Với những người mắc bệnh tiểu đường, nguy cơ hạ đường huyết luôn là mối đe dọa thường trực. Khi glucose giảm xuống dưới ngưỡng nguy hiểm, tình trạng này có thể đe dọa tính mạng và thông thường cần được xử lý bằng cách tiêm hormone glucagon.
Để giải quyết tình huống khi bệnh nhân không nhận ra mình đang bị hạ đường huyết nghiêm trọng, các kỹ sư tại MIT đã phát triển một thiết bị cấy dưới da chứa sẵn glucagon. Thiết bị này có thể được kích hoạt để tự động giải phóng hormone khi lượng đường trong máu giảm quá thấp.
Hệ thống này đặc biệt hữu ích vào ban đêm – khi hạ đường huyết xảy ra trong lúc ngủ – hoặc đối với trẻ nhỏ mắc tiểu đường, những người chưa thể tự tiêm thuốc.
“Đây là một thiết bị nhỏ dùng trong trường hợp khẩn cấp, có thể đặt dưới da và luôn sẵn sàng hoạt động nếu đường huyết của bệnh nhân xuống quá thấp,” giáo sư Daniel Anderson tại Khoa Kỹ thuật Hóa học của MIT cho biết. Ông cũng là thành viên của Viện Nghiên cứu Ung thư Tổng hợp Koch và Viện Kỹ thuật Y sinh và Khoa học Y tế (IMES). “Mục tiêu của chúng tôi là chế tạo một thiết bị luôn sẵn sàng bảo vệ bệnh nhân khỏi hạ đường huyết. Chúng tôi tin rằng điều này cũng có thể giúp làm dịu nỗi lo sợ hạ đường huyết mà nhiều bệnh nhân và phụ huynh đang trải qua.”
Các nhà nghiên cứu cũng chứng minh rằng công nghệ này có thể được điều chỉnh để giải phóng liều thuốc epinephrine trong trường hợp khẩn cấp – loại thuốc dùng để điều trị cơn đau tim hoặc phản ứng dị ứng nghiêm trọng như sốc phản vệ.
Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Siddharth Krishnan, cựu chuyên gia khoa học tại MIT và hiện là trợ lý giáo sư ngành kỹ thuật điện tại Đại học Stanford. Các phát hiện được công bố ngày 9/7/2025 trên tạp chí Nature Biomedical Engineering.
Phản ứng khẩn cấp
Nhiều người mắc tiểu đường phải tiêm insulin hàng ngày để kiểm soát lượng đường trong máu và tránh tình trạng tăng đường huyết. Tuy nhiên, khi mức đường xuống quá thấp, họ có thể bị hạ đường huyết – tình trạng có thể gây lú lẫn, co giật và trong những trường hợp nghiêm trọng có thể tử vong nếu không được xử lý kịp thời.
Tuy vậy, việc nhận biết dấu hiệu sớm của hạ đường huyết không phải lúc nào cũng dễ, nhất là với trẻ em.
“Một số bệnh nhân có thể nhận ra khi đường huyết của họ xuống thấp và có thể ăn hoặc tự tiêm glucagon,” Anderson nói. “Nhưng có người không nhận ra mình đang bị hạ đường huyết, và họ có thể rơi vào trạng thái lú lẫn, thậm chí hôn mê. Điều này cũng đặc biệt nguy hiểm khi bệnh nhân đang ngủ, vì họ phải trông cậy vào thiết bị cảnh báo của cảm biến glucose để thức dậy.”
Để tạo ra một giải pháp đáng tin cậy hơn, nhóm nghiên cứu MIT đã phát triển thiết bị nhỏ gọn nêu trên, có thể kích hoạt bằng tay hoặc tự động dựa trên cảm biến khi đường huyết xuống thấp.
Thiết bị có kích thước tương đương một đồng xu nhỏ, chứa một khoang thuốc nhỏ, và được chế tạo bằng công nghệ in 3D với vật liệu polymer. Khoang này được niêm phong bằng hợp kim niken-titan, khi được kích nóng đến 40°C sẽ chuyển từ dạng tấm phẳng sang hình chữ U.
