Mỗi năm, thế giới cần khoảng 50 triệu lít máu để truyền cho người bệnh. Hiện nguồn máu này được lấy từ người tình nguyện, người làm nghề bán máu... Tuy nhiên, nguồn máu không chỉ đáp ứng nhu cầu điều trị, bị động và rất tốn kém trong khâu sàng lọc, bảo quản. Việc chế ra máu nhân tạo (MNT) để khắc phục các nhược điểm này là công trình hết sức có ý nghĩa mang lại hiệu quả cao trong cấp cứu và điều trị.
Từ thất bại của MNT chế từ hemoglobin động vật…
Thoạt đầu, các nhà khoa học nghĩ đến việc tạo ra các loại dịch truyền giống như máu về pH, độ nhớt, áp suất thẩm thấu. Tuy nhiên, các dịch truyền này chỉ có thể cấp cứu nhất thời những trường hợp trụy tim mạch, nhưng không thể thay được máu theo đúng nghĩa, bởi lẽ, chúng không thể nào đảm nhận được vai trò của hemoglobin chuyển ôxy đến các mô. Hơn nữa, việc truyền một lượng lớn cũng có thể gây hại. Chẳng hạn, truyền nhiều dung dịch natrichlorid sẽ gây co mạch. Ngoài ra, không thể dùng điều trị các bệnh về máu.
Sau gần 20 năm nghiên cứu MNT cho đến cuối năm 2004, dù còn tranh cãi về nguyên nhân thất bại, nhưng qua sự tranh cãi này, các nhà khoa học nhận ra rằng chỉ có cách sinh tổng hợp ra tế bào hồng cầu giống với tế bào hồng cầu tự nhiên (tế bào có chứa nhân hemoglobin) thì mới có thể khắc phục được nhược điểm của MNT.
Thoạt đầu, các nhà khoa học nghĩ đến việc tạo ra các loại dịch truyền giống như máu về pH, độ nhớt, áp suất thẩm thấu. Tuy nhiên, các dịch truyền này chỉ có thể cấp cứu nhất thời những trường hợp trụy tim mạch, nhưng không thể thay được máu theo đúng nghĩa, bởi lẽ, chúng không thể nào đảm nhận được vai trò của hemoglobin chuyển ôxy đến các mô. Hơn nữa, việc truyền một lượng lớn cũng có thể gây hại. Chẳng hạn, truyền nhiều dung dịch natrichlorid sẽ gây co mạch. Ngoài ra, không thể dùng điều trị các bệnh về máu.
Sau gần 20 năm nghiên cứu MNT cho đến cuối năm 2004, dù còn tranh cãi về nguyên nhân thất bại, nhưng qua sự tranh cãi này, các nhà khoa học nhận ra rằng chỉ có cách sinh tổng hợp ra tế bào hồng cầu giống với tế bào hồng cầu tự nhiên (tế bào có chứa nhân hemoglobin) thì mới có thể khắc phục được nhược điểm của MNT.
| |
| GS. Chris Cooper và thí nghiệm tạo ra một loại hemoglobin mới. |
Đến chế tạo MNT bằng sinh - tổng hợp tế bào hồng cầu giống với tự nhiên
Chế tạo MNT từ tế bào gốc của phôi:
Theo New Scientist, dự án được tài trợ 3 triệu bảng Anh của một công ty tài trợ nghiên cứu tư nhân Wellcome Trust, do các nhà khoa học Anh thực hiện. Theo đó, họ đã lấy 100 mẫu phôi từ các bệnh viện phụ sản chia thành nhiều dòng khác nhau để tổng hợp tế bào hồng cầu. Một trong dòng này là RC-7 đã cho kết quả biến phôi thành tế bào máu gốc và từ tế bào máu gốc tiếp tục nhân thành nhiều tế bào hồng cầu (tế bào chứa hemoglobin) có chức năng chuyên chở ôxy. Từ các tế bào hồng cầu, chuyển chúng thành nhóm máu O. MNT nhóm O có thể truyền cho mọi người có các nhóm máu khác mà không gây phản ứng bất lợi. Nếu dựa vào người cho thì nhóm máu O rất khó kiếm vì chỉ chiếm 7% trong dân số. Theo dự án, có thể sản xuất đầu tiên khoảng 1 triệu lít/năm và sẽ hoàn thành dự án sau 5 năm.
