Phát minh miếng dán vi kim chữa lành và phục hồi tim do nhồi máu cơ tim
Các nhà nghiên cứu tại Texas A&M đã phát triển một miếng dán vi kim có tác dụng phục hồi mô bị tổn thương và thúc đẩy sự phát triển của các tế bào mới sau nhồi máu cơ tim.
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một miếng dán phân hủy sinh học có thể cung cấp giải pháp giúp tim phục hồi sau cơn đau tim. Hình ảnh: Medical buyer
Một nhóm nghiên cứu tiên phong do Tiến sĩ Ke Huang tại Đại học Texas A&M dẫn đầu đã phát triển một miếng dán vi kim có thể cách mạng hóa quá trình phục hồi tim sau cơn đau tim/nhồi máu cơ tim.
Thiết bị sáng tạo này sử dụng một hệ thống vi kim chuyên biệt để đưa phân tử điều trị trực tiếp vào mô tim bị tổn thương, đẩy nhanh quá trình chữa lành, cải thiện chức năng tim và giảm thiểu tác dụng phụ trên các bộ phận khác của cơ thể.
Công trình này đã được công bố trên tạp chí Cell Biomaterials với sự hỗ trợ từ Viện Y tế Quốc gia và Hiệp hội Tim mạch Hoa Kỳ.
Chống lại tác động tàn phá của nhồi máu cơ tim
Nhồi máu cơ tim gây ra tổn thương nghiêm trọng khi nguồn cung cấp máu đến tim bị cắt đứt, dẫn đến các tế bào cơ tim chết do thiếu oxy và chất dinh dưỡng. Cơ thể người bệnh sẽ phản ứng bằng cách hình thành mô sẹo để ổn định tim, nhưng vùng sẹo này lại không thể co bóp như cơ tim khỏe mạnh. Điều này khiến các cơ tim còn lại phải hoạt động quá sức, cuối cùng có thể dẫn đến suy tim.
Các tế bào miễn dịch (hay còn được gọi là đại thực bào) đóng vai trò trung tâm trong quá trình chữa lành cơ thể sau nhồi máu cơ tim, có thể hoạt động theo hai cách rất khác nhau.
- Ở trạng thái thứ nhất, các tế bào miễn dịch sẽ thúc đẩy quá trình viêm và hình thành sẹo.
- Ở trạng thái thứ hai, chúng làm dịu tình trạng viêm và hỗ trợ sửa chữa mô.
Và môi trường xung quanh sẽ quyết định vai trò của chúng.
Interleukin 4 (IL-4) là một protein truyền tín hiệu tự nhiên có thể thúc đẩy đại thực bào hướng đến trạng thái chữa lành theo hướng thứ hai. Các nghiên cứu trước đây đã thử truyền IL-4 qua đường máu. Tuy nhiên, phương pháp này không hiệu quả. Protein bị phân hủy nhanh chóng và ảnh hưởng đến nhiều cơ quan, gây ra các tác dụng phụ.
Phó Giáo sư Khoa học Dược phẩm Ke Huang. Hình ảnh: Đại học Texas A&M
Phát minh miếng dán vi kim của nhóm nghiên cứu do Phó giáo sư Ke Huang dẫn đầu được thiết kế để ngăn chặn quá trình suy thoái này. Bằng cách cung cấp IL-4 trực tiếp đến vị trí tổn thương, liệu pháp này khuyến khích các tế bào miễn dịch, (đại thực bào) chuyển từ trạng thái gây viêm sang trạng thái hỗ trợ chữa lành. Sự thay đổi này giúp hạn chế sự hình thành sẹo và cải thiện tiên lượng lâu dài cho tim.
IL-4 sẽ tác động lên đại thực bào, biến chúng thành những chất hỗ trợ đắc lực, giúp tim mau lành.
Phó giáo sư Ke Huang, Khoa Khoa học Dược phẩm, Đại học Texas A&M
“Miếng dán này hoạt động như một cây cầu. Các vi kim xuyên qua lớp ngoài của tim và cho phép thuốc tiếp cận phần cơ bị tổn thương bên dưới, nơi thường rất khó tiếp cận.”
