Những công nghệ nổi bật của ngành y tế năm 2020
Sau một năm 2020 đầy biến động, sức khỏe và những cải tiến trong lĩnh vực y tế trở thành mối quan tâm hàng đầu của toàn cầu. Trong đó, ứng dụng deep learning trong máy quét MRI, da nhân tạo, cách khôi phục thị lực; xét nghiệm các chủng kháng kháng sinh và tìm ra cấu trúc protein giúp cúm B là những công nghệ nổi bật nhất của năm 2020.
Chụp MRI sắc nét và nhanh hơn với ứng dụng học sâu và trí tuệ nhân tạo
Ứng dụng AIR™ Recon DL* vận hành trên nền tảng phần mềm Edison™ của GE, sử dụng một thuật toán học sâu (deep learning) để cải thiện việc tái tạo hình ảnh MR, tạo ra ảnh nét hơn trong thời gian chụp ngắn hơn. Nhờ đó, các bác sĩ có thể đưa ra chẩn đoán nhanh hơn và các bệnh nhân có thể được chữa trị sớm hơn.
Máy quét MRI sử dụng các nam châm cực mạnh nằm ở phần lồng chụp của máy bao quanh bệnh nhân để kích thích các nguyên tử hydro (proton) trong cơ thể. Các proton hydro này phát ra tín hiệu vô tuyến và được máy quét phát hiện, chuyển thành hình ảnh kỹ thuật số. Tuy nhiên, những tín hiệu vô tuyến đó bị nhiễu do chúng xen lẫn vào sóng vô tuyến khác của thiết bị MRI và cơ thể.
Mô hình tim người thu nhỏ
Các nhà nghiên cứu của Đại học bang Michigan đã lần đầu tiên tạo ra một “mô hình tim người thu nhỏ” trong phòng thí nghiệm. Đáng chú ý là mô hình này có đầy đủ chức năng của một trái tim với tất cả các loại tế bào chính cùng cấu trúc các khoang và mô mạch máu.
Các cơ quan được nuôi cấy bằng phương pháp 3D - hay còn gọi là tim nuôi cấy 3D (organoids) - có thể cung cấp cho các nhà nghiên cứu những hiểu biết mới về nguồn gốc của bệnh tim dị tật bẩm sinh (căn bệnh phổ biến ở người và ảnh hưởng đến khoảng 1% dân số trẻ sơ sinh). Các nhà nghiên cứu trước đây chỉ được giới hạn trong việc sử dụng các mô hình động vật có vú, hài cốt bào thai hiến tặng và nghiên cứu tế bào trong ống nghiệm. Giáo sư ngành Kỹ thuật Y sinh Aitor Aguirre - tác giả của bài viết về organoids được xuất bản trên bioRxiv nhấn mạnh: “Đây là một bước tiến lớn. Với mô hình tim thu nhỏ này, nhóm nghiên cứu đã có một mô hình con người chính xác để nghiên cứu mà không cần sử dụng các tế bào bào thai hay vi phạm các nguyên tắc đạo đức”.
Mô hình tim thu nhỏ được tạo ra từ các tế bào gốc - loại tế bào có khả năng tái tạo bất kì tế bào cơ quan trong cơ thể. Ông Aguirre chia sẻ: “Quá trình này “nuôi” mô hình tim người thu nhỏ của nhóm cho phép các tế bào gốc về cơ bản phát triển như trong phôi thai thành các loại tế bào và cấu trúc khác nhau có trong tim. Chính vì các mô 3D tuân theo quá trình phát triển tự nhiên của phôi thai tim, các nhà nghiên cứu đã có cơ hội nghiên cứu sự phát triển tự nhiên của tim thai thực sự theo điều kiện thực”.
Da nhân tạo
Nhóm nghiên cứu đã chế tạo một cảm biến trong suốt, có thể co giãn, dính vào da nhưng không thể nhìn thấy trong ảnh từ máy ảnh. Ảnh: NTU Singapore.
Các nhà khoa học tại Đại học Khoa học Nanyang của Singapore đã tích hợp da điện tử và công nghệ thị giác máy tính thành hệ thống trí tuệ nhân tạo có thể nhận dạng các cử động tay.
Công nghệ này có thể được sử dụng trong robot phẫu thuật, giao diện game và những nơi làm việc cần sự trợ giúp của robot. Markus Antonietti - giám đốc Viện Chất keo và bề mặt Max Planck của Đức - người không tham gia vào dự án - cho biết trong thông cáo báo chí của NTU rằng “Những phát hiện từ bài báo này mang lại cho chúng tôi một bước tiến tới một thế giới thông minh hơn và được hỗ trợ nhiều hơn bởi máy móc. Giống như sự phát minh ra điện thoại thông minh, điều đã cách mạng hóa xã hội, công trình này cho chúng ta hy vọng rằng một ngày nào đó chúng ta có thể kiểm soát cơ bản tất cả thế giới xung quanh của mình với độ tin cậy và độ chính xác cao thông qua một cử chỉ”.
