Môi trường không trọng lượng và tương lai y học

Giới khoa học đang phát triển các thí nghiệm y học trong môi trường không trọng lượng trên quỹ đạo. (Ảnh minh họa: Getty Images)

Một phòng thí nghiệm nằm lọt thỏm trong góc một tòa nhà chọc trời ở trung tâm thành phố Tel Aviv (Israel) đang nắm giữ cái mà doanh nhân Yossi Yamin gọi là “nhà máy sản xuất nhỏ kiểu vali của điệp viên James Bond, chạy bằng năng lượng mặt trời”.

Không còn là viễn tưởng

Bốn năm qua, những hộp kim loại nhỏ này, được phủ bằng các tấm pin mặt trời, nhiều lần bay vào quỹ đạo từ tên lửa SpaceX. Chúng mang lại cho con người những hiểu biết mới mang tính đột phá, về các tế bào ung thư bạch cầu đến cách tạo ra món bít tết trong phòng thí nghiệm.

Ông Yossi Yamin, hiện là Giám đốc điều hành SpacePharma - công ty làm việc với các bệnh viện nhi và các hãng dược phẩm lớn trên khắp thế giới, đi tiên phong trong một ngành công nghiệp mới.

Bằng cách sử dụng công nghệ được phát triển tại Technion, trường đại học lâu năm nhất của Israel, ngày càng có nhiều nhà sinh vật học có thể thu nhỏ các thí nghiệm của mình và gửi lên Trạm vũ trụ quốc tế (ISS).

“Đây không còn là khoa học viễn tưởng nữa”, ông Yamin nói. Năm ngoái, họ đã hoàn thành bảy thí nghiệm trên quỹ đạo và trong tháng tới sẽ thực hiện năm cuộc thử nghiệm trên không gian ở các lĩnh vực khác nhau, từ chăm sóc da đến thuốc trường sinh và các bệnh về não.

Bước đột phá lớn

Ý tưởng rời Trái đất để tiếp tục nghiên cứu y học đã có từ buổi bình minh của thời đại vũ trụ. Cơ quan Hàng không vũ trụ Mỹ (NASA) cho biết, các phi hành gia có thể nghiên cứu phương pháp chữa trị ung thư hoặc nhiều căn bệnh khác đang ảnh hưởng đến loài người từ vũ trụ - nơi không chịu ảnh hưởng của lực hấp dẫn.

Lực hút của Trái đất khiến các nhà khoa học khó nhận biết được cách thức các tế bào tương tác với nhau, đồng thời khiến việc giữ tế bào gốc ở trạng thái tinh khiết nhất trong thời gian dài trở nên phức tạp hơn nhiều, do lực hấp dẫn là nhân tố thúc đẩy tế bào phát triển. Nó cũng gây khó khăn cho các nhà khoa học trong việc nghiên cứu cấu trúc tinh thể phức tạp của các protein quan trọng, ví dụ những protein liên quan đến ung thư, virus, rối loạn di truyền và bệnh tim. Việc nghiên cứu sự phát triển của các tế bào này ngay từ đầu rất quan trọng, để hiểu được tiến trình phát triển của một khối u hoặc các loại virus. Tuy nhiên, khi các tế bào lớn lên ở Trái đất, lực hấp dẫn kéo chúng lại với nhau, khiến việc quan sát trở nên khó khăn.

Giáo sư Thais Russomano, chuyên gia y học vũ trụ và Giám đốc điều hành của công ty tư vấn InnovaSpace cho biết: “Việc tìm hiểu cấu trúc 3D của protein liên quan đến các tình trạng sức khỏe nhất định có thể giúp hiểu rõ hơn về cách cải thiện hoặc ức chế chức năng của chúng”.

Điều này mang lại những bước đột phá lớn. Đối với công ty công nghệ sinh học MicroQuin có trụ sở tại Massachusetts (Mỹ), một loạt thí nghiệm được thực hiện trên ISS trong bốn năm qua đã giúp khởi động dòng thuốc mới điều trị ung thư buồng trứng, ung thư vú, bệnh Parkinson gây tổn thương não, và cả bệnh cúm, dựa trên những protein được gọi là TMBIMs.

Các nhà khoa học từ lâu đã muốn tìm hiểu TMBIMs vì chúng giúp điều chỉnh môi trường bên trong tế bào. Trong một số bệnh ung thư và bệnh thoái hóa thần kinh, môi trường này trở nên độc hại và những protein TMBIMs có thể được sử dụng để làm giảm mức độc hại. Tuy nhiên, lực hấp dẫn khiến TMBIMs rất khó kết tinh trên Trái đất, và MicroQuin đã có thể làm như vậy trong không gian vũ trụ.

Scott Robinson, người sáng lập kiêm Giám đốc điều hành của MicroQuin cho biết: “Cúm là ví dụ điển hình, bởi vì khi virus xâm nhập trong tế bào, nó thay đổi toàn bộ môi trường bên trong tế bào để có khả năng oxy hóa cao. Nhưng nếu sử dụng TMBIMs, bạn có thể ngăn chặn sự lây lan của bệnh cúm. Nó cũng có thể được sử dụng như một liệu pháp kết hợp để điều trị các tế bào ung thư”.

Phát triển tế bào gốc

Tế bào gốc được cho là sẽ mở ra một kỷ nguyên y học tái tạo, giúp phục hồi các cơ quan bị tổn thương và mang lại hy vọng mới cho những người bị suy tim hoặc suy gan. Đến nay, các nhà khoa học đã chật vật tìm kiếm các phương pháp điều trị khả thi. Quá trình này không chỉ tốn kém và không hiệu quả – cứ 1 triệu tế bào gốc được phát triển, chỉ có khoảng 100 tế bào có thể được tái lập trình thành công thành cơ tim hoặc tế bào gan, mà những tế bào được phát triển cũng không thích nghi tốt khi được cấy ghép vào cơ thể.

Ông Clive Svendsen, Giám đốc điều hành của Viện y học tái tạo tại Ceders-Sinai ở Los Angeles cho biết: “Chất lượng của các tế bào không phải lúc nào cũng tốt. Chúng thường có những bất thường hoặc phát triển quá chậm. Câu hỏi đặt ra là: có thể phát triển một tế bào tốt hơn trên quỹ đạo không?”.

Svendsen và các đồng nghiệp đang cố gắng tìm câu trả lời thông qua một loạt thí nghiệm hợp tác với NASA. Đưa các tế bào gốc lên ISS, các nhà nghiên cứu từ mặt đất có thể quan sát sự phát triển của chúng thông qua hình ảnh video. Những dấu hiệu ban đầu cho thấy chúng phát triển trên quỹ đạo tốt hơn ở Trái đất, làm tăng hy vọng rằng trong tương lai, các liệu pháp dựa trên tế bào gốc thậm chí có thể được tạo ra trong không gian.

Svendsen nói: “Hiện tại chi phí để phát triển tế bào gốc trên vũ trụ rất cao. Tuy nhiên, nếu chúng có thể được biến đổi thành các tế bào tim, tế bào thận, tế bào thần kinh với chất lượng cao, thì có lẽ chúng ta có thể nghĩ đến việc tạo ra các tế bào trong không gian trước khi đưa chúng trở lại mặt đất để cấy ghép”.