Cơ chế hoạt động của miếng dán vi kim
Nhóm của Phó giáo sư Ke Huang chế tạo một miếng dán phân hủy sinh học được phủ bằng những chiếc kim siêu nhỏ, đặt gần nhau. Mỗi chiếc kim chỉ dài vài trăm micromet, ngắn hơn độ dày của một hạt muối.
Bên trong mỗi cây kim, các nhà nghiên cứu đã nạp các hạt vi mô được làm từ một loại polymer y tế an toàn gọi là PLGA. Các hạt này mang IL-4 và giải phóng nó chậm rãi trong khoảng 12 ngày. Bản thân các cây kim được tạo thành từ một hydrogel mềm dựa trên axit hyaluronic, một vật liệu đã được sử dụng trong nhiều sản phẩm y tế.
Miếng dán vi kim chứa hạt vi mô IL-4 thúc đẩy phân cực đại thực bào và kích thích sự tăng sinh tế bào tim. Hình ảnh: Thebrighterside
Khi bác sĩ phẫu thuật ấn miếng vá lên bề mặt tim, các kim siêu nhỏ sẽ xuyên qua lớp ngoài cùng, gọi là màng ngoài tim, và chạm đến cơ bị tổn thương bên dưới. Các kim sau đó sẽ tự tiêu biến. Khi chúng phân hủy, chúng để lại các kênh chứa đầy IL-4 thấm vào vùng bị tổn thương.
Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng miếng dán giúp giảm các tín hiệu viêm có hại đến từ các tế bào nội mô. Ngoài ra, họ còn quan sát thấy hoạt động mạnh mẽ hơn trong một con đường truyền tín hiệu gọi là NPR1, giúp duy trì sức khỏe mạch máu và hỗ trợ chức năng tim tổng thể.
Tiến sĩ Huang giải thích: "Các vi kim xuyên qua lớp ngoài của tim và cho phép thuốc tiếp cận phần cơ bị tổn thương bên dưới, nơi thường rất khó tiếp cận".
Miếng dán vi kim mới giải quyết vấn đề này bằng cách giữ IL-4 tập trung tại vùng bị tổn thương, thay vì lan rộng khắp cơ thể.
Một trong những phát hiện đáng chú ý nhất từ nghiên cứu là sự thay đổi trong cách các tế bào cơ tim hoạt động sau điều trị. Theo Phó giáo sư Ke Huang, những tế bào này trở nên nhạy cảm hơn với các tín hiệu gần đó, đặc biệt là các tín hiệu từ các tế bào nội mô - lớp lót của mạch máu. Sự giao tiếp được cải thiện này dường như đóng một vai trò quan trọng trong quá trình phục hồi lâu dài.
"Các tế bào cơ tim không chỉ sống sót mà còn tương tác với các tế bào khác theo những cách hỗ trợ quá trình phục hồi" - ông chia sẻ.
Hiện tại, việc đặt miếng dán đòi hỏi phải phẫu thuật mở ngực. Tuy nhiên, nhóm của Phó giáo sư Ke Huang đang nuôi hy vọng phát triển một phiên bản có thể đưa thuốc qua một ống nhỏ, giúp việc điều trị dễ dàng hơn rất nhiều trong các cơ sở y tế thực tế.
Nghiên cứu này, được Viện Y tế Quốc gia và Hiệp hội Tim mạch Hoa Kỳ hỗ trợ, cũng hướng đến một phương pháp điều trị thông minh hơn, cá nhân hóa hơn. Phó giáo sư Ke Huang đang hợp tác với Giáo sư thống kê Xiaoqing Wang để xây dựng một mô hình trí tuệ nhân tạo (AI ) lập bản đồ các phản ứng miễn dịch phức tạp trong tim.
Công cụ này có thể giúp xác định bệnh nhân nào có thể hưởng lợi nhiều nhất từ các liệu pháp miễn dịch và thời điểm tốt nhất để sử dụng miếng dán như thế này sau cơn đau tim.
Phát minh này mở ra một hướng đi đầy hứa hẹn trong điều trị phục hồi tim, mang lại hy vọng mới cho hàng triệu bệnh nhân trên toàn thế giới.