Chế tạo MNT từ tế bào gốc của da:
Dự án thực hiện tại Viện nghiên cứu Ung thư và Tế bào gốc, Trường đại học McMaster (Canada). Trước đó, các nhà khoa học lấy tế bào gốc của phôi, biệt hóa thành tế bào máu nhưng tế bào gốc phôi quá non, khi biệt hóa thành tế bào máu cũng non, không thích hợp, hơn nữa, lấy tế bào gốc từ phôi sẽ phát sinh nhiều sự tranh cãi về đạo đức. Do đó về sau, các nhà khoa học lấy tế bào gốc từ da người ở nhiều lứa tuổi khác nhau kể cả tuổi sơ sinh. Kế đó đưa DNA vào tế bào gốc (như một chất mồi) thì các tế bào gốc sẽ biệt hóa thành các tế bào máu. Tế bào máu được tạo ra từ tế bào gốc của da có ưu điểm là giống với tế bào máu trưởng thành, thích hợp với người bệnh... Theo TS. Mick Bhatia thuộc dự án trên, vào khoảng năm 2012 sẽ thử nghiệm MNT này trên người, đầu tiên sẽ dùng cho người bị máu trắng.
Chế tạo MNT từ tế bào gốc cuống rốn:
Công ty Arteriocyte bang Ohio nhận 1,95 triệu USD (năm 2008) từ Bộ Quốc phòng Mỹ để thực hiện dự án chế tạo MNT. Theo đó, họ lấy tế bào gốc từ dây rốn, sau đó biến tế bào gốc thành tế bào máu với lượng lớn bằng kỹ thuật mô phỏng theo cơ chế hoạt động của tủy xương. Nhờ kỹ thuật đó mà từ một dây rốn có thể sản xuất ra 20 đơn vị máu đủ dùng cho 3 binh sĩ bị thương (trung bình 1 binh sĩ bị thương cần 6 đơn vị máu). Tháng 7/2010, công ty này đã chế tạo thành công mẫu MNT đầu tiên, hoàn toàn giống với máu tự nhiên, thuộc nhóm máu O và đã đệ trình trình lên FDA để đánh giá và kiểm tra độ an toàn.
Theo Don Brown, giá thành MNT là 5.000USD cho một pint (0,57 lít). Tuy nhiên công ty đang cải tiến công nghệ, để mỗi dây cuống rốn sẽ sản xuất ra một lượng máu nhiều hơn. Một trong các cách đó là tạo ra khoang nuôi dưỡng tế bào gốc để chúng có chức năng sinh ra tế bào máu như cơ chế hoạt động của tủy xương. Khi cải tiến kỹ thuật và mở rộng quy mô sản xuất thì giá thành còn khoảng 1.000USD cho một pint (0,57 lít). Theo Công ty Arteriocyte và Bộ Quốc phòng Mỹ, năm 2013, máu sẽ được thử nghiệm trên người và đưa vào sử dụng 5 năm sau.
Máu nhân tạo không giống với máu tự nhiên
Chế tạo ra hemoglobin khác với hemoglobin tự nhiên
Theo GS. Chris Cooper (Trường Đại học Essex - Anh Quốc), hemoglobin tự nhiên có những nhược điểm sau: Khi ra khỏi sự bảo vệ của tế bào hồng cầu có thể bị nhiễm độc, bị phá hủy sinh ra ion sắt; ion sắt sẽ bị ôxy hóa sinh ra các sản phẩm màu nâu hay đen bất thường. Chính việc hemoglobin sinh ra các gốc ôxy tự do sẽ có hại cho tim và thận. Do đó, theo GS. Chris Cooper, thách thức lớn nhất trong chế tạo MNT là cải biến hemoglobin tự nhiên, nghĩa là phải tạo ra một loại hemoglobin mới có chức năng vận chuyển ôxy và thải khí CO2 nhưng không độc, vững bền (có thể không cần trữ lạnh) và không bị phá hủy (tồn tại lâu dài trong hệ tuần hoàn). Dưới sự chỉ đạo của GS. Chris Coope, các chuyên gia Trường đại học Essex (Anh) đã nỗ lực tạo ra một loại hemoglobin mới từ một hóa chất đặc biêt và máu bò nuôi dưỡng trong môi trường vi sinh, hiện đang đề nghị cấp bằng sáng chế.
