tính an toàn

Trường đại học thừa nhận trong tuyên bố rằng việc chích các hạt từ tính vào tế bào, đặc biệt là tế bào thần kinh, có thể làm dấy lên câu hỏi về tính an toàn.

Do vậy, các nhà nghiên cứu cho biết họ đã kiểm tra các hạt khác nhau ảnh hưởng như thế nào đến sức khỏe của tế bào trong môi trường nuôi cấy.

Họ cũng dùng một loại protein để phủ lên hạt từ tính, tạo ra một vùng đệm giữa tế bào và phần tử từ tính, giúp các hạt nano thâm nhập vào tế bào.

Tác giả chính, bà Orit Shefi, giáo sư tại Khoa Kỹ thuật tại Đại học Bar-Ilan, đồng thời là người đứng đầu Khoa Kỹ thuật Thần kinh và Tái tạo, cho biết rằng thành phần iron – cấu tạo nên hạt nano – tồn tại tự nhiên trong cơ thể, do vậy đây không phải là tác nhân lạ.

Ngoài ra, “loại gel tương tự với hạt từ tính đã được thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và cho thấy tính an toàn khi dùng trên mô hình động vật,” bà nói.

Theo tuyên bố, Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ “đã chấp thuận việc dùng các hạt nano từ tính cho mục đích chẩn đoán hình ảnh cũng như trong trường hợp bị thương nặng.”