TS Trần Nhàn: 'Nghiên cứu chip cấy võng mạc chúng tôi lỳ, bệnh nhân cũng lỳ'

Thu Quỳnh

"Cấy lên cơ thể người nên gần như không được phép sai". Trong 20 năm nghiên cứu chế tạo chip cấy vào võng mạc cho người mù thấy ánh sáng này, TS Trần Nhàn bước trên ranh giới giữa thành công và thất bại luôn tính bằng nano mét.

Mới đây TS Trần Nhàn và cộng sự đã thử nghiệm lâm sàng cấy con chip nhỏ 3x3mm vào võng mạc bệnh nhân Trung Quốc mù. Thiết bị này giúp đánh thức những tế bào hạch võng mạc ít ỏi còn sót lại, kích thích chúng nhận được tín hiệu hình ảnh truyền từ camera gắn trên kính mắt và chuyển lên não, từ đó bệnh nhân tự đọc, viết, đi lại được. Anh chia sẻ với Tia Sáng quá trình nghiên cứu và loại trừ hàng trăm biến số, một công trình có sự kết hợp nhiều ngành khác nhau, từ cơ chế vật lý của vi mạch, phản ứng sinh hóa trên cơ thể người, lưu trữ, chuyển tải năng lượng không dây, cho đến vi cơ khí, điều khiển, thuật toán AI...

Vô số các bài toán phát sinh

- Các kỹ sư ngành chip vẫn thường nói câu nằm lòng là ngành này không được phép sai dù ở cấp độ nguyên tử, trong khi anh lại làm chip cấy vào võng mạc cho bệnh nhân mù nhìn thấy, thì yêu cầu còn khắt khe hơn nữa. Ấp ủ giấc mơ làm con chip này từ 2008, anh gặp những thời điểm nào rất khó nhưng không được phép sai?

- Hồi hộp đến phút chót cho nên trong hai mươi năm đó mình không có kể cho người thân hay anh em cùng ngành vi mạch vì mọi người sẽ nghĩ đây là chuyện buồn cười, trên mây, không có thực. Hồi đấy và cả bây giờ ai nghe chuyện con chip này đều nghĩ viễn tưởng cả. Còn với mình, lúc bắt tay vào làm cũng chưa biết khi nào mới cấy được lên mắt người.

Mình bắt đầu nghiên cứu và thiết kế chip cho sản phẩm này từ khi làm nghiên cứu sinh năm 2008 với 64 và sau đó là 256 điện cực, tạm gọi là các "chân" của chip để tiếp xúc đánh thức tế bào hạch võng mạc ít ỏi còn sót lại. Kể từ 2014, mình bắt tay vào làm chip 65 nanomet, với 320 điện cực, mất hai năm làm con chip thứ nhất để cấy vào võng mạc, lại thêm hai năm để làm tiếp con chip thứ hai truyền năng lượng và dữ liệu không dây. Sau này cấy chip ở hai chỗ khác nhau: Con số 1 kích thích tế bào nằm trong võng mạc; con số 2 nằm ở mống mắt để nhận năng lượng từ một cuộn dây đặt trên mắt kính kết nối với một chiếc máy nhỏ bệnh nhân đeo trên người, sau đó truyền dữ liệu không dây, kết nối con chip số 1 với module xử lí hình ảnh từ camera gắn trên mắt kính.

Thiết kế chip chưa phải điều cực nhất đâu. Chế tạo các hệ thống xung quanh nó, đóng gói nó còn cực hơn. Mà lại không có nơi học hỏi, vì trên thế giới chỉ có vài nhóm như Second Sight (Argus II), Science Corp. (PRIMA), Retina Implant AG (Alpha IMS/AMS), sau này mới có thêm Neuralink (Blindsight) theo đuổi hướng này, và nhóm nào cũng phải giữ bí quyết công nghệ. Mặt khác, lúc đó họ cũng ở mức độ như mình, tức là chưa cấy lâm sàng được.