Hệ thống “lấy cảm hứng từ sinh học” của nhóm nghiên cứu Singapore bao gồm một cảm biến có thể co giãn, được làm bằng các ống nano carbon, vừa vặn với bàn tay, trong khi hệ thống AI kết hợp ba phương pháp tiếp cận mạng nơ-ron khác nhau: một liên quan đến xử lý hình ảnh, một liên quan đến xử lý cảm âm và một kết hợp cả hai. Chen Xiaodong, tác giả chính của nghiên cứu cho biết công nghệ này “độc nhất vô nhị” ở chỗ nó giống “hệ thống phân cấp tổng hợp cảm giác-thị giác trong não”.
Xét nghiệm máu để kiểm tra chủng kháng kháng sinh
Các dụng cụ khác nhau cho cuộc thử nghiệm vi khuẩn kháng kháng sinh được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại đại học Brigham Young. Ảnh: Claire Moore/BYU.
Một nhóm liên ngành của đại học Brigham Young University đã phát triển một thử nghiệm có thể phát hiện sự tồn tại của vi khuẩn kháng kháng sinh trong máu trong chưa đầy 1 tiếng đồng hồ.
Ở phạm vi rộng, vi khuẩn kháng kháng sinh là một khủng hoảng y tế lớn. Với bệnh nhân, chúng chính là một mối đe dọa sức khỏe nghiêm trọng, nhân lên nhanh trong cơ thể và có thể gây chết người. Tuy vậy, các phương pháp kiểm tra hiện tại có thể mất đến 24 giờ hoặc lâu hơn mới có kết quả. Aaron Hawkins – Giáo sư kỹ thuật điện và máy tính đồng thời là đồng tác giả của một nghiên cứu mới trên tạp chí Lab on a Chip cho biết: “Khi bạn đang khám bệnh, thời gian cũng dần trôi qua. Mỗi giờ không được điều trị trôi đi, người bệnh mất 7% khả năng sống sót. Bạn cần biết rằng mình đang chống chọi với điều gì để có thể áp dụng các phương pháp điều trị phù hợp”.
Như trong tạp chí đã chỉ ra, phương pháp này liên quan đến một con chip. Đầu tiên, các nhà nghiên cứu sẽ lấy mẫu máu và phân lập vi khuẩn, sau đó lấy DNA của vi khuẩn. DNA được đưa qua một kênh chất lỏng trên một vi mạch, nơi một tín hiệu huỳnh quang sẽ cho biết sự hiện diện của các chủng kháng kháng sinh. Điều quan trọng là con chip có thể kiểm tra sự hiện diện của nhiều chủng kháng kháng sinh khác nhau cùng một lúc. Các nhà nghiên cứu lên kế hoạch để lắp con chip vào một chiếc hộp dùng một lần với giá thành rẻ và có thể sử dụng được trong bệnh viện.
Cấu trúc protein giúp cúm B xâm nhập vào tế bào
Một loại protein mới đang giúp các nhà nghiên cứu tìm được sự khác nhau giữa các chủng vi rút cúm và phát triển các loại thuốc chống lại chúng. Ảnh: Getty Images.
Các nhà hóa học tại Viện Công nghệ Massachusetts đã phát hiện ra cấu trúc của một protein cúm quan trọng, có tên là BM2.
Có 3 loại vi rút cúm gồm A, B và C - trong đó, nhóm A là dạng cúm phổ biến nhất, đặc biệt xảy ra sớm hơn vào mùa cúm. Mặc dù vậy, năm nay, cúm B lại chiếm ưu thế, chiếm đến ⅔ số ca bệnh tại Mỹ. Mỗi chủng cúm kết hợp với một loại protein M2 khác nhau, và trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu tập trung vào phiên bản M2 được tìm thấy trong cúm B , họ đã chụp nhanh cấu trúc của chúng bằng quang phổ từ hạt nhân - điều này có thể giúp các nhà nghiên cứu tìm thấy sự khác nhau giữa các chủng vi rút và phát triển các loại thuốc để chống lại chúng.
Theo MIT, BM2 là “một kênh proton kiểm soát độ axit trong vi rút”, qua đó giúp vi rút giải phóng vật liệu di truyền bên trong các tế bào bị nhiễm bệnh. Mei Hong - giáo sư hóa học của MIT và là một trong các tác giả của Nature Structural & Molecular Biology - cho biết: “Nếu có thể chặn kênh proton này thì sẽ có cách để ức chế nhiễm cúm. Các nhà hóa học và dược học cần cấu trúc phân giải nguyên tử cho protein này [protein M2] để bắt đầu thiết kế các phân tử nhỏ có thể ngăn chặn nó."