Từ bệnh nhân bị đứt dây thần kinh ngoại vi do tai nạn giao thông đến vận động viên bị rách cơ, thậm chí là những bệnh nhân nặng đã được cấy ghép thiết bị điện tử vào tim….
Tại nơi điều trị cho những người này, có một bức tường chung mà họ gặp phải. Dù có khâu lại mô bị tổn thương, nhưng tín hiệu điện (ví dụ: xung thần kinh, lệnh co cơ) giữa các mô rất khó phục hồi. Thực tế, việc khâu lại không có nghĩa là dây điện bị đứt sẽ lại có điện chạy qua như trước.
Nhóm nghiên cứu chung của Giáo sư Cha Hyung-jun từ Đại học POSTECH (Khoa Kỹ thuật Hóa học) và Giáo sư Song Kang-il từ Đại học Quốc gia Busan (Khoa Chăm sóc sức khỏe thông minh, chuyên ngành Sinh học con người) đã đưa ra một loại keo dính phá vỡ bức tường này. Họ đã phát triển 'keo dính sinh học dẫn điện' có khả năng nối lại mô cơ và thần kinh bị tổn thương đồng thời phục hồi tín hiệu điện.
Công nghệ học hỏi từ ngao trong 20 năm
Giáo sư Cha Hyung-jun đã nghiên cứu về ngao hơn 20 năm. Ngao không bị rơi khỏi đá ngay cả trong những cơn sóng mạnh. Bí quyết nằm ở loại protein đặc biệt gọi là sợi chân (足絲, byssus) mà ngao tiết ra. Thực tế, bên trong cơ thể con người tràn ngập máu và dịch thể cũng giống như môi trường dưới nước. Nếu suy nghĩ về lý do tại sao việc khâu bằng chỉ trong cơ thể lại khó khăn và không hoàn hảo, ta sẽ hiểu tại sao ngao lại thu hút sự chú ý của ngành y tế vì nó có thể bám dính hoàn hảo ngay cả trong nước.
Nhóm của Giáo sư Cha đã có công nghệ nuôi cấy đại trà protein ngao và đã phát triển nó thành keo dính y tế 'FixLight' theo phương pháp quang cầu (光架橋, photo-crosslinking, cứng lại khi tiếp xúc với ánh sáng) và đã tiến vào giai đoạn thử nghiệm lâm sàng.
Tuy nhiên, vẫn còn một số rào cản trong việc giải quyết vấn đề tổn thương cơ và thần kinh. Rào cản lớn nhất là tính chất của nguyên liệu protein. Nó có khả năng chặn tín hiệu điện. Do đó, mặc dù có thể cố định mô bị tổn thương, nhưng nếu tín hiệu truyền bị chặn, thì không thể phục hồi chức năng ngay lập tức. Một vấn đề khác là kích thước. Phương pháp hiện tại có giới hạn về độ sâu tổn thương mà có thể xử lý bằng ánh sáng.
Phương pháp 'cầu nối điện' là bước đột phá
Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm phương pháp 'cầu nối điện' (electro-crosslinking) để làm cứng keo dính bằng tín hiệu điện. Khi kích thích điện vào keo dính protein lỏng, nó sẽ chuyển thành dạng gel trong vài phút. Điều này cho phép cố định mô và thiết bị điện tử ngay lập tức ngay cả trong cơ thể tràn ngập dịch thể.
Họ đã tiến thêm một bước nữa. Bằng cách kết hợp vật liệu dẫn điện vào keo dính, họ đã thiết kế để tín hiệu điện có thể đi qua giữa các mô. Điều này không chỉ đơn thuần là một loại 'keo' mà còn đóng vai trò như một 'dây điện' truyền tín hiệu.
Nhóm nghiên cứu của Giáo sư Cha, người đã tập trung vào protein dính ngao và lĩnh vực quang cầu, đã xây dựng nền tảng vật liệu, trong khi nhóm của Giáo sư Song, chuyên gia về giao diện tín hiệu thần kinh và thiết bị điện tử linh hoạt, đã kết hợp công nghệ kích thích điện.
"Chức năng vận động đã trở lại mà không cần khâu"
Kết quả thí nghiệm rất rõ ràng. Khi áp dụng keo dính này lên mô cơ bị cắt, tín hiệu điện giữa thần kinh và cơ đã được phục hồi, và khả năng phục hồi chức năng vận động mà không cần khâu đã được xác nhận.
Điều này rút ngắn 'thời gian vàng' cho điều trị tái sinh thần kinh. Hơn nữa, khi gắn các thiết bị y tế cấy ghép như máy đo nhịp tim hoặc thiết bị kích thích não vào các cơ quan trong cơ thể, điện trở cũng giảm. Điều này có nghĩa là việc theo dõi tín hiệu sinh học ổn định trong thời gian dài cũng trở nên khả thi.
Giáo sư Cha cho biết: "Nghiên cứu về keo dính từ ngao đã mở ra con đường giải quyết các vấn đề khó khăn trong ứng dụng lâm sàng khi kết hợp với tín hiệu điện", trong khi Giáo sư Song đánh giá: "Đây không chỉ là một loại keo dính tốt, mà còn là một công nghệ giao diện mới có thể truyền tín hiệu sinh học một cách ổn định trong môi trường cơ thể".
Tất nhiên, phương pháp kích thích điện vào cơ thể cần phải vượt qua một cổng kiểm tra an toàn khác. Giống như phương pháp quang cầu cần một thiết bị chiếu sáng, phương pháp cầu nối điện cũng cần một thiết bị kích thích điện. Hơn nữa, việc truyền dòng điện cho bệnh nhân có thể trở thành một đối tượng kiểm tra an toàn mới trong quá trình cấp phép của cơ quan quản lý thực phẩm và dược phẩm.
Dù vậy, trong các lĩnh vực liên quan, người ta vẫn kỳ vọng rằng "tiềm năng của keo dính từ ngao là rất lớn" và "khi các vấn đề còn lại như chi phí, tốc độ, an toàn được giải quyết từng bước, ngày mà nó được sử dụng thực tế trong phòng mổ sẽ đến gần hơn".
Kết quả nghiên cứu này (In situ electrocrosslinkable and immiscible bioadhesive for robust underwater electrophysiological signal interfaces) đã được công bố trước trên phiên bản trực tuyến của tạp chí quốc tế “Biomaterials” vào tháng 12 năm ngoái. Bản in sẽ được chính thức đăng trong số tháng 5 năm 2026 (Tập 328).