Chế tạo ra albumin-heme không giống với hồng cầu tự nhiên
Các nhà khoa học Nhật Bản Waseda, Keio, Kumamoto phối hợp một phân tử bao gồm sắt và albumin gọi là albumin-heme. Tuy albumin-heme không giống với hồng cầu tự nhiên nhưng vẫn được coi là MNT vì albumin-heme có thể hấp thu ôxy trong phổi và chuyển đến các mô như chức năng của hồng cầu tự nhiên. Ưu điểm của albumin-heme là nhỏ hơn tế bào hồng cầu nên có thể len lỏi vào các nơi tắc nghẽn để cung cấp ôxy, vì vậy có thể dùng cho những người bị đột quỵ. Một công ty Nhật đã tìm các thay đổi gen để chế tạo ra nhiều albumin đem thử nghiệm lâm sàng nhằm nâng cao năng suất chế tạo albumin-heme.
Sau ngót 30 năm nghiên cứu, nay MNT không còn ở phạm vi thí nghiệm nữa mà đã chuyển sang sản xuất bằng quy mô công nghiệp. MNT không những sẽ đáp ứng nhu cầu máu mà còn đảm bảo về chất lượng và có thêm một số tính năng ưu việt khác.
Chế tạo MNT từ tế bào gốc của phôi:
Theo New Scientist, dự án được tài trợ 3 triệu bảng Anh của một công ty tài trợ nghiên cứu tư nhân Wellcome Trust, do các nhà khoa học Anh thực hiện. Theo đó, họ đã lấy 100 mẫu phôi từ các bệnh viện phụ sản chia thành nhiều dòng khác nhau để tổng hợp tế bào hồng cầu. Một trong dòng này là RC-7 đã cho kết quả biến phôi thành tế bào máu gốc và từ tế bào máu gốc tiếp tục nhân thành nhiều tế bào hồng cầu (tế bào chứa hemoglobin) có chức năng chuyên chở ôxy. Từ các tế bào hồng cầu, chuyển chúng thành nhóm máu O. MNT nhóm O có thể truyền cho mọi người có các nhóm máu khác mà không gây phản ứng bất lợi. Nếu dựa vào người cho thì nhóm máu O rất khó kiếm vì chỉ chiếm 7% trong dân số. Theo dự án, có thể sản xuất đầu tiên khoảng 1 triệu lít/năm và sẽ hoàn thành dự án sau 5 năm.
Chế tạo MNT từ tế bào gốc của da:
Dự án thực hiện tại Viện nghiên cứu Ung thư và Tế bào gốc, Trường đại học McMaster (Canada). Trước đó, các nhà khoa học lấy tế bào gốc của phôi, biệt hóa thành tế bào máu nhưng tế bào gốc phôi quá non, khi biệt hóa thành tế bào máu cũng non, không thích hợp, hơn nữa, lấy tế bào gốc từ phôi sẽ phát sinh nhiều sự tranh cãi về đạo đức. Do đó về sau, các nhà khoa học lấy tế bào gốc từ da người ở nhiều lứa tuổi khác nhau kể cả tuổi sơ sinh. Kế đó đưa DNA vào tế bào gốc (như một chất mồi) thì các tế bào gốc sẽ biệt hóa thành các tế bào máu. Tế bào máu được tạo ra từ tế bào gốc của da có ưu điểm là giống với tế bào máu trưởng thành, thích hợp với người bệnh... Theo TS. Mick Bhatia thuộc dự án trên, vào khoảng năm 2012 sẽ thử nghiệm MNT này trên người, đầu tiên sẽ dùng cho người bị máu trắng.
