Thiết bị cấy ghép đầu tiên được thiết kế đặc biệt để kiểm soát chuyển động của cơ thể

Trong một bài báo xuất bản ngày 7/2 trên tạp chí Nature Medicine, nhà khoa học thần kinh Grégoire Courtine tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ ở Lausanne (EPFL) và các đồng nghiệp mô tả thiết bị cấy ghép đầu tiên được thiết kế đặc biệt để kiểm soát chuyển động của cơ thể, bằng cách bắt chước các tín hiệu từ não và tủy sống.

Tổn thương tủy sống hoàn toàn – tình trạng đứt hoặc tách rời các dây thần kinh tủy – chặn đứng mọi xung thần kinh di chuyển trong tủy sống điều khiển chuyển động của các bộ phận của cơ thể, dẫn đến liệt và không thể phục hồi. Nhưng chuỗi nơ-ron vận động ngoài khu vực bị đứt thường vẫn còn nguyên vẹn. Nhóm Courtine đã sử dụng hình ảnh cộng hưởng từ và chụp cắt lớp vi tính để lập bản đồ kích thước và vị trí các tế bào thần kinh trong tủy sống của 27 người, tạo ra một mô hình dự đoán tủy sống. Kết quả dự đoán này giúp xác định vị trí cần đặt các điện cực cấy ghép trên cơ thể người nhận. Sau đó, họ tinh chỉnh dòng điện và tín hiệu phù hợp với từng cá nhân. Một nhóm bao gồm bác sĩ giải phẫu thần kinh EPFL Jocelyne Bloch đã cấy các điện cực vào 3 người có tủy sống bị cắt đứt hoàn toàn, gây liệt phần thân dưới.

Khi thiết bị cấy ghép được kích hoạt để truyền đi các tín hiệu đã được lập trình trước, cả ba người tham gia đều có thể thực hiện một số vận động nhất định, bao gồm cả việc đi bộ trên máy chạy bộ với sự hỗ trợ của một bộ khung đỡ bớt trọng lượng cơ thể.

“Những bước đi đầu tiên thật khó tin – đúng là giấc mơ thành hiện thực!” bệnh nhân tham gia thử nghiệm Michel Roccati cho biết. Khi kích hoạt, thiết bị cấy ghép truyền đi tín hiệu xung thần kinh hướng dẫn cơ bắp thực hiện các chuyển động được lập trình trước, và họ cũng có thể đạp xe và thực hiện động tác ngồi xổm hoặc giữ cơ thể ổn định khi chèo xuồng.

Điểm đặc biệt của phương pháp này là tính tích hợp: Kết hợp các yếu tố “vi mô” của vận động có định hướng nhờ các tế bào thần kinh cụ thể với các yếu tố “vĩ mô” để đảm bảo rằng toàn bộ cơ thể chuyển động nhịp nhàng, theo Reggie Edgerton, nhà sinh lý học tại Đại học California, Los Angeles, người cũng đang nghiên cứu về kích thích điện cho những người bị chấn thương tủy sống. Hành động đi bộ không chỉ cần mỗi đôi chân, mà cần chuyển động của cả cơ thể, Edgerton lưu ý.

Nhóm của Edgerton đang phát triển một phương pháp ít xâm lấn hơn để hỗ trợ người tổn thương tủy sống: các điện cực được áp lên da để kích hoạt các tế bào thần kinh tủy sống bên ngoài. Phương pháp này đóng vai trò bước đệm cho đến khi bệnh nhân được cấy ghép một thiết bị vĩnh viễn. Câu hỏi tiếp theo là liệu liên tục kích thích trong thời gian dài có giúp các tế bào thần kinh vận động hồi phục các kết nối để cơ thể tự thực hiện chuyển động mà không cần kích thích hay không.

Courtine cho biết nhóm hy vọng sẽ đơn giản hóa công nghệ để người dùng có thể tự điều khiển việc phát tín hiệu của thiết bị cấy ghép thông qua điện thoại thông minh. Nhóm đã được Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) chấp thuận thử nghiệm lâm sàng hệ thống này tại Mỹ với nhiều người tham gia hơn. Courtine cho biết nhóm dự kiến tập trung vào những người mới bị chấn thương, bởi vì các thử nghiệm ở loài gặm nhấm đã chỉ ra động vật phục hồi chuyển động hiệu quả hơn nếu được kích thích ngay sau khi bị chấn thương. Họ cũng đang thử nghiệm một thiết bị cấy ghép não giúp khôi phục các chức năng bị mất do chấn thương tủy sống, chẳng hạn như kiểm soát bàng quang và chức năng tình dục.