Tiến sĩ Việt chế tạo chip giúp bệnh nhân mù đọc chữ sau 2 ngày cấy

Hơn một thập kỷ theo đuổi công nghệ vi mạch, TS Trần Nhàn cùng cộng sự phát triển con chip 3x3 mm với 320 điện cực, cấy vào mắt giúp một bệnh nhân mù 20 năm nhận ra ký tự nhờ xung điện kích thích thần kinh.

Một ngày đầu tháng 6, phòng thử nghiệm Bệnh viện Nhân dân tỉnh Chiết Giang, Trung Quốc, chìm trong im lặng. Người phụ nữ 40 tuổi, mất thị giác suốt hai thập kỷ do thoái hóa võng mạc sắc tố, ngồi bất động trước màn hình máy tính với cặp kính đen gắn camera.

Thoái hóa võng mạc sắc tố (RP) là căn bệnh di truyền hiện ảnh hưởng đến khoảng hai triệu người trên toàn thế giới, với tỷ lệ mắc ước tính 1/4.000. Căn bệnh này khiến các tế bào thụ cảm ánh sáng chết dần, đẩy người bệnh vào cảnh mù lòa vĩnh viễn mà y học hiện gần như chưa có thuốc điều trị dứt điểm.

Suốt ngày hôm trước, kỹ thuật viên lặp đi lặp lại câu hỏi: "Chị nhìn thấy gì không?". Câu trả lời duy nhất chị đưa ra là: "Không thấy". Cả nhóm kỹ sư ra về trong im lặng. Trần Nhàn cùng các cộng sự thức trắng đêm viết lại thuật toán mã hóa xung điện.

Đến 13h50, ngày 4/6, màn hình hiển thị ký tự mới, người phụ nữ bỗng nghiêng đầu, thốt lên: "Tôi thấy một chữ L rất sáng". Trần Nhàn ngồi thụp xuống ghế, hai bàn tay đan chặt vào nhau. "Cảm giác lúc đó hơn cả trúng số", anh nói.

Chữ "L" màu trắng phát ra từ màn hình không phải hình ảnh quang học bình thường. Đó là tập hợp của những chấm sáng nhân tạo do 320 vi điện cực kích thích vào đáy mắt, giúp não bộ người phụ nữ sau 20 năm học lại cách đọc tín hiệu ánh sáng.

Sinh năm 1981, Trần Nhàn tốt nghiệp Đại học Bách khoa TP HCM rồi sang Australia làm nghiên cứu sinh tại Đại học Melbourne. Năm 2008, chính phủ Australia tài trợ 48 triệu AUD cho 5 viện và đại học để phát triển dự án võng mạc nhân tạo. Nhàn cùng người bạn học Yang Jiawei tham gia nhóm thiết kế mạch tích hợp.

Dự án quốc gia kéo dài 8 năm nhưng dừng lại do rào cản kỹ thuật và chi phí. Không bỏ cuộc, năm 2014, hai kỹ sư rời Melbourne sang Hàng Châu, Trung Quốc, thành lập startup Nanochap, tiếp tục phát triển con chip sinh học dang dở.

Mắt người nhìn được là nhờ lớp tế bào cảm thụ ánh sáng trên võng mạc làm nhiệm vụ đổi ánh sáng thành tín hiệu điện gửi lên não. Khi lớp tế bào này thoái hóa và chết dần, võng mạc mất chức năng chuyển đổi, khiến người bệnh mất thị lực dù não bộ và dây thần kinh thị giác vẫn còn nguyên vẹn.

Hệ thống của Trần Nhàn hoạt động như một cầu nối thay thế: camera gắn trên kính ghi lại cảnh vật phía trước; bộ xử lý lập tức dịch hình ảnh thành các xung điện; tín hiệu này được truyền không dây đến con chip đặt ở đáy mắt. Tại đây, 320 điện cực siêu nhỏ phát xung điện kích thích trực tiếp vào những tế bào thần kinh còn sống, mượn đường dẫn truyền tự nhiên đưa tín hiệu về não.

Thiết bị này không phục hồi thị giác nguyên bản. Bệnh nhân không nhìn thấy hình ảnh rõ nét như mắt thường, mà chỉ thấy các đốm sáng lập lòe (phosphenes). Não bộ của họ phải học lại từ đầu cách xâu chuỗi những đốm sáng đó để đoán ra đường viền, mặt chữ hay vật cản. Dù không thể trả lại đôi mắt sáng tự nhiên, công nghệ này thắp lên hy vọng giúp người mù nhận biết được đường nét, vật cản và khôi phục một phần khả năng tự lập trong sinh hoạt hàng ngày.

Bài toán hóc búa nhất là kích thước. Vết mổ phẫu thuật mắt chỉ rộng tối đa 4 mm, buộc con chip cấy ghép không được vượt quá 3x3 mm – nhỏ như hạt vừng.