Chế tạo MNT từ tế bào gốc cuống rốn:
Công ty Arteriocyte bang Ohio nhận 1,95 triệu USD (năm 2008) từ Bộ Quốc phòng Mỹ để thực hiện dự án chế tạo MNT. Theo đó, họ lấy tế bào gốc từ dây rốn, sau đó biến tế bào gốc thành tế bào máu với lượng lớn bằng kỹ thuật mô phỏng theo cơ chế hoạt động của tủy xương. Nhờ kỹ thuật đó mà từ một dây rốn có thể sản xuất ra 20 đơn vị máu đủ dùng cho 3 binh sĩ bị thương (trung bình 1 binh sĩ bị thương cần 6 đơn vị máu). Tháng 7/2010, công ty này đã chế tạo thành công mẫu MNT đầu tiên, hoàn toàn giống với máu tự nhiên, thuộc nhóm máu O và đã đệ trình trình lên FDA để đánh giá và kiểm tra độ an toàn.
Theo Don Brown, giá thành MNT là 5.000USD cho một pint (0,57 lít). Tuy nhiên công ty đang cải tiến công nghệ, để mỗi dây cuống rốn sẽ sản xuất ra một lượng máu nhiều hơn. Một trong các cách đó là tạo ra khoang nuôi dưỡng tế bào gốc để chúng có chức năng sinh ra tế bào máu như cơ chế hoạt động của tủy xương. Khi cải tiến kỹ thuật và mở rộng quy mô sản xuất thì giá thành còn khoảng 1.000USD cho một pint (0,57 lít). Theo Công ty Arteriocyte và Bộ Quốc phòng Mỹ, năm 2013, máu sẽ được thử nghiệm trên người và đưa vào sử dụng 5 năm sau.
Máu nhân tạo không giống với máu tự nhiên
Chế tạo ra hemoglobin khác với hemoglobin tự nhiên
Theo GS. Chris Cooper (Trường Đại học Essex - Anh Quốc), hemoglobin tự nhiên có những nhược điểm sau: Khi ra khỏi sự bảo vệ của tế bào hồng cầu có thể bị nhiễm độc, bị phá hủy sinh ra ion sắt; ion sắt sẽ bị ôxy hóa sinh ra các sản phẩm màu nâu hay đen bất thường. Chính việc hemoglobin sinh ra các gốc ôxy tự do sẽ có hại cho tim và thận. Do đó, theo GS. Chris Cooper, thách thức lớn nhất trong chế tạo MNT là cải biến hemoglobin tự nhiên, nghĩa là phải tạo ra một loại hemoglobin mới có chức năng vận chuyển ôxy và thải khí CO2 nhưng không độc, vững bền (có thể không cần trữ lạnh) và không bị phá hủy (tồn tại lâu dài trong hệ tuần hoàn). Dưới sự chỉ đạo của GS. Chris Coope, các chuyên gia Trường đại học Essex (Anh) đã nỗ lực tạo ra một loại hemoglobin mới từ một hóa chất đặc biêt và máu bò nuôi dưỡng trong môi trường vi sinh, hiện đang đề nghị cấp bằng sáng chế.
Chế tạo ra albumin-heme không giống với hồng cầu tự nhiên
Các nhà khoa học Nhật Bản Waseda, Keio, Kumamoto phối hợp một phân tử bao gồm sắt và albumin gọi là albumin-heme. Tuy albumin-heme không giống với hồng cầu tự nhiên nhưng vẫn được coi là MNT vì albumin-heme có thể hấp thu ôxy trong phổi và chuyển đến các mô như chức năng của hồng cầu tự nhiên. Ưu điểm của albumin-heme là nhỏ hơn tế bào hồng cầu nên có thể len lỏi vào các nơi tắc nghẽn để cung cấp ôxy, vì vậy có thể dùng cho những người bị đột quỵ. Một công ty Nhật đã tìm các thay đổi gen để chế tạo ra nhiều albumin đem thử nghiệm lâm sàng nhằm nâng cao năng suất chế tạo albumin-heme.
Sau ngót 30 năm nghiên cứu, nay MNT không còn ở phạm vi thí nghiệm nữa mà đã chuyển sang sản xuất bằng quy mô công nghiệp. MNT không những sẽ đáp ứng nhu cầu máu mà còn đảm bảo về chất lượng và có thêm một số tính năng ưu việt khác.
Theo Sức khỏe đời sống