Một tế bào nhiên liệu dưới da chuyển đổi lượng đường trong máu từ cơ thể thành năng lượng điện nghe có vẻ khoa học viễn tưởng. Tuy nhiên, nó dường như hoạt động hoàn hảo.
Ở bệnh tiểu đường loại 1, cơ thể không sản xuất insulin. Điều này có nghĩa là bệnh nhân phải lấy hormone từ bên ngoài để điều chỉnh lượng đường trong máu. Ngày nay, điều này chủ yếu được thực hiện thông qua máy bơm insulin được gắn trực tiếp vào cơ thể. Các thiết bị này, cũng như các ứng dụng y tế khác như máy tạo nhịp tim, yêu cầu nguồn cung cấp năng lượng đáng tin cậy, hiện tại chủ yếu được đáp ứng bằng năng lượng từ pin dùng một lần hoặc pin sạc.
Giờ đây, một nhóm các nhà nghiên cứu do Martin Fussenegger từ Khoa Khoa học và Kỹ thuật Hệ thống Sinh học tại ETH Zurich ở Basel dẫn đầu đã đưa một ý tưởng có vẻ tương lai vào thực tế. Họ đã phát triển một loại pin nhiên liệu cấy ghép sử dụng lượng đường dư thừa trong máu (glucose) từ mô để tạo ra năng lượng điện. Các nhà nghiên cứu đã kết hợp pin nhiên liệu với các tế bào beta nhân tạo do nhóm của họ phát triển cách đây vài năm. Chúng tạo ra insulin chỉ bằng một nút bấm và hạ thấp mức đường huyết một cách hiệu quả giống như mô hình vai trò tự nhiên của chúng trong tuyến tụy.
Fussenegger giải thích: “Nhiều người, đặc biệt là ở các quốc gia công nghiệp hóa phương Tây, tiêu thụ nhiều carbohydrate hơn mức họ cần trong cuộc sống hàng ngày. Ông nói thêm, điều này dẫn đến béo phì, tiểu đường và bệnh tim mạch. Ông nói: “Điều này đã cho chúng tôi ý tưởng sử dụng năng lượng trao đổi chất dư thừa này để sản xuất điện cung cấp năng lượng cho các thiết bị y sinh.
Trung tâm của pin nhiên liệu là một cực dương (điện cực) làm bằng các hạt nano dựa trên đồng, mà nhóm của Fussenegger đã tạo ra đặc biệt cho ứng dụng này. Nó bao gồm các hạt nano dựa trên đồng và phân tách glucose thành axit gluconic và một proton để tạo ra điện, tạo ra một mạch điện chuyển động.
Được bọc trong vải không dệt và phủ alginate, một sản phẩm từ tảo được phép sử dụng trong y tế, pin nhiên liệu giống như một túi trà nhỏ có thể cấy dưới da. Alginate hấp thụ chất lỏng trong cơ thể và cho phép glucose đi từ mô vào tế bào nhiên liệu bên trong.
Trong bước thứ hai, các nhà nghiên cứu ghép nối pin nhiên liệu với một viên nang chứa các tế bào beta nhân tạo. Chúng có thể được kích thích để sản xuất và tiết ra insulin bằng cách sử dụng dòng điện hoặc đèn LED màu xanh lam. Fussenegger và các đồng nghiệp của ông đã thử nghiệm các tế bào thiết kế như vậy một thời gian trước đây (xem Tin tức ETH, ngày 8 tháng 12 năm 2016).
(adv)
Hệ thống này kết hợp việc tạo ra năng lượng bền vững và cung cấp insulin có kiểm soát. Ngay khi pin nhiên liệu ghi nhận lượng glucose dư thừa, nó sẽ bắt đầu tạo ra năng lượng. Năng lượng điện này sau đó được sử dụng để kích thích các tế bào sản xuất và giải phóng insulin vào máu. Kết quả là, lượng đường trong máu giảm xuống mức bình thường. Khi nó giảm xuống dưới một giá trị ngưỡng nhất định, quá trình sản xuất điện và insulin sẽ dừng lại.
Năng lượng điện do pin nhiên liệu cung cấp không chỉ đủ để kích thích các tế bào thiết kế mà còn cho phép hệ thống cấy ghép giao tiếp với các thiết bị bên ngoài như điện thoại thông minh. Điều này cho phép người dùng tiềm năng điều chỉnh hệ thống thông qua một ứng dụng tương ứng. Một bác sĩ cũng có thể truy cập nó từ xa và điều chỉnh. Fussenegger cho biết: “Hệ thống mới tự điều chỉnh lượng insulin và lượng đường trong máu và có thể được sử dụng để điều trị bệnh tiểu đường trong tương lai.
Hệ thống hiện có chỉ là một nguyên mẫu. Mặc dù các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm thành công trên chuột nhưng họ không thể phát triển nó thành một sản phẩm bán trên thị trường. Fussenegger nói: “Đưa một thiết bị như vậy ra thị trường vượt xa nguồn nhân lực và tài chính của chúng tôi. Điều này sẽ kêu gọi một đối tác trong ngành với các nguồn lực và bí quyết phù hợp.
TH
