Tiến sĩ người Việt chế tạo trái tim nhân tạo đầu tiên trên thế giới

Trái tim nhân tạo tâm thất trái do nhóm phát triển có khả năng mô phỏng các chuyển động, áp suất máu và dòng chảy như trái tim thật.Trái tim này có thể tái tạo lại các thông số của tim bình thường và bệnh nhân bị bệnh tim (như suy tim). Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Robotics, tạp chí đầu ngành thế giới về lĩnh vực robot. Nhóm nghiên cứu cũng nộp bằng sáng chế cho công nghệ này.

Công nghệ tim nhân tạo hướng tới hỗ trợ bác sĩ trong chuẩn đoán, điều trị cho bệnh nhân cần cấy ghép van tim, người cần dùng bơm tim nhân tạo trong khi chờ tim hiến tặng hoặc sau phẫu thuật tim.

Chia sẻ với VnExpress từ Australia, TS Đỗ Thanh Nhỏ, 39 tuổi, Giám đốc Phòng thí nghiệm Robot Y tế, chủ nhiệm dự án, có ý tưởng từ năm 2021 khi anh làm việc tại một số bệnh viện ở Sydney. Khi đó các bác sĩ tim lâm sàng rất trăn trở vì nhiều bệnh nhân sử dụng van tim và bơm tim nhân tạo xuất hiện biến chứng sau cấy ghép. Họ mong muốn có một trái tim nhân tạo giống tim bệnh nhân cho phép thử cấy ghép và kiểm tra nếu có các biến chứng hay các thông số nguy hiểm trước khi thực hiện trên bệnh nhân. Đây là lý do TS Nhỏ bắt tay vào nghiên cứu trái tim nhân tạo sử dụng chính công nghệ robot mềm mà phòng thí nghiệm của anh tiên phong.

Nhóm nghiên cứu bắt đầu quá trình tạo ra một trái tim nhân tạo tâm thất trái bằng cách tập trung tái tạo cấu trúc cơ tim. Trước tiên, một trái tim người thật được chụp cắt lớp, sử dụng phần mềm 3D trên máy tính để xác định các góc sắp xếp của các sợi cơ ở lớp trong, lớp giữa và lớp ngoài cùng. Tiếp theo, nhóm sử dụng các sợi cơ nhân tạo đã phát triển trước đó và sắp xếp các sợi cơ này chính xác theo hình dạng và góc của các sợi cơ của tim thật. Việc lựa chọn loại cơ nhân tạo và cấu trúc nhiều lớp cho phép tạo ra một mạng lưới cơ tim dày đặc gần giống với trái tim tự nhiên nhất.

Anh giải thích, tâm thất trái là buồng bơm chính và phức tạp nhất của tim. Bộ phận này hoạt động theo cách đặc biệt nhờ hệ thống liên tục các sợi cơ tim sắp xếp với nhiều lớp chồng chất lên nhau và với các góc khác nhau. Nếu có thể tái tạo hoạt động tâm thất trái, việc tạo ra tâm thất phải và các tâm nhĩ còn lại sẽ rất dễ dàng.

Theo nhóm nghiên cứu, hai cơ chế quan trọng nhất của một trái tim nhân tạo là khả năng tái tạo các thông số liên quan đến đặc tính cơ học, lực tác động đến cấu trúc và chức năng của tim (biomechanics), các thông số liên quan đến động lực học của dòng chảy, huyết áp trong tim, mạch máu (hemodynamics).

Ban đầu họ gặp khó khăn trong việc tái tạo nhiều lớp cơ tim chồng chất lên nhau và sắp xếp chúng, gia công và điều khiển để tái tạo chính xác giống tim người. Sau nhiều lần thất bại, nhóm đã thành công thiết kế và tạo một tâm thất trái của trái tim với 3 lớp cơ tim bao gồm ngoại tâm mạc (epicardium), cơ tim (myocardium) và nội tâm mạc (endocardium). Nhờ có cấu trúc gần giống với tim thật nhất, nhóm đã tạo ra các chuyển động sinh học ba chiều, độ co bóp, áp suất máu và dòng chảy giống tim người nhất.

