Chip não dây KAIST theo dõi phản ứng với thuốc Alzheimer ở lợn mini

Hóa chất trong não được theo dõi khi thuốc phát huy tác dụng

Một chip không dây cấy vào vỏ não trước trán của lợn mini đã ghi nhận mức tăng của một hóa chất liên quan đến trí nhớ sau khi những con vật này được dùng donepezil, loại thuốc điều trị bệnh Alzheimer. Tín hiệu sau đó dần trở về mức ban đầu, giúp các nhà nghiên cứu theo dõi liên tục phản ứng hóa học của não với thuốc.

Nghiên cứu do Giáo sư Kyung-In Jang thuộc Khoa Kỹ thuật Cơ khí của KAIST dẫn dắt, kết hợp cảm biến acetylcholine, nguồn sáng siêu nhỏ và thiết bị điện tử đo lường không dây. Mục tiêu là giúp các nhà khoa học theo dõi những thay đổi bên trong một vùng não cụ thể ngay khi chúng diễn ra, thay vì chờ lấy mẫu sau đó hoặc chủ yếu đánh giá thuốc thông qua những thay đổi về hành vi.

Kết quả nghiên cứu được công bố ngày 14 tháng 10 năm 2026 trên Device, một tạp chí do Cell Press xuất bản. KAIST công bố nghiên cứu này ngày 27 tháng 10. Các đơn vị cùng tham gia gồm Viện Khoa học và Công nghệ Daegu Gyeongbuk (DGIST), Viện Nghiên cứu Não Hàn Quốc (KBRI) và Viện Nghiên cứu Sinh học và Công nghệ sinh học Hàn Quốc (KRIBB).

Các thí nghiệm đo phản ứng hóa học trong não động vật. Để đánh giá lợi ích đối với bệnh nhân, cần nghiên cứu thêm, trong đó có các thử nghiệm xác định liệu thiết bị cấy ghép có thể duy trì độ an toàn và cho ra số đo đáng tin cậy trong thời gian dài hay không.

Vì sao các nhà nghiên cứu theo dõi acetylcholine

Acetylcholine là một chất dẫn truyền thần kinh, tức chất truyền tin hóa học giúp chuyển thông tin giữa các tế bào thần kinh. Chất này góp phần hỗ trợ khả năng học tập và trí nhớ, nên là mục tiêu hữu ích để nghiên cứu ảnh hưởng của thuốc đến những chức năng đó.

Donepezil tác động lên acetylcholinesterase, một enzyme phân hủy acetylcholine. Bằng cách ức chế enzyme này, thuốc giúp chất truyền tin duy trì hoạt động lâu hơn. Theo dõi acetylcholine sau khi dùng thuốc giúp các nhà nghiên cứu quan sát một phần quá trình đó ngay bên trong não.

Nhóm nghiên cứu chọn vỏ não trước trán, vùng não tham gia vào khả năng phán đoán, sự chú ý và trí nhớ. Sau khi cấy chip và cho dùng donepezil, các nhà nghiên cứu ghi nhận tín hiệu acetylcholine tăng rồi dần trở về mức nền, tức mức được đo trước khi điều trị.

Tín hiệu biến đổi này có ý nghĩa vì tác dụng của thuốc diễn ra theo thời gian. Phép đo tại một thời điểm có thể ghi nhận mức tăng hoặc sự hồi phục, trong khi việc ghi liên tục cho thấy các giai đoạn đó nối tiếp nhau như thế nào.

Đo liên tục không dây tạo ra thay đổi gì

Các nhà nghiên cứu thường đánh giá thuốc điều trị bệnh não thông qua bài kiểm tra trí nhớ, hành vi hoặc chẩn đoán hình ảnh. Những phương pháp đó trả lời các câu hỏi khác với cảm biến đặt trực tiếp trong một vùng não: chúng có thể theo dõi hiệu suất hoặc hoạt động tổng thể, còn chip ghi nhận phản ứng của một hóa chất cụ thể tại vị trí được cấy.

Việc lấy mẫu dịch trực tiếp từ não có thể mất vài phút hoặc lâu hơn cho mỗi mẫu. Thiết bị mới được dùng để theo dõi những thay đổi theo từng giây, cung cấp hồ sơ chi tiết hơn về một tín hiệu biến đổi trong thời gian ngắn.

