Cải thiện chức năng nghe tốt hơn nhờ cấy ghép ốc tai quang học

Đối với những trường hợp bị suy giảm thính lực nặng thì cấy ghép ốc tai giúp ích được rất nhiều về chất lượng cuộc sống, bao gồm việc nghe được và phát triển khả năng nói bình thường. Hiện nay một nghiên cứu đang được thực hiện nhằm cải tiến phương pháp cấy ghép ốc tai. Các nhà khoa học muốn sử dụng các phương pháp kỹ thuật di truyền để làm cho các tế bào thần kinh trong tai kích thích bằng ánh sáng thay vì điện như hiện nay. Bằng cách sử dụng ánh sáng, các nhà khoa học hy vọng có thể kích thích các tế bào thần kinh trong tai có tính chọn lọc hơn.

Nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi Tobias Moser đang làm việc tại Viện Khoa học Thần kinh Thính giác và InnerEarLab tại Trung tâm Y tế Đại học Göttingen và Trung tâm Linh trưởng Đức (DPZ) – Viện Nghiên cứu Linh trưởng Leibniz ở Göttingen.

Giờ đây, nhóm nghiên cứu đã thực hiện một bước quan trọng trong việc phát triển thiết bị cấy ghép ốc tai quang học. Họ phối hợp với một nhóm các nhà vật lý (tia X) do Tim Salditt dẫn đầu, đang tiến tiến hành nghiên cứu tại Cluster of Excellence Multiscale Bioimaging (MBExC) Göttingen, có thể sử dụng các kỹ thuật hình ảnh kết hợp của chụp cắt lớp tia X và kính hiển vi huỳnh quang để tạo ra hình ảnh chi tiết về ốc tai của động vật gặm nhấm và động vật linh trưởng (không phải người). Điều này giúp xác định các thông số quan trọng đối với thiết kế và tính nhất quán vật liệu của ốc tai điện tử. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu (bao gồm các nhà khoa học từ Trung tâm Nghiên cứu Hợp tác 889) đã thành công trong việc mô phỏng sự truyền ánh sáng trong ốc tai của loài marmoset thông thường. Kết quả của mô phỏng cho thấy có thể kích thích di truyền quang giới hạn về mặt không gian đối với tế bào thần kinh thính giác. Do đó, kích thích quang học sẽ mang đến cảm giác thính giác khác biệt hơn nhiều so với cấy ghép ốc tai điện tử đang được sử dụng trên thị trường. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí khoa học PNAS.

Hiện tại, theo ước tính Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), 430 triệu người (hơn 5% dân số thế giới), bị ảnh hưởng bởi mất thính lực và điếc. Nguyên nhân có thể xuất phát từ nhiều nguyên do như: yếu tố di truyền, nhiễm trùng, bệnh mãn tính, chấn thương ở tai hoặc đầu, âm thanh lớn và tiếng ồn, do tác dụng phụ của thuốc. Máy trợ thính và cấy ghép ốc tai điện tử vẫn là những thiết bị được sử dụng phổ biến nhất để phục hồi tình trạng mất thính lực, và đang được hơn 700.000 người trên toàn thế giới sử dụng. Việc cấy ghép ốc tai điện tử cho phép những trường hợp bị điếc nặng hoặc khiếm thính có thể hiểu được lời nói mà không cần các tín hiệu phi ngôn ngữ, chẳng hạn như trên điện thoại. Tuy nhiên, tiếng ồn xung quanh làm giảm đáng kể việc nhận biết này. Ngay cả khi người nói truyền đạt bằng cách thay đổi cao độ hoặc giai điệu của lời nói cũng không thể thu nhận được bằng thiết bị cấy ghép thông thường. Điều này chủ yếu là do độ phân giải tần số và cường độ kém. Cấy ghép ốc tai điện tử kích thích các tế bào thần kinh trong tai bằng dòng điện truyền từ 12 đến 24 điện cực. Tuy nhiên, vì dòng điện phân bố rộng rãi trong dịch ốc tai nên ảnh hưởng đến chất lượng thính giác. Nhưng với ánh sáng thì khác, có thể được tập trung, kích thích quang di truyền của tế bào thần kinh thính giác do đó hứa hẹn sẽ cải thiện đáng kể độ phân giải tần số và cường độ.

Để phát triển của cấy ghép ốc tai quang học là một nghiên cứu phức tạp với sự tham gia của nhiều nhà nghiên cứu thuộc các lĩnh vực khác nhau, từ việc nghiên cứu các nguyên tắc cơ bản đến các ứng dụng lâm sàng. Tuy nhiên cấu trúc của ốc tai rất phức tạp, rất khó tiếp cận để quan sát, ngay cả bằng hình ảnh, vì nó nằm sâu trong xương thái dương. Tuy nhiên, việc hiểu được chi tiết về cấu trúc của ốc tai là rất quan trọng cho sự phát triển của liệu pháp điều trị điếc mới.

Các nhà nghiên cứu dựa vào các nghiên cứu trên động vật để phát triển liệu pháp gen và cấy ghép ốc tai quang học cũng như kiểm tra tính hiệu quả và an toàn của những liệu pháp này. Các mô hình động vật phù hợp bao gồm các loài gặm nhấm như chuột nhắt, chuột cống, chuột nhảy, và khi nghiên cứu đang tiến triển, các loài linh trưởng (không phải con người) cũng được sử dụng. Tại DPZ, các nhà nghiên cứu tiến hành thử nghiệm với các loài marmoset phổ biến, có hành vi trong giao tiếp bằng giọng nói tương tự như hành vi của con người. "Đối với các nghiên cứu tiền lâm sàng, việc hiểu được chi tiết về giải phẫu của ốc tai là cần thiết. Chúng tôi đã sử dụng chụp cắt lớp X-quang độ tương phản pha và kính hiển vi huỳnh quang, cũng như kết hợp cả hai, để tạo ra hình ảnh cấu trúc của ốc tai.

"Đối với hình ảnh đa phương thức và quy mô chéo, chúng tôi đã phát triển các công cụ và phương pháp đặc biệt, với bức xạ Syncron. Bằng cách này, chúng tôi có thể nắm rõ chi tiết về giải phẫu của xương, mô và tế bào thần kinh."

Với những dữ liệu thu được về giải phẫu của các ốc tai khác nhau, nhóm nghiên cứu cũng có thể thiết kế một bộ cấy ghép với bộ phát đèn LED cho các loại marmoset thông thường và sau đó bộ cấy ghép này được thực hiện theo cách tương tự như phẫu thuật ở người.

Hơn nữa, các nhà nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu hình ảnh để mô phỏng sự lan truyền của ánh sáng được tạo ra bởi bộ phát quang của cấy ghép ốc tai quang học cho động vật linh trưởng. Tobias Moser chia sẻ: "Các mô phỏng của chúng tôi cho thấy sự kích thích di truyền quang giới hạn về mặt không gian của tế bào thần kinh thính giác và do đó tính chọn lọc tần số sẽ cao hơn so với cấy ghép ốc tai điện tử trước đó. Theo những tính toán này, việc cấy ghép ốc tai quang học giúp cải thiện đáng kể khả năng nghe nói cũng như nghe nhạc."