Các nhà nghiên cứu của MIT giới thiệu các loại sợi linh hoạt, có thể cấy ghép sử dụng ánh sáng để nghiên cứu và điều trị chứng đau dây thần kinh ngoại biên. Công cụ cải tiến này mở rộng việc sử dụng quang di truyền học ra ngoài não và đã chứng minh tính hiệu quả của nó trong các thử nghiệm trên động vật. Chất xơ này có thể giúp thử nghiệm các phương pháp điều trị chứng đau liên quan đến thần kinh.
Các nhà khoa học có một công cụ mới để xác định nguồn gốc của cơn đau thần kinh. Các kỹ sư tại MIT đã phát triển các loại sợi mềm có thể cấy ghép được, có thể mang ánh sáng đến các dây thần kinh chính của cơ thể. Khi những dây thần kinh này được biến đổi gen để phản ứng với ánh sáng, các sợi quang có thể gửi xung ánh sáng đến dây thần kinh, giúp giảm đau. Sợi quang rất linh hoạt và có thể giãn nở và co lại với cơ thể con người.
Chất xơ mới là một công cụ thử nghiệm mà các nhà khoa học có thể sử dụng để khám phá nguyên nhân và phương pháp điều trị tiềm năng đối với bệnh thần kinh ngoại biên ở mô hình động vật. Đau dây thần kinh ngoại biên xảy ra khi các dây thần kinh bên ngoài não và tủy sống bị tổn thương, gây ngứa ran, tê và đau ở chi bị ảnh hưởng. Người ta ước tính có hơn 20 triệu người ở Hoa Kỳ mắc bệnh thần kinh ngoại biên.
Siyuan Rao, trợ lý giáo sư kỹ thuật y sinh tại Đại học Massachusetts Amherst, cho biết: "Các thiết bị hiện tại được sử dụng để nghiên cứu các bệnh thần kinh được làm bằng vật liệu cứng hạn chế chuyển động, vì vậy chúng tôi thực sự không thể nghiên cứu chấn thương và phục hồi tủy sống nếu bị đau. Các sợi của chúng tôi có thể thích ứng với chuyển động tự nhiên và thực hiện công việc của chúng mà không hạn chế chuyển động của đối tượng. Điều này có thể cung cấp cho chúng tôi thông tin chính xác hơn."
"Giờ đây, con người đã có một công cụ để nghiên cứu các bệnh liên quan đến hệ thần kinh ngoại biên trong những điều kiện rất năng động, tự nhiên và không bị giới hạn", Xinyue Liu, 22 tuổi, Tiến sĩ, hiện là trợ lý giáo sư tại Đại học bang Michigan (MSU), cho biết thêm.
Một báo cáo nghiên cứu được công bố hôm nay (19 tháng 10) trên tạp chí Nature Methods trình bày chi tiết về loại sợi mới của nhóm họ. Các đồng tác giả của Rao và Liu tại MIT bao gồm Atharva Sahasrabudhe, một sinh viên tốt nghiệp Khoa Hóa học, Xuânhe Zhao, giáo sư tại Khoa Cơ khí, Kỹ thuật Xây dựng và Môi trường, và Polina Anikeeva, giáo sư tại Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu, cũng như các giáo sư khác tại Đại học bang Michigan, Đại học Massachusetts Amherst, Trường Y Harvard và Viện Y tế Quốc gia.
Mở rộng quang di truyền học ra ngoài não
Nghiên cứu mới xuất phát từ mong muốn của nhóm nghiên cứu là mở rộng ứng dụng quang di truyền ra ngoài não. Quang di truyền học là một kỹ thuật sử dụng kỹ thuật di truyền để làm cho dây thần kinh phản ứng với ánh sáng. Việc tiếp xúc với ánh sáng có thể kích hoạt hoặc ức chế các dây thần kinh, cung cấp cho các nhà khoa học thông tin về cách các dây thần kinh hoạt động và tương tác với môi trường xung quanh.
Các nhà khoa học thần kinh đã sử dụng quang di truyền học ở động vật để theo dõi chính xác các đường dẫn truyền thần kinh trong một loạt bệnh về não, bao gồm chứng nghiện, bệnh Parkinson, rối loạn tâm trạng và giấc ngủ - thông tin dẫn đến các liệu pháp nhắm mục tiêu cho các bệnh này.
Cho đến nay, quang di truyền chủ yếu được sử dụng trong não, một vùng thiếu cơ quan thụ cảm đau nên các thiết bị cứng có thể được cấy ghép tương đối không gây đau đớn. Tuy nhiên, các thiết bị cứng vẫn có thể làm hỏng mô thần kinh. Nhóm MIT muốn biết liệu kỹ thuật này có thể mở rộng đến các dây thần kinh ngoài não hay không. Giống như não và tủy sống, các dây thần kinh trong hệ thống ngoại vi có thể bị tổn thương nhiều loại, bao gồm đau thần kinh tọa, bệnh thần kinh vận động cũng như tê và đau nói chung.
Quang di truyền học có thể giúp các nhà khoa học thần kinh xác định nguyên nhân cụ thể của các bệnh thần kinh ngoại biên và thử nghiệm các liệu pháp để giảm bớt chúng. Nhưng trở ngại chính cho việc triển khai công nghệ này bên ngoài não là sự vận động. Các dây thần kinh ngoại biên liên tục bị đẩy và kéo bởi các cơ và mô xung quanh. Nếu sử dụng thiết bị silicon cứng ở ngoại vi, nó sẽ hạn chế chuyển động tự nhiên của động vật và có thể gây tổn thương mô.
Tinh thể và ánh sáng
Các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ phát triển được một chất thay thế hoạt động và chuyển động cùng với cơ thể. Thiết kế mới của họ là loại sợi trong suốt, mềm mại, co giãn được làm từ hydrogel. Họ đã điều chỉnh tỷ lệ giữa polyme tương thích sinh học và nước cao su để tạo ra các tinh thể polyme nhỏ, có kích thước nano phân tán trong dung dịch giống thạch hơn.
Sợi bao gồm hai lớp - lõi bên trong và lớp vỏ bên ngoài hay còn gọi là "lớp bọc". Nhóm nghiên cứu đã trộn dung dịch cho từng lớp để tạo ra sự sắp xếp tinh thể cụ thể. Sự sắp xếp này mang lại cho mỗi lớp một chỉ số khúc xạ cụ thể, khác nhau.