Vì glucagon – giống như nhiều loại thuốc có nguồn gốc peptide – dễ bị phân hủy nhanh trong dạng lỏng, nhóm nghiên cứu đã chọn sử dụng glucagon dạng bột, giúp thuốc ổn định lâu hơn và giữ nguyên trong thiết bị cho đến khi cần sử dụng.
Mỗi thiết bị có thể chứa một hoặc bốn liều glucagon, và có một ăng-ten nhận tín hiệu tần số vô tuyến cụ thể. Khi được kích hoạt, ăng-ten tạo ra dòng điện nhỏ làm nóng hợp kim, và khi nhiệt độ đạt đến mức kích hoạt, vật liệu sẽ uốn cong thành hình chữ U và giải phóng bột thuốc từ khoang chứa.
Nhờ khả năng nhận tín hiệu không dây, thiết bị cũng có thể được thiết kế để tự động giải phóng thuốc khi cảm biến glucose phát hiện đường huyết xuống dưới ngưỡng nhất định.
“Một trong những tính năng chính của hệ thống phân phối thuốc kỹ thuật số kiểu này là khả năng giao tiếp với cảm biến,” Krishnan cho biết. “Trong trường hợp này, công nghệ giám sát glucose liên tục mà nhiều bệnh nhân đang dùng hoàn toàn có thể tích hợp dễ dàng với thiết bị này.”
Đảo ngược tình trạng hạ đường huyết
Sau khi cấy thiết bị vào chuột mắc tiểu đường, các nhà nghiên cứu đã sử dụng nó để giải phóng glucagon khi đường huyết của chuột giảm. Chỉ trong chưa đầy 10 phút sau khi giải phóng thuốc, mức đường huyết đã bắt đầu ổn định, giúp duy trì trong phạm vi bình thường và tránh được tình trạng hạ đường huyết.
Nhóm nghiên cứu cũng thử nghiệm thiết bị với phiên bản bột của thuốc epinephrine. Kết quả cho thấy trong vòng 10 phút sau khi thuốc được giải phóng, nồng độ epinephrine trong máu tăng lên rõ rệt và nhịp tim cũng tăng.
Trong nghiên cứu này, thiết bị được cấy trong cơ thể động vật tới 4 tuần, nhưng các nhà nghiên cứu đang lên kế hoạch kéo dài thời gian đó ít nhất đến một năm.
“Ý tưởng là thiết bị sẽ đủ liều để hỗ trợ khẩn cấp trong một khoảng thời gian dài. Chúng tôi chưa biết chính xác thời gian là bao lâu – có thể một năm, có thể vài năm – và hiện đang làm việc để xác định thời gian tối ưu. Sau đó, thiết bị sẽ cần được thay thế,” Krishnan nói.
Thông thường, khi một thiết bị y tế được cấy vào cơ thể, mô sẹo sẽ phát triển xung quanh và có thể làm thiết bị hoạt động kém đi. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này, các nhà khoa học chứng minh rằng ngay cả sau khi mô xơ hình thành quanh thiết bị, quá trình giải phóng thuốc vẫn hoạt động thành công.
Hiện nhóm nghiên cứu đang chuẩn bị cho các thử nghiệm bổ sung trên động vật và hy vọng có thể bắt đầu thử nghiệm lâm sàng ở người trong vòng ba năm tới.
“Thật tuyệt vời khi nhóm của chúng tôi đạt được thành tựu này, điều mà tôi hy vọng một ngày nào đó sẽ giúp bệnh nhân tiểu đường, và rộng hơn nữa là mở ra một cách tiếp cận mới trong việc phân phối thuốc khẩn cấp,” giáo sư Robert Langer tại MIT – đồng tác giả bài báo – chia sẻ.
Các nhà nghiên cứu chứng minh rằng thiết bị này cũng có thể dùng để phân phối liều epinephrine trong trường hợp khẩn cấp – loại thuốc được dùng để điều trị cơn đau tim và ngăn chặn phản ứng dị ứng nghiêm trọng như sốc phản vệ. Ảnh: MIT
