Từ ‘tim nhân tạo’ đến robot siêu nhỏ diệt tế bào ung thư: những bước tiến kỳ diệu của công nghệ sinh học

Thực sự một tương lai như trong phim Blade Runner (con người phát minh ra những sản phẩm nhân bản có vẻ ngoài, hành động và trò chuyện như người) có đang ở rất gần hay không?

Tại một phòng thí nghiệm ở Hong Kong, các nhà khoa học từ công ty Novoheart (Canada) đang phát triển một công nghệ sinh học thực sự gây kinh ngạc: sử dụng tế bào gốc để tạo nên những trái tim sinh học nhân tạo.

Dự án đó có tên gọi: “Những trái tim trong bình”.

Sử dụng “tim nhân tạo” để thử tác dụng phụ của thuốc

Chỉ sử dụng 2,5 ml máu, Giáo sư Ronald Li và nhóm của ông đã có thể tạo ra những tế bào gốc, sau đó chuyển thành một phiên bản “nhân bản” thu nhỏ trái tim của con người.

Cơ quan nội tạng này có thể đập như tim người, phản ứng lại các loại thuốc mới theo cách giống như tim bạn. Toàn bộ tiến trình này kéo dài trong vòng 6 tháng.

Giáo sư Li tin rằng công nghệ này sẽ thúc đẩy nhanh hơn quá trình tìm ra các loại thuốc mới. Thông qua “Trái tim trong bình”, các nhà khoa học sẽ chỉ ra được những tác dụng phụ của thuốc, trước khi tiến tới bước thử nghiệm trên cơ thể con người.

Giáo sư Li cho biết: “Phát triển thuốc là một quá trình dài, tốn kém và không hiệu quả, thường tốn 2 đến 3 tỷ đô la và phải mất hơn 10 năm để phát triển một loại thuốc duy nhất, với tỷ lệ thất bại cao là 90% hoặc tệ hơn”.

“Rủi ro kinh doanh đáng kể đã dẫn đến sự e ngại trong quá trình phát triển các loại thuốc mới” – ông nói thêm.

Như vậy các mô và các cơ quan tạo nên từ tế bào gốc không chỉ là khoa học viễn tưởng nữa.

Cũng như việc tạo ra “trái tim trong bình”, các công ty công nghệ sinh học cũng đang “in” mô sống bằng các máy in 3D chuyên dụng. Mô này có thể được sử dụng để sản xuất da, sụn khớp cho cấy ghép.

Các phương pháp in sinh học (bioprinting) có sự khác nhau nhưng nguyên tắc cơ bản liên quan đến việc sử dụng vật liệu di truyền hoặc “mực sinh học” theo cách mà một máy in thông thường sử dụng mực của nó. Ngoài ra, một số vật liệu mang tính chất như “giàn giáo” (vật liệu di truyền) sẽ kết hợp vào để hình thành các hình dạng cụ thể.

Một chuyên gia về bioprinting, Aspect Biosystems, gần đây đã hợp tác với Johnson & Johnson để phát triển mô men ở đầu gối dạng 3D – tức tạo ra một hệ sụn xơ mỏng giữa các khớp.

Tamer Mohamed, giám đốc điều hành của Aspect Biosystems, cho biết: “Trong 10 đến 15 năm tới, tôi tin rằng chúng ta sẽ thấy những mô hình 3D có chứa tế bào thực sự đầu tiên được chấp nhận sử dụng như là phương pháp trị liệu bằng mô cấy ghép”.

Robot sinh học có thể “phát hiện” và “tiêu diệt” tế bào ung thư

Không chỉ tạo ra các tế bào sụn và các cơ quan nội tạng nhân tạo, các nhà khoa học còn có thể tạo ra những robot sinh học siêu nhỏ, có tên gọi là nanobot để điều trị các bệnh hiểm nghèo như ung thư, nhiễm khuẩn kháng kháng sinh.

Các nhà khoa học của Trường đại học bang Arizona (Mỹ), cùng với các nhà nghiên cứu từ Trung tâm Khoa học và Công nghệ Nano Quốc gia Trung Quốc gần đây đã lập trình một số nanobot có thể loại bỏ các khối u bằng cách cắt đứt nguồn cung cấp máu của chúng.

Không giống như các robot cơ khí mà chúng ta thường hình dung, những nanobot này có kích thước cực nhỏ, được tạo nên từ các chuỗi DNA và được “lập trình” để hoạt động trong mạch máu.

Các nhà khoa học hi vọng nếu thử nghiệm thành công nanobot có thể truy tìm các tế bào ung thư để tiêu diệt, hoặc tiêu diệt vi khuẩn. Về tính chất nanobot giống như tế bào bạch cầu.

Trong thí nghiệm đầu tiên về tác dụng của nanobot, nhóm nghiên cứu đã tiêm tế bào ung thư vào chuột để tạo ra các khối u, sau đó tiêm một số nanobot vào để thử phản ứng.

Chỉ trong vài giờ sau khi được tiêm, những nanobot này đã hoạt động. Chúng khóa các mạch máu dẫn đến khối u và tiêu diệt khối u sau liệu trình 2 tuần điều trị.

Hao Yan, một nhà khoa học Trung Quốc tham gia thử nghiệm cho biết, bước tiếp theo họ sẽ tiến hành tiêm nanobot vào cơ thể người. Dự kiến thử nghiệm sẽ diễn ra trong 3 – 5 năm tới.

“Kết quả vừa qua chỉ thể hiện bước khởi đầu của thuốc nano. Chúng tôi vô cùng hào hứng bởi công nghệ này có thể ứng dụng để điều trị cho rất nhiều loại ung thư. Bởi vì tất cả các mạch máu cung cấp dinh dưỡng cho các khối u đều có cấu tạo tương đối giống nhau”.

Ngoài bệnh ung thư, các chất liệu phi tự nhiên còn được coi như giải pháp mới cho cuộc chiến chống lại tình trạng kháng kháng sinh.

Trong khi các loại kháng sinh đang bị kháng ngày càng nhiều bởi các siêu vi khuẩn, “ninjar polymer” dường như