Một mạch điện tử thu nhỏ xử lý các phép đo và truyền dữ liệu qua Bluetooth đến thiết bị bên ngoài. Nhờ đó, các nhà nghiên cứu có thể nhận số liệu mà không cần dây cáp nối con vật với thiết bị ghi đo.

Lợn mini được sử dụng vì não của chúng có kích thước và cấu trúc gần với não người hơn não của loài gặm nhấm. KRIBB cung cấp động vật và hỗ trợ các thủ thuật phẫu thuật, đồng thời đóng góp cơ sở vật chất và chuyên môn cần thiết cho phần nghiên cứu này.

Chip chuyển hóa học thành tín hiệu có thể đọc như thế nào

Acetylcholine cần được chuyển thành dạng mà thiết bị điện tử của chip có thể đo. Cảm biến sử dụng enzyme để kích hoạt các phản ứng hóa học tạo ra hydrogen peroxide. Sau đó, một điện cực chuyển sản phẩm của phản ứng này thành dòng điện.

Lớp cảm biến kết hợp chitosan xốp với các dây nano bạc và bạch kim cực mỏng. Chitosan là vật liệu có thể thu được từ vỏ các loài giáp xác như tôm và cua. Nhiều lỗ nhỏ trong vật liệu tạo ra diện tích bề mặt lớn để các enzyme phát hiện bám vào.

Các dây nano giúp chuyển hydrogen peroxide sinh ra trong phản ứng thành tín hiệu điện. Kết hợp với nhau, vật liệu xốp và các dây dẫn nối một sự kiện hóa học trong não với phép đo mà thiết bị điện tử có thể ghi nhận.

Các phân tử khác trong não cũng có thể tạo ra tín hiệu tại điện cực. Để giảm nhiễu, đầu dò mỏng có một điện cực được phủ enzyme ở một mặt và một điện cực không có enzyme ở mặt còn lại.

Hệ thống so sánh hai kết quả đo rồi loại bỏ phần tín hiệu chung giữa chúng. Cách này giúp phân biệt những thay đổi liên quan đến acetylcholine với hoạt động hóa học nền. Các phép đo thu được đi qua mạch điện tử nhỏ trước khi được truyền ra bên ngoài cơ thể con vật.

Thí nghiệm riêng trên chuột thử nghiệm kích thích bằng ánh sáng

Chip còn có một đi-ốt phát quang siêu nhỏ, hay micro-LED, có thể chiếu sáng bên trong não. Các nhà nghiên cứu thử nghiệm bộ phận này trong một thí nghiệm riêng trên chuột chuyển gen, với sự hỗ trợ của KBRI trong các ca phẫu thuật và thí nghiệm.

Những con chuột này có các tế bào thần kinh được biến đổi để phản ứng với ánh sáng. Kỹ thuật gọi là quang di truyền cho phép các nhà khoa học kích hoạt những tế bào được chọn bằng ánh sáng, thay vì chỉ dựa vào kích thích điện.

Khi bật nguồn sáng của chip, các nhà nghiên cứu ghi nhận tín hiệu acetylcholine tăng. Kết quả cho thấy cùng một thiết bị có thể tạo kích thích và phát hiện phản ứng hóa học đi kèm.

Vì vậy, nghiên cứu gồm hai bước thí nghiệm riêng biệt: theo dõi phản ứng với donepezil ở lợn mini và theo dõi phản ứng với ánh sáng ở chuột biến đổi gen. Mỗi bước kiểm tra một chức năng khác nhau của thiết bị tích hợp.

Đo hoạt động não có thể định hướng kích thích tiếp theo?

Jang và các đồng nghiệp xem việc kết hợp cảm biến với kích thích là bước khởi đầu cho một giao diện thần kinh vòng kín. Nói đơn giản, đây là hệ thống đo phản ứng rồi dựa vào kết quả để quyết định bước tiếp theo.

Một phiên bản trong tương lai có thể phát hiện thay đổi hóa học sau khi kích thích, rồi điều chỉnh thời điểm hoặc cường độ của lần kích thích tiếp theo. Tích hợp cảm biến và nguồn sáng trong cùng một thiết bị tạo điều kiện để nghiên cứu quy trình này.

Jang, giáo sư KAIST dẫn dắt nghiên cứu và là tác giả liên hệ của bài báo, mô tả mục tiêu:

Nghiên cứu này đặt nền móng cho các công nghệ theo dõi những thay đổi trong não và điều chỉnh kích thích dựa trên phản ứng của não,

Công trình hiện tại tạo nền tảng thực nghiệm cho hướng tiếp cận đó. Để phát triển một hệ thống có thể lựa chọn và đưa ra kích thích một cách đáng tin cậy nhằm đáp ứng tín hiệu não biến đổi, cần tiến hành thêm thử nghiệm.