"Đến nay thế giới chưa có một trái tim nhân tạo nào có khả năng tái tạo những thông số như vậy giống như tim người. Hiện nay mới chỉ có một nhóm nghiên cứu ở Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) của Mỹ cũng phát triển công nghệ tim nhân tạo, song chưa thể thành công tái tạo lại các thông số của tim người", TS Nhỏ nói.

Nhóm nghiên cứu đang mở rộng công trình và bắt đầu tích hợp thêm các cơ quan bên trong tim như các van tim, động mạch chủ, các tâm thất, cơ nhú. Để thử nghiệm tính khả thi, nhóm đã sử dụng trái tim mới để đánh giá các hệ thống máy bơm tim cho người bị suy tim và các cơ cấu mổ ống thông mềm (catheters). Mục đích hỗ trợ việc mổ tim nội soi ít xâm lấn dùng để sửa chửa van tim hay các thủ thuật khác liên quan đến tim mạch. Kết quả, trái tim nhân tạo còn dự đoán trước những biến chứng xảy ra với một máy bơm tim hỗ trợ tâm thất trái (LVAD) và máy bơm tim bóng đối xung trong động mạch chủ (IABP). Đây là những thiết bị hỗ trợ tim mạch được sử dụng để tăng cường lưu lượng máu và giảm gánh nặng cho tim trong các trường hợp suy tim hoặc sau phẫu thuật tim.

Hoạt động của trái tim nhân tạo. Video: Nhóm nghiên cứu

GS Nigel Lovell, trưởng khoa Trường Cao học Kỹ thuật Y sinh, Giám đốc Viện Công nghệ sức khỏe Tyree IHealthE cho hay, tính hữu ích của công trình này là khả năng tái tạo chính xác chuyển động, áp suất máu và dòng chảy của máu của người bình thường và người bị bệnh tim. Khả năng này cung cấp thông tin có ý nghĩa lâm sàng cho những người đang phát triển các thiết bị y tế mới và các thủ thuật phẫu thuật ở giai đoạn đầu. Nhờ vậy họ giảm phụ thuộc vào thử nghiệm trên động vật, các chi phí tài chính và đạo đức liên quan.

Thiết bị có thể dùng như công cụ hỗ trợ các bác sĩ lâm sàng đánh giá tác động dự đoán của các can thiệp tim mạch, chẳng hạn như cấy ghép van hoặc máy bơm tim trước khi bệnh nhân trải qua phẫu thuật. Các bác sĩ cũng có thể dùng để nghiên cứu các cơ chế đằng sau một số bệnh tim mạch và cách điều trị. "Đây sẽ là một cuộc cách mạng trong ngành tim mạch", GS Nigel Lovell nhấn mạnh.

TS Đỗ Thanh Nhỏ sinh ra tại xã Hiệp Thạnh, huyện Gò Dầu, tỉnh Tây Ninh, trong gia đình làm nông. Anh là cựu học sinh của trường THPT Quang Trung, Gò Dầu. Năm 2004, anh theo học tại Khoa Cơ khí thuộc Đại học Bách Khoa TP HCM và được chọn vào lớp Kỹ sư tài năng, chuyên ngành Kỹ thuật chế tạo. Năm 2011, anh nhận học bổng toàn phần cho chương trình tiến sĩ, chuyên ngành robot mổ tại trường Kỹ thuật Cơ khí và Hàng không, thuộc ĐH Công nghệ Nanyang, Singapore. TS Nhỏ làm nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại ĐH California, Santa Barbara (UCSB), Mỹ. Anh gia nhập Đại học New South Wales (UNSW Sydney), Australia với vai trò giảng viên cao cấp (Scientia) và thành lập phòng thí nghiệm Robot y tế.

Hướng nghiên cứu chính của anh chuyên về robot mổ nội soi ít xâm lấn cho tim mạch và ung thư đường tiêu hóa, in 3D sinh học, robot mềm, cơ nhân tạo, vải thông minh, thiết bị trợ tim, thiết bị nâng cao khả năng của con người và phục hồi chức năng cho người tàn tật, và các thiết bị tái tạo cảm xúc. Hiện anh sở hữu hơn 10 bằng phát minh sáng chế quốc tế.