Trên diện tích siêu nhỏ ấy, nhóm kỹ sư phải nén đủ 320 kênh kích thích độc lập, cuộn dây thu năng lượng và bộ truyền nhận dữ liệu hai chiều, đảm bảo bắt sóng xuyên qua lớp mô mắt dày 2 cm từ bộ phát bên ngoài.

Để giải bài toán không gian, nhóm chọn công nghệ bán dẫn 65 nanomet. Tiến trình này giúp thu nhỏ tối đa mạch điện, nhưng lại hạ trần điện áp cấp xuống còn 3,3V, thay vì mức 10–15V lý tưởng ở các thế hệ chip cũ.

"Chúng tôi phải thử và sai hàng trăm lần", Nhàn nói. Có thời điểm đặt mua điện cực từ nước ngoài không đạt độ mỏng và độ bền sinh học, cả nhóm đành tự gom tiền mua máy móc, mở xưởng tại Hàng Châu để tự sản xuất từng điện cực ba chiều.

Khó khăn kỹ thuật đi cùng gánh nặng tài chính. Sau đại dịch Covid-19, dòng tiền của công ty cạn dần. Ở vòng gọi vốn vào tháng 5 vừa qua, các quỹ đầu tư đưa ra điều kiện ngặt nghèo khi chỉ giải ngân tiếp nếu hệ thống chứng minh được hiệu quả trên cơ thể người.

Đúng ngày ấn định ca phẫu thuật thử nghiệm lâm sàng đầu tiên, bệnh nhân tình nguyện đột ngột đổi ý, không đến bệnh viện.

"Đó là giai đoạn căng thẳng nhất", Nhàn nói. "Nếu thử nghiệm thất bại hoặc không thể tiến hành, công ty sẽ quay về làm các loại vi mạch y tế thông thường để tồn tại, giấc mơ phục hồi thị giác coi như khép lại".

Phải mất thêm nhiều tuần, nhóm mới thuyết phục được nữ bệnh nhân 40 tuổi tại Chiết Giang tham gia. Hai tuần sau ca cấy ghép thành công của bác sĩ, buổi kích hoạt chip đầu tiên diễn ra vào đầu tháng 6.

Sau hai ngày kể từ lúc nhận diện chữ "L", bệnh nhân phân biệt tiếp các chữ C, H, R. Hơn một tháng sau, người này có thể dùng bút viết hai chữ "Trung Quốc", định vị được chuột máy tính và tự bước đi men theo vạch chỉ dẫn màu trắng dán trên sàn phòng thí nghiệm.

Đầu năm 2026, thiết bị của Nanochap được Cục Quản lý Sản phẩm Y tế Quốc gia Trung Quốc (NMPA) cấp phép thử nghiệm lâm sàng. Đến nay, thiết bị đã được cấy ghép trên hai bệnh nhân và đang chuẩn bị cho ca thứ ba.

Theo anh Trần Quốc Huy, kỹ sư ứng dụng cấp cao tại Cadence Design Systems Việt Nam, việc tích hợp 320 kênh kích thích vào module 3x3 mm không cần dây nối riêng lẻ là bước tiến đáng ghi nhận về mặt vi cơ điện tử.

Tuy nhiên, anh Huy cho rằng đây mới là kết quả lâm sàng ban đầu trên cỡ mẫu rất nhỏ. Ngành y tế cần theo dõi phản ứng đào thải sinh học của mô mắt trong thời gian dài, nguy cơ viêm nhiễm vết mổ, cũng như chờ đợi các báo cáo khoa học được bình duyệt độc lập trước khi đánh giá mức độ an toàn toàn diện.

Trên thế giới, cuộc đua phục hồi thị lực nhân tạo đang diễn ra ở nhiều hướng tiếp cận. Dự án Blindsight của Neuralink chọn cấy chip trực tiếp vào vỏ não thị giác và chưa thử nghiệm trên người. Trong khi đó, công nghệ PRIMA của Science Corporation dùng 378 điện cực võng mạc, đã thử nghiệm trên 40 người nhưng đòi hỏi bệnh nhân phải trải qua khóa huấn luyện thị giác kéo dài 3-4 tháng.

Nhóm của TS Nhàn chọn phương pháp mã hóa xung điện trực tiếp, rút ngắn thời gian làm quen với tín hiệu xuống vài ngày, song số lượng điện cực ít hơn đồng nghĩa độ chi tiết của hình ảnh bị giới hạn.

TS Nhàn cho biết công ty đặt mục tiêu hoàn thành 30 ca thử nghiệm trong năm nay, trước khi nộp hồ sơ xin cấp phép thương mại hóa vào năm 2027 với giá dự kiến 15.000 - 22.000 USD mỗi ca.

Rời phòng thí nghiệm sau mỗi ca kiểm tra thị lực của bệnh nhân, Nhàn thường nán lại góc hành lang bệnh viện suy ngẫm. "Thấy người ta nhận ra đốm sáng đầu tiên là mừng, nhưng con đường đưa con chip thành một ca mổ đại trà ngoài đời thực còn rất dài", anh nói.