Thuốc ngoài vũ trụ - tương lai của y học

Tiền đề... vô tình

Tháng 2-2003, tàu con thoi Columbia nổi tiếng của Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ (NASA) phát nổ khi quay trở lại bầu khí quyển trái đất, giết chết cả 7 phi hành gia trên tàu. 3 tháng sau, trong số các mảnh vụn con tàu rải rác ở hai bang Texas và Louisiana có một loạt lọ chứa tinh thể vẫn nguyên vẹn. Những lọ này là kết quả từ một thí nghiệm mà các phi hành gia tàu Columbia thực hiện trong thời gian họ làm việc trên Trạm Vũ trụ quốc tế (ISS). Những lọ chứa tinh thể cung cấp cho các nhà sinh học thông tin quan trọng về cấu trúc của một loại protein gọi là interferon alfa-2b, thành phần hoạt chất trong thuốc Intron A, vào thời điểm ấy là một phương pháp điều trị khối u ác tính và viêm gan C. Đây được coi là một bước tiến lớn của y học thời kỳ đó trong điều trị bệnh ung thư.

Hai anh em phi hành gia Scott Kelly và Mark Kelly (phải). Ảnh: NASA

13 năm sau, tiền đề khác của việc nghiên cứu y học vũ trụ xảy đến. Hai anh em sinh đôi cùng trứng giống hệt nhau Scott Kelly và Mark Kelly đều là phi hành gia. Từ tháng 3-2015 đến 3-2016, ông Scott thực hiện nhiệm vụ du hành không gian một năm, trong khi ông Mark ở lại trái đất. Sau nhiệm vụ, hai anh em đã tham gia nghiên cứu khoa học của NASA. Kết quả đối chiếu cho thấy một năm sống ngoài không gian khiến ADN của ông Scott không còn giống với người anh song sinh. Nồng độ oxy khác biệt, năng lực của hệ miễn dịch, sự trao đổi chất dinh dưỡng... đã có những thay đổi nhất định và biểu hiện qua sự thay đổi gene. Một số thay đổi trở lại bình thường sau vài giờ nhưng một số vẫn tồn tại cho đến 6 tháng sau và thậm chí không về mức bình thường. Tỷ lệ các gene thay đổi lâu dài lên đến 7%, bao gồm các gene liên kết với hệ miễn dịch, sửa chữa ADN, các mạng lưới hình thành xương, sự lưu thông oxy và carbonic... Ngoài ra, người ta còn phát hiện trong hai tuần đầu sau khi trở lại trái đất, các telomere trong ADN của ông Scott đã dài ra. Telomere được ví như phần nắp ở đầu các ADN, chúng bị ngắn lại sau mỗi lần phân chia và tạo nên sự lão hóa. Nhiều nghiên cứu trước đó cho thấy ngăn chặn sự ngắn lại của telomere có thể giúp con người trường sinh, đẩy lùi sự lão hóa. Nhiều động vật có khả năng giữ telomere và sống rất lâu. 

Từ cơ sở nghiên cứu sự thay đổi của phi hành gia Scott Kelly, một nhóm nhà nghiên cứu do giáo sư David Sinclair đứng đầu đã khám phá ra một loại thuốc mang tính cách mạng trong việc đảo ngược quá trình lão hóa của con người. Loại thuốc này theo dự kiến sẽ giúp những đoạn ADN bị tổn thương qua thời gian được “sửa chữa” hay tái tạo, thậm chí có thể bảo vệ được các phi hành gia khỏi tác động từ bức xạ của mặt trời trong chiến dịch chinh phục sao hỏa. Nhóm nghiên cứu sau khi phát hiện ra một tín hiệu quan trọng trong quá trình phục hồi ADN và lão hóa tế bào đã tiếp tục nghiên cứu và phát triển loại thuốc này.

Tương lai của y học

Theo kết quả các nghiên cứu đã được chứng minh, trọng lực trái đất có thể ảnh hưởng tới cách tế bào giao tiếp và khiến việc duy trì tế bào gốc ở dạng tinh khiết và hữu dụng nhất trong thời gian dài trở nên phức tạp hơn. Các nhà khoa học cũng gặp khó khăn trong nghiên cứu cấu trúc tinh thể của protein quan trọng, ví dụ protein gắn liền với ung thư, virus, rối loạn di truyền và bệnh tim. Lực hút của trường hấp dẫn của trái đất có thể che giấu một số cách mà các tế bào giao tiếp với nhau, khiến việc hiểu tại sao chúng lại hành xử như vậy trở nên khó khăn hơn. Điều này cũng gây nhiều 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 phát triển các tinh thể dễ vỡ này từ đầu là rất quan trọng để phân tích các khối u hoặc virus phát triển. 