Chẳng hạn riêng 320 điện cực là 320 cái "chân" con chip bé bằng hạt gạo để tiếp xúc với mô tế bào mắt, quá nhỏ nên gửi đi Nhật họ không làm nổi. Thế là lại thêm hành trình gọi vốn tự xây nhà máy, mua thiết bị máy móc, làm phòng sạch rồi tuyển người để tự chế tạo. Rồi hư rồi sửa, rất nhiều sản phẩm lỗi chứ không phải làm là được liền.

Sau đó, cái khó hơn nữa là cần phải bảo vệ con chip bằng cách bỏ nó vào trong một cái hộp thủy tinh bé tí xíu rất mỏng, hàn kín lại. Vết hàn cực mỏng, bằng một phần mấy sợi tóc, nên hàn không có dính, nó lủng đầu này nó hở đầu kia, rất vất vả. Lại phải tiếp tục nghiên cứu về vật liệu thủy tinh và kỹ thuật hàn.

Rồi bài toán mới lại phát sinh: cái thủy tinh cứng vuông thành sắc cạnh đó làm sao đặt vô mắt bệnh nhân? mình cần một lớp bảo vệ nữa, lớp silicone phải siêu mỏng siêu bền thật mềm mại nằm trong con mắt nhưng không gây tổn hại mô. Chưa ai sản xuất khuôn cho silicone này cả nên mình cũng phải tự làm khuôn, tự đúc, rồi lại phát sinh bài toán vật liệu silicon cứng quá hoặc chảy quá, lại phải nghiên cứu giải quyết tiếp. Vô số bài toán và các việc phát sinh như vậy trong suốt từng ấy năm.

- Ngoài những tính toán kỹ thuật tỉ mỉ về vi mạch, năng lượng, vật liệu, vi cơ khí, điều khiển học, AI... trên một con chip, y sinh là một lĩnh vực phức tạp hoàn toàn khác, mà có lẽ không phải là ngành chuyên môn anh theo học?

- May mắn là ở Úc mình được tham gia nghiên cứu tại Trung tâm Kỹ thuật thần kinh, Đại học Melbourne, từ ngày đầu đã được làm việc cùng các chuyên gia từ Viện Bionic Ear (nay là Viện Bionics) nên đã nghiên cứu về cơ chế của con chip cấy vào tai cho bệnh nhân điếc.

Nói nôm na, phải chuyển các tín hiệu từ máy móc thành những kích thích mà não có thể tiếp nhận. Cơ chế là thông tin được truyền từ camera qua một bộ xử lý dữ liệu mà bệnh nhân đeo, rồi truyền không dây vào hai con chip trong mắt, từ đó kích thích tế bào ở võng mạc gửi tín hiệu lên dây thần kinh thị giác. Não bộ nhận được tín hiệu đó sẽ chuyển thành hình ảnh.

Như vậy cả não và mắt đều cần phải làm quen với kích thích nhân tạo này. Riêng phần xử lý hình ảnh, phải chuyển hình ảnh thành các xung điện theo cơ chế: Hình ảnh được thuật toán xử lý, chuyển thành các tín hiệu điện và truyền tới chip để kích thích tế bào võng mạc.

Nhưng giữa hệ thống điện tử và hệ thần kinh có một số trở ngại lớn. Chẳng hạn, cần chuyển dữ liệu vào mắt nhưng chip không thể mang pin, không thể nối dây điện loằng ngoằng vào sâu trong võng mạc vì dây sẽ chồng chéo, dễ chập mạch, chưa kể khi cấy vào mô, thể tích dây dày có thể đè hỏng võng mạc. Vậy làm sao truyền các dữ liệu và lấy nguồn năng lượng ở đâu, truyền kiểu gì để nuôi con chip đó?