Thiết bị có thể hỗ trợ nghiên cứu thuốc như thế nào

Các nhà nghiên cứu có thể dùng dữ liệu ghi liên tục về acetylcholine để so sánh những gì xảy ra sau khi dùng các liều thuốc khác nhau hoặc thay đổi khoảng cách giữa các liều. Thay vì chỉ ghi nhận tín hiệu có tăng hay không, họ có thể khảo sát thời điểm tín hiệu tăng, diễn biến thay đổi và lúc nó trở về gần mức ban đầu.

Những phép đo này có thể giúp kết nối lịch điều trị với phản ứng hóa học trong một vùng não được chọn. Các nhà nghiên cứu cũng có thể xem xét chúng cùng với bài kiểm tra hành vi và những phép đo khác khi tìm hiểu cơ chế tác động của thuốc.

Nghiên cứu còn để ngỏ một số câu hỏi thực tiễn cần giải đáp trong quá trình phát triển, bao gồm độ an toàn khi cấy ghép kéo dài và độ ổn định của số đo theo thời gian. Với các nhà khoa học so sánh những thí nghiệm cách nhau nhiều ngày hoặc nhiều tuần, cảm biến cần duy trì phép đo nhất quán để những so sánh đó hữu ích.

Đối với người mắc bệnh Alzheimer, đây trước mắt là một công cụ nghiên cứu. Việc ứng dụng trên người cần được thẩm định thêm và chưa có thời điểm thử nghiệm trên người nào được công bố.

Công bố, hợp tác và thương mại hóa

Nghiên cứu kết hợp kỹ thuật, cảm biến hóa học và thí nghiệm trên động vật tại bốn cơ sở của Hàn Quốc. Các nhà nghiên cứu Son Ji-eun, Oh Se-hyeok và Ha Jeong-dae của DGIST là đồng tác giả thứ nhất, còn Jang là tác giả liên hệ, phụ trách trao đổi về bài báo.

Bài báo được công bố và nghiên cứu được thông báo theo lịch sau:

• Ngày 14 tháng 10 năm 2026: Device công bố nghiên cứu về chip cấy ghép và các thí nghiệm trên động vật.
• Ngày 27 tháng 10 năm 2026: KAIST công bố nghiên cứu và kế hoạch phát triển tiếp theo.

Bài báo có tiêu đề "Chip thần kinh cấy ghép tích hợp cảm biến điện hóa và kích thích quang di truyền để theo dõi phản ứng dược lý cholinergic." DOI của bài báo là 10.1016/j.device.2026.101329. Trong tiêu đề, cảm biến điện hóa chỉ việc chuyển các phản ứng hóa học thành phép đo điện, còn cholinergic chỉ hoạt động truyền tín hiệu có liên quan đến acetylcholine.

Nhóm nghiên cứu dự định thúc đẩy thương mại hóa thông qua N-Side Inc., một công ty khởi nghiệp do giảng viên thành lập và Jang dẫn dắt. Để biến thiết bị thử nghiệm thành một sản phẩm nghiên cứu đáng tin cậy, nhóm cần lưu tâm đến những vấn đề thiết yếu trong phòng thí nghiệm: cấy ghép an toàn và duy trì độ tin cậy của các phép đo.

Điểm chính

• Nhóm nghiên cứu do KAIST dẫn dắt dùng chip không dây cấy ghép để theo dõi tín hiệu acetylcholine sau khi cho lợn mini dùng donepezil.
• Tín hiệu tăng sau khi điều trị rồi dần trở về mức ban đầu.
• Thiết bị tích hợp cảm biến hóa học, nguồn sáng siêu nhỏ và khả năng truyền dữ liệu qua Bluetooth.
• Một thí nghiệm riêng trên chuột biến đổi gen ghi nhận tín hiệu acetylcholine tăng sau khi kích thích bằng ánh sáng.
• Các ứng dụng tiềm năng gồm so sánh phản ứng với thuốc và phát triển phương pháp kích thích điều chỉnh theo hoạt động não được đo.
• Cần thử nghiệm thêm để đánh giá độ an toàn khi cấy ghép kéo dài và độ ổn định của phép đo trước khi ứng dụng trên người.