Từ những cơ sở ban đầu, các nhà khoa học đã khám phá, trong không gian, một số thay đổi sâu sắc diễn ra trong các tế bào, bao gồm những thay đổi trong tín hiệu tế bào, tập hợp tế bào hoặc trong vật lý chuyển động của chất lỏng do vi trọng lực. Tế bào gốc có thể phát triển nhanh hơn trong không gian một ngày nào đó có thể hữu ích trong nghiên cứu điều trị bằng tế bào gốc.

Thử nghiệm bên ngoài điều kiện trái đất tạo cơ hội cho những khám phá không thể thực hiện trên trái đất, có thể trở thành nền tảng để nghiên cứu tốt hơn các hiện tượng sinh học và di truyền quan trọng. Các nghiên cứu cho thấy môi trường trọng lực thấp trên ISS giúp đẩy nhanh việc tạo ra và khám phá các hợp chất phức tạp được sử dụng trong dược phẩm. Các nhà khoa học y học đã thực hiện những thử nghiệm trong không gian cho phép họ phân tích và tạo ra nhiều loại thuốc không có trọng lực, điều này có thể tạo ra những phát hiện bất ngờ giúp thúc đẩy nghiên cứu trên trái đất.

Tàu con thoi Columbia đã để lại những thông tin quan trọng về cấu trúc interferon alfa-2b. Ảnh: NASA

Đầu năm 2021, một nhóm nhà nghiên cứu tại Viện Tế bào gốc San Diego thuộc Đại học California, đã đánh giá các mẫu tế bào sau khi chúng trở về từ quỹ đạo trái đất tầm thấp. Trong lần thử nghiệm đầu tiên, nhóm đã phát hiện ra các tế bào gốc ung thư tái tạo dễ dàng hơn và trở nên kháng lại các liệu pháp chữa trị tiêu chuẩn trong quỹ đạo trái đất tầm thấp, do điều kiện vi trọng lực. Bằng chứng ngày càng cho thấy, các điều kiện vi trọng lực có thể đẩy nhanh quá trình lão hóa, viêm nhiễm và rối loạn chức năng miễn dịch trong tế bào gốc của con người. Hiểu được quá trình này không chỉ hữu ích trong việc giữ sức khỏe cho các phi hành gia, mà nó còn có thể giúp tìm ra cách tốt hơn để điều trị ung thư trên trái đất. Giáo sư Catriona Jamieson, Trường Y khoa UC San Diego, thành viên của nhóm nghiên cứu cho biết: "Bằng cách tiến hành các thí nghiệm này trên quỹ đạo thấp của trái đất, chúng tôi có thể hiểu được cơ chế tiến hóa của bệnh ung thư trong khung thời gian nén và cung cấp thông tin cho sự phát triển của các chiến lược ức chế tế bào gốc ung thư mới. Những phát hiện này sẽ cung cấp thông tin cho sự phát triển của các mô hình dự đoán bệnh ung thư và nhiều bệnh liên quan đến rối loạn chức năng miễn dịch và có thể dẫn đến sự phát triển của các loại thuốc mới ngăn ngừa hoặc điều trị những tình trạng này trong quá trình khám phá không gian và trên trái đất”.

Thực tế những năm gần đây, việc phát triển thuốc trong không gian đã tạo ra nhiều đột phá quan trọng. Clive Svendsen, giám đốc điều hành Viện Y học tái tạo tại Cedars-Sinai ở Los Angeles và cộng sự đang thực hiện một loạt thí nghiệm hợp tác với NASA. Túi tế bào gốc được chở lên trạm ISS. Các nhà nghiên cứu có thể quan sát chúng phát triển qua video từ xa. Những dấu hiệu ban đầu cho thấy chúng dường như phát triển tốt hơn trên trái đất, dấy lên hy vọng trong tương lai, liệu pháp dựa trên tế bào gốc có thể ra đời trong vũ trụ. Công nghệ sinh học MicroQuin (Massachusetts, Mỹ) đã cho ra đời dòng thuốc mới dành cho điều trị ung thư tử cung, ung thư vú, cũng như chấn thương sọ não, bệnh Parkinson, thậm chí bệnh cúm, dựa trên họ protein có tên TMBIM. Protein TMBIM có thể được sử dụng để đảo ngược thay đổi nếu giới nghiên cứu biết cách điều khiển chúng. Trong khi trọng lực khiến TMBIM cực khó kết tinh trên trái đất, MicroQuin có thể làm được điều này trong vũ trụ.

Việc nghiên cứu phát triển thuốc chữa bệnh bên ngoài vũ trụ đã gặt hái được những thành tựu nhất định. Tuy nhiên, vấn đề chính khi nghiên cứu trong vũ trụ là kinh phí. Chi phí cho một thí nghiệm trên trạm ISS và đưa trở về trái đất là 7,5 triệu USD. Đây cũng là lĩnh vực có tính cạnh tranh cao bởi hàng nghìn nhà khoa học trên thế giới muốn làm thí nghiệm trên quỹ đạo. 

TRẦN LONG