Hay việc chọn dòng điện nào để con chip kích thích vừa đủ để đánh thức các mô tế bào trong mắt đã ngủ quên - hàng chục năm không nhận thông tin ánh sáng từ mắt gửi vào nhưng không quá tay? Trong lab đã phải tính toán thử nghiệm với rất nhiều khoảng rộng, chip 3, 5, 10, 15 V, đi cùng với mỗi phương án chức năng, kích thước, năng lượng, dữ liệu, chuyển tải... cho chip và bộ xử lý bên ngoài nữa. Nhóm chúng tôi đi đủ các hội nghị y sinh để trao đổi với chuyên gia y sinh, cứ học chỗ này, học chỗ kia như vậy.

Đó đều là những rào cản kỹ thuật rất lớn, bài toán nào cũng sẽ quay trở lại ảnh hưởng đến kích thước con chip, số lượng điện cực kích thích, trong khi con chip không thể to được vì vết cắt phẫu thuật để đặt chip phải giới hạn 4 mm nếu không sẽ ảnh hưởng đến giác mạc. Còn con chip đặt ngoài mống mắt cũng phải thiệt nhỏ, vì nếu to thì cầu mắt vẫn còn cử động liếc lên liếc xuống cộm chứ.

Sau khi hoàn chỉnh mới thử nghiệm trên chuột, rồi tới khỉ. Có cái tréo ngoe là khi xin cấp phép thử nghiệm trên người thì trong ngành Y tế Trung Quốc chưa có nơi nào cấy ghép chip này, chưa có chuẩn nào cho cấy ghép cả. (Sau đó Bệnh viện Chiết Giang là nơi đầu tiên ở Trung Quốc thành lập khoa Nghiên cứu Lâm sàng về Giao diện Não - Máy tính và Điều khiển Thần kinh để hợp tác với nhóm nghiên cứu của TS Trần Nhàn từ tháng 9/2025 - PV). Chính nhóm phải viết hồ sơ về tiêu chuẩn nộp lên Bộ Y tế Trung Quốc để họ lập hội đồng xét duyệt ra tiêu chuẩn. Rồi quay trở lại họ mới xét duyệt cho mình thử lâm sàng.

"Lấy ngắn nuôi dài" cho con chip võng mạc

- Lấy gì để anh và người đồng sáng lập, người bạn thân thiết của mình, chỉ làm một startup nhỏ bé dám nuôi ước mơ con chip này, dám đi song song với gã khổng lồ Neuralink của Elon Musk đã đổ cả tỷ USD?

- Vòng gọi vốn đầu tiên khi khởi nghiệp là vốn đầu tư thiên thần từ chính gia đình, anh em, bè bạn tin tưởng mình, khoảng 350.000 đô Úc thôi, lúc đó chưa cần nhiều tiền. Đồng thời mình gọi vốn làm các con chip khác giúp theo dõi sức khỏe, có việc làm mới "lấy ngắn nuôi dài" cho con chip võng mạc.

Nhưng khi bắt đầu tape-out (hoàn thiện thiết kế để gửi chip đi in thử), sản xuất các linh kiện thì cần nhiều tiền, càng cần nhiều hơn cho các giai đoạn thử nghiệm, nên phải qua nhiều vòng gọi vốn tiếp theo. Năm 2016 gọi được 4 triệu đô Úc, 2019 thêm 10 triệu nữa, 2023 thêm 12 triệu. Ngay vừa rồi khi thử nghiệm lâm sàng xong gọi thêm được 60 triệu đô Úc nữa. Tổng cộng đâu đó khoảng 100 triệu đô Úc.

Có điều may mắn là ở Trung Quốc có sự thuận lợi để gọi vốn, kể cả vốn nhà nước, vì họ có rất nhiều ưu đãi cho khởi nghiệp công nghệ cao. Ví dụ như điểm mình nói phải mở thêm nhà máy để chế tạo điện cực, làm vật liệu là phải gọi vốn Chính phủ, vì họ có chính sách cho phép các công ty tư nhân có thể hợp tác với các trường đại học, viện nghiên cứu và xin quỹ để mua thiết bị máy móc. Hoặc có giai đoạn mình tiêu 1 đồng được Chính phủ trả lại 0,3 đồng để nghiên cứu phát triển, rồi 5 năm đầu không tốn tiền thuê văn phòng. Được hỗ trợ trong thời gian đó mình chỉ còn lo chi phí vận hành, trả lương, mua vật liệu để thử nghiệm nhưng vẫn phải chi tiêu rất tiết kiệm, chứ không phải tự dưng con chip rẻ được như vậy so với sản phẩm khác.

