Cảm biến nhỏ đem lại hy vọng mới về phục hồi chấn thương xương nhanh hơn

Những cảm biến có thể cấy dưới da đang giúp các nhà nghiên cứu Oregon tối ưu quá trình phục hồi khỏi những chấn thương xương nặng.

Các nhà nghiên cứu tại Phil & Penny Knight Campus cho gia tốc tác động khoa học của UO đã phát triển các cảm biến có thể cấy dưới da rất nhỏ truyền dữ liệu theo thời gian thực về những gì xảy ra tại điểm bị chấn thương. Trong một nghiên cứu mới, họ sử dụng công nghệ này để chứng tỏ một chương trình tái phục hồi chức năng rèn luyện sức đề kháng có thể cải thiện một cách đáng kể các chấn thương xương đùi ở chuột trong vòng tám tuần.

Các cảm biến này mở ra một cánh cửa vào các đặc trưng cơ học của xương, đem lại cho các nhà khoa học dữ liệu chi tiết sẽ đến về quá trình lành xương. Nếu một ngày nào đó phương pháp được dùng để điều trị cho người, các cảm biến này có thể cho phép các bác sĩ thiết kế tốt hơn một chương trình tái phục hồi chức năng cho từng bệnh nhân, giám sát tiến triển của họ và thực hiện các bài tập theo hướng dẫn.

Công trình nghiên cứu này là một hợp tác giữa các phòng thí nghiệm của Bob Guldberg, Nick Willett và Keat Ghee Ong ở Knight Campus. Các nhà nghiên cứu miêu tả phát hiện của mình trên tạp chí npj Regenerative Medicine.

“Dữ liệu của chúng tôi cho giai đoạn đầu tái hồi phục sức đề kháng như một điều trị hứa hẹn trong việc gia tăng khả năng hình thành xương, sức mạnh chữa lành xương và thúc đẩy phục hồi toàn diện các đặc trưng về mặt cơ chế so với mức độ trước chấn thương”, theo Bob Guldberg, giám đốc Knight Campus và tác giả chính của bài báo.

Từ lâu người ta hiểu rằng những bài tập hậu chấn thương tuân theo nguyên tắc “Goldilocks”: quá ít hoặc quá nhiều có thể tăng cường năng lực chữa lành.

Việc chỉ ra dạng chính xác nào và cường độ tập luyện cần thiết cho phục hồi tốt nhất có thể rất thách thức, đặc biệt khi có sự khác biệt giữa bệnh nhân này với bệnh nhân khác.

Các cảm biến đặc biệt phát triển tại Knight Campus có thể giúp thay đổi khi mở ra cánh cửa vào những gì diễn ra bên trong một sự lành của xương thông qua quá trình phục hồi. Được phát triển trong một hợp tác giữa các phòng thí nghiệm Ong và Guldberg, có những cảm biến được nghiên cứu sinh Kylie Williams cải thiện.

Với những cảm biến đó trong tay, các nhà nghiên cứu hướng tới mục tiêu thử nghiệm xem liệu quá trình đề kháng như thế nào với một bài phục hồi cụ thể, qua đó có thể đem lại mô phỏng cơ học đúng để cải thiện phục hồi xương. Để làm điều đó, họ xây dựng một hệ thống bài tùy chỉnh trên bánh xe cho chuột, có tăng kháng lực gia tăng độ nghiêng trên một thiết bị tương tự máy chạy bộ.

Chuột bị chấn thương xương đùi và mang cảm biến cấy dưới da sau đó đã chạy theo bài tập trên thiết bị thường xuyên hoặc các bài tập điều chỉnh kháng lực. Các cảm biến đó đã truyền dữ liệu sức căng về các bài tập đó, đem lại cho các nhà nghiên cứu một cái nhìn mới vào môi trường cơ học của tế bào xương trong giai đoạn phục hồi.

Trong vòng tám tuần nghiên cứu, các nhà khoa học giám sát quá trình lành của chấn thương xương đùi và tìm thấy chuột tập theo bài kháng lực hiển thị những tín hiệu ban đầu của lành xương hơn so với những con chuột khác. Sau giai đoạn 8 tuần, các nhóm chuột đều có dấu hiệu lành xương. Tuy nhiên những con tập kháng lực có mật độ mô đậm đặc hơn, chỉ dấu sự phục hồi kháng lực làm tăng cường sự hình thành xương. Trên thực tế, xương bị gãy của chuột tập kháng lực thể hiện các đặc tính cơ học như độ cứng, độ linh hoạt so với những con không bị chấn thương xương.

Nó chỉ dấu việc tập kháng lực làm tăng cường phục hồi, thậm chí không cần bất cứ thuốc bổ sung hoặc kích thích sinh học, Guldberg nói.

Các tác nhân sinh học như BMP, một phân tử kích thích sự tăng trưởng xương, thường được sử dụng trong nghiên cứu tái tạo. Tuy nhiên, nhóm của Guldberg đã thể hiện phục hồi chức năng toàn diện chỉ thông qua huấn luyện kháng lực, nhấn mạnh vào tiềm năng của nó trong ứng dụng lâm sàng.

“Một trong những khía cạnh có tác động lớn nhất của công trình này là sự phục hồi kháng lực có thể làm tái tạo xương đùi có được sức mạnh thông thường trong vòng tám tuần mà không cần kích thích sinh học, và chúng tôi phấn khích về điều đó”, Williams, tác giả thứ nhất của nghiên cứu, nói.

Một giới hạn của nghiên cứu là mọi động vật nhận được mức kháng lực không đổi qua thực nghiệm này. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của Guldberg giờ đang tìm hiểu các mức độ gia tăng hoặc giảm sút khả năng phục hồi sau các tuần chữa lành xương có thể ảnh hưởng đến khả năng tái tạo xương như thế nào.

Dẫu nghiên cứu này mới chỉ thực hiện trên chuột thì nhóm nghiên cứu vẫn hi vọng là sự phục hồi có dữ liệu tăng cường cũng có thể hữu dụng trong việc cải thiện mức độ lành trong các bệnh nhân phải chống chịu cơ xương. Hướng tới mục tiêu này, Penderia Technologies, một công ty start-up của Knight Campus, đang tiếp tục tìm hiểu để cải thiện các cảm biến cấy dưới da, bao gồm thiết kế không cần pin và các thiết bị giám sát có thể đeo trên người để hỗ trợ việc sử dụng trên người bệnh.

Sau khi tốt nghiệp vào tháng 12 này, Williams sẽ tham gia cùng TS. Ong và nhóm Penderia để khám phá chuyển sang lâm sàng của các cảm biến tiền lâm sàng trong nghiên cứu này. “Chúng tôi hy vọng công trình này vào một ngày nào đó được chuyển sang thiết kế lâm sàng, khi các cảm biến có thể nắm bắt được các đo lường cá nhân hóa các loại chấn thương để truyền thông tin tốt nhất các quyết định phục hồi”, Guldberg nói.

Thanh Hương dịch từ University of Oregon

Nguồn: https://knightcampus.uoregon.edu/implantable-sensors-are-helping-scientists-improve-injury-recovery