Các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Lausanne (EPFL) ra mắt một điện cực linh hoạt nhỏ, có thể triển khai bên trong hộp sọ dễ dàng, cho phép các bác sĩ thực hiện những ca phẫu thuật xâm lấn tối thiểu.

Điện cực mềm là một thiết bị chế tạo bằng polymer silicon,  vật liệu đàn hồi trong suốt và đủ mỏng để vừa với không gian hẹp giữa hộp sọ và não, dãy điện cực được làm bằng vàng. Trong một nghiên cứu được công bố gần đây, nhóm EPFL cho biết đã thử nghiệm thành công điện cực mềm trên lợn thí nghiệm.

Ưu điểm chính của thiết bị này là điện cực mềm có thể đưa vào não người qua một lỗ nhỏ trên hộp sọ và sau đó mở rộng vào bên trong, cho phép các nhà giải phẫu thần kinh làm việc trên diện tích bề mặt lớn hơn (nhiều tế bào thần kinh và mô hơn) của não . Đây là cách hoạt động của điện cực kỳ lạ.

Điều gì làm cho điện cực trở nên đặc biệt?

Khi được triển khai hoàn toàn, điện cực có sáu chân hình xoắn ốc có đường kính trải rộng hoàn toàn là 4 cm. Nhưng không có nghĩa là các bác sĩ phẫu thuật phải khoan một lỗ lớn 4 cm trên hộp sọ để đặt thiết bị. 

Trước khi triển khai, đầu tiên, điện cực giống như miếng cao su được gấp lại và đóng gói bên trong một ống hình trụ được gọi là bộ nạp. Sau đó, ống này sẽ đưa điện cực qua một lỗ nhỏ 2 cm trên hộp sọ vào vỏ não. Khi thiết bị chạm tới bên trong hộp sọ, những hình xoắn ốc dưới áp lực mềm sẽ mở rộng hoàn toàn và điện cực lấy lại hình dạng ban đầu.

Hoạt động đảo ngược như vậy được thể hiện bằng robot mềm . “Cộng đồng người máy mềm rất quan tâm đến cơ chế chuyển đổi này. TS Sukho Singh, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết, ưu điểm của cơ chế đảo ngược là có thể triển khai kích thước tùy ý của điện cực với lực nén mềm bằng chất lỏng liên tục và tối thiểu lên vỏ não.

Hình dạng xoắn ốc của điện cực có ý nghĩa đặc biệt trong cấu trúc của điện cực mềm. Nguyên mẫu đầu tiên của điện cực có chân thẳng, nhưng trong quá trình thử nghiệm, chân thẳng mềm không phân bổ đều điện cực và che phủ bề mặt não ít hơn.

Sử dụng những chân mềm hình xoắn ốc như cánh hoa, các nhà khoa học đã khắc phục những hạn chế này và có thể triển khai thành công điện cực trong thí nghiệm với một con lợn nhỏ. Nhóm EPFL tin rằng, điện cực sáng tạo có thể mở ra nhiều ứng dụng phẫu thuật thần kinh mềm và linh hoạt hơn, giúp các ca phẫu thuật não phức tạp dễ tiếp cận hơn và giảm thiểu rủi ro.

Tầm quan trọng của các điện cực linh hoạt có thể cuộn lại

Các điện cực được cấy bên trong hộp sọ chủ yếu để thực hiện kích thích não sâu (DBS). Trong DBS , dòng điện từ một thiết bị bên ngoài được sử dụng để kích thích những phần não không hoạt động hiệu quả do những rối loạn từ động kinh đến loạn trương lực cơ và Parkinson.

Các điện cực mềm cuộc lại mang hy vọng cho hàng triệu bệnh nhân trên toàn cầu đang phải sống chung với các tình trạng bệnh lý thần kinh. Thiết bị mới, so với cấy ghép thông thường, ít xâm lấn hơn và có thể được triển khai trên vỏ não dễ dàng và an toàn hơn.

Cấu trúc linh hoạt của các chân điện cực cho phép thiết bị bao phủ nhiều mô não hơn với rủi ro tối thiểu đối với hộp sọ và não trong quá trình DBS. GS Stéphanie Lacour, tác giả nghiên cứu cấp cao tại EPFL cho biết: “Công nghệ phẫu thuật thần kinh xâm lấn tối thiểu là phương pháp cần thiết để cung cấp các liệu pháp hiệu quả, phù hợp với bệnh nhân.”

Lacour và nhóm của bà có kế hoạch tiếp tục nghiên cứu để nâng cấp thiết bị trở thành một robot mềm đồng thời sớm có thể thử nghiệm điện cực mềm trên người. Công nghệ mới mở ra nhiều giải pháp điều trị thần kinh ít xâm lấn hơn và mang lại hiệu quả cao. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Robotics