Để có vốn, khi trong tài khoản mình còn đủ 1 năm là mình bắt đầu khởi động gọi vốn cho pha tiếp theo của sản phẩm. Nhưng cũng không dễ, nhiều giai đoạn tiêu sắp tiền rồi mà chưa gọi được vốn. Chẳng hạn trong COVID, về sản phẩm thì thử nghiệm trên động vật chững lại vì cách ly, về kinh tế thì khó khăn, bất động sản Trung Quốc bị xuống đáy nên các nhà đầu tư không rót vốn, may mắn sau đó hết COVID.

Hoặc từng mốc, từ hoàn thành sản phẩm, đến thử nghiệm trên chuột, trên khỉ, trên người, nếu không thành công các nhà đầu tư sẽ không rót vốn trong khi tiền ở giai đoạn trước thì đã cạn sạch. Những lúc đó cực kỳ căng thẳng nhưng mình không để cho nhân viên công ty biết chuyện, không nói một chút nào, mình lúc nào cũng vui vẻ để các bạn không cảm thấy áp lực.

Nếu bật mãi không lên chỉ có... mổ mắt bệnh nhân tháo con chip ra thôi

- Trong thời gian dài ở thung lũng chết từ lab đến biz đó, điều gì giúp anh sống sót âm thầm như vậy, giữa hàng trăm bài toán phải tối ưu, trong khi vẫn chưa đến ngày nhìn thấy con chip hoạt động thật sự?

- Phải lỳ (cười). Vì trong các nhóm ở phương Tây làm chip này cũng có nhóm hết tiền giữa chừng, nghiên cứu bị gián đoạn, mình vẫn thường gặp họ ở các hội thảo trong ngành và nói chuyện trao đổi mà. Nên mình và người bạn đồng sáng lập phải đủ độ lỳ, mình công nhận tụi mình lỳ thật chứ không là cũng phải bỏ cuộc lâu rồi.

Vì ngay cả đến phút chót rồi vẫn chưa được nhìn thấy khoảnh khắc ấy đâu. Với ca phẫu thuật dự định đầu tiên, cả ê kíp bác sĩ phẫu thuật của Bệnh viện Chiết Giang và kỹ thuật viên của mình sẵn sàng chờ ở bệnh viện rồi nhưng đến giờ mổ ... bệnh nhân sợ quá bỏ trốn mất.

Đến người bệnh thứ hai, thì cô rất vui tính, lạc quan lắm, hôm đi phẫu thuật ở ngoài hành lang đã nghe cổ cười nói rổn rảng mình mừng thầm có điềm lành rồi đây.

Mình ngồi ngoài phòng phẫu thuật chờ đợi suốt 6 tiếng vì phòng giải phẫu chỉ cho phép 2 người ngoài vào, nên hai kỹ sư của mình ở trong phòng phẫu thuật để hỗ trợ ê-kíp mổ. Trong phòng phẫu thuật có nhiều bước, cứ mỗi bước là mình sẽ bật thiết bị lên, kiểm tra thử xem con chip nó còn sống hay không, có tín hiệu gì không.

Chờ được khoảng 4 tiếng thì bạn kỹ sư kêu mình "bật lên nó không lên", từ bên ngoài mình mới nhắn tin vào "thôi, bây giờ thử lại, reset này kia". Kể cả khi test thấy chip còn sống thì cũng chưa thể biết cô ấy có thể nhìn lại không, quá nhiều biến số để mà mình có thể khẳng định con chip sẽ chạy.

Minh chứng rõ ràng nhất là sau 2 tuần để chip - mắt - não làm quen, chuẩn bị bật hệ thống lên, kiểm tra lại tín hiệu, tình trạng mắt, mọi thứ ok hết rồi mời người nhà bệnh nhân vào. Mọi người chuẩn bị cả bánh trái, anh chồng cầm điện thoại lên livestream, bác sĩ vây xung quanh nhưng bật lên không thấy gì hết. Suốt một ngày cứ bật - tắt - bật và hỏi "nhìn thấy gì không" như vậy nhưng cổ vẫn lắc đầu "không thấy gì hết".

- Anh có lường trước đến tận lúc bật công tắc con chip mà còn gặp quá nhiều biến số như vậy không?

- Bây giờ bạn hỏi thì đúng là số phận của công ty mình, hay là định nghĩa của công ty mình, nó nằm ở quá nhiều biến số như vậy.

Còn bảo lường trước được không thì mình lường chứ. Thứ nhất là mới cấy ghép được hai tuần có thể tế bào và não bộ chưa kịp làm quen. Tại vì các thiết bị khác họ cũng cần 3 đến 4 tháng cho tế bào mắt, tế bào thần kinh làm quen. Thứ hai, họ còn phải "dạy" cho não bằng cách gửi thông tin vào não trước về chữ, về đồ vật, căn phòng... Còn chip của mình bật sớm hơn, và không hề có quá trình "dạy" cho não như vậy. Dù vậy, còn rất nhiều biến số khác mà mình có thể chưa kiểm soát, chẳng hạn như tế bào mắt đó đã ngủ quên quá lâu không chịu dậy. Bệnh nhân bị mù gần 20 năm rồi, sợ các tế bào còn lại trong võng mạc đã chết luôn rồi, còn mô thịt chứ không còn tế bào thần kinh. Bệnh nhân không nhìn thấy thì nhà đầu tư không rót vốn mà nghiên cứu tiếp.

Tối đó cả đám đi taxi về lại công ty gần như không nói một câu nào với nhau. Nặng nề lắm chứ. Cũng may bệnh nhân rất lạc quan và lỳ. Mình cũng ngạc nhiên với cái độ lỳ đó vì bạn phải biết cô ấy đã sống trong bóng tối chờ đợi ngày nhìn thấy ánh sáng suốt gần 20 năm.

Rồi mình ngồi tập trung điều chỉnh các xung điện để kích thích chip, nhưng đây cũng là một con dao hai lưỡi. Nếu tiếp tục kích điện với cùng một tần số của một dòng điện như nhau trong thời gian dài thì não bị chai trước tín hiệu đó, nó tự động hiểu cái đó là nhiễu, chứ không phải những tín hiệu cho ánh sáng. Nếu cả chặng trước đó mà không thiết kế nhiều phương án lập trình khác nhau cho chip, thì tới ngày thứ ba chỉ có đứt gánh và mình không biết phải thay đổi cái gì nữa, là mình hết cách rồi, lúc đó chỉ có nước lại mổ mắt bệnh nhân bóc con chip ra thôi.

Hôm sau quay lại bật lên, đúng 1 giờ 50 phút chiều, ngày 4/6, mình mãi mãi không bao giờ quên giờ phút đấy trong đời. Cô ấy nói thấy như đang nhìn thấy một chữ L rất sáng trên bầu trời, tất cả đội vây quanh cô ấy vỡ òa lên phát khóc.

Những bài toán mới cho chặng đường phía trước

- Có lẽ khó nói hết khoảnh khắc đặc biệt đó, sau sự chờ đợi suốt 20 năm đời người của anh, và của bệnh nhân.

- Chưa hết đâu, sang ca bệnh nhân thứ hai thì phẫu thuật nhanh hơn, lúc này Bệnh viện Vũ Hán áp dụng kỹ thuật cắt khác, phẫu thuật hết 2 tiếng thôi nhưng lại có phát sinh mới. Vì vết cắt làm vị trí của con chip đặt hơi khác đi, đến thời điểm bật con chip, như mình chiếu chữ L mà bệnh nhân nhìn được nhờ hệ thống rồi viết ra bảng nhưng chữ viết ra nó ẹo, nó nghiêng lệch hẳn đi.

Tức là cái thuật toán mình làm cho con chip là để đặt chip áp vào thành võng mạc theo chiều từ ngoài vào trong. Với vết cắt này thì con chip lại áp theo chiều ngược lại. Cho nên cái bức ảnh của mình từ camera gửi vào mắt nó bị lật, mà nó vừa lật vừa nghiêng xẹo xẹo. Phải mất mấy ngày để tìm hiểu rồi căn chỉnh lại thuật toán.

Nhưng đó là khó khăn dễ chịu chứ không phải khó chịu. Tại vì rút ngắn thời gian phẫu thuật, tăng độ an toàn cho bệnh nhân, các ca sau có thể áp dụng kỹ thuật mổ này. Nội nguyên việc phẫu thuật thì các bác sĩ đã là chuyên gia rất hiểu con chip của mình rồi. Họ phải thực hành rất nhiều trên các sản phẩm mẫu của mình. Cứ con chip nào bị lỗi mình liền đưa cho họ thử phẫu thuật trên mô hình, gửi họ khoảng 300 cái sản phẩm lỗi vậy đó. Sau khi các bác sỹ thử trên mô hình thành thục thì mới gây mê và cấy cho động vật.

- Sau khi bài đầu tiên về nghiên cứu của anh đăng lên, có những bệnh nhân đã liên lạc với tòa soạn hỏi cần điều kiện gì để được đăng ký thử nghiệm vì người thân của họ đã mù lâu quá rồi, hoặc mù bẩm sinh mong nhìn thấy ánh sáng cuộc đời.

- Về thử nghiệm thì từ giờ tới cuối năm mình sẽ cấy chip thêm 30 bệnh nhân. Lúc trước tìm không nổi bệnh nhân thử nghiệm nhưng giờ xếp hàng quá chừng, có nhiều người mù trực tiếp tới bệnh viện đăng ký. Nhưng nguồn nhân lực của công ty và bệnh viện chỉ có thể mổ và thử nghiệm cho 30 người thôi.

Để cấy con chip này trực tiếp lên võng mạc thì bệnh nhân sẽ phải trải qua các xét nghiệm xem xét các tế bào còn lại ở võng mạc có đủ để con chip kích thích không.

Đây là giải pháp cho những người còn mắt. Tương lai mình sẽ nghiên cứu thêm chip gắn trực tiếp vào não, để những người không còn mắt, hoặc không còn chút tế bào hạch võng mạc nào cũng có cơ hội được nhìn lại. Tất nhiên, những con chip này không cho phép thấy được như mắt sinh học của chính mình, nhưng đủ để sinh hoạt, làm các việc cơ bản.

Chip gắn vào não sẽ là các bài toán khác với chip này, đó sẽ là một chặng đường dài, có những điểm thuận hơn vì phần có thể cấy chip vào não rộng hơn ở võng mạc, cho phép mình làm các điện cực to hơn hoặc nhiều hơn. Đồng thời việc phẫu thuật có thể sẽ khó khăn hơn vì phải tháo hộp sọ để can thiệp trực tiếp vào não. Do đó đây cũng là một thách thức rất lớn, có nhóm tương tự họ làm mà cũng chưa đến bước cấy được lên não.

Mặt khác, quá trình thu nhận thông tin hình ảnh từ camera - chip - não, bỏ qua bước ở tế bào mắt nó cũng khác. Nói nôm na là thông tin gửi về võng mạc giống như gửi vào gương, nhưng mà đến não thì nó không còn là tấm gương nữa. Khi đó cái vị trí sắp xếp các điểm ảnh sẽ rất khác. Chưa kể cần tính toán lại dòng điện và điện cực trên chip.

Nhưng làm được giải pháp này thì ý nghĩa cũng rất lớn, vì hữu ích cho nhiều người không còn tế bào võng mạc, hoặc không còn mắt nữa.

Xin chúc anh và nhóm thành công trên con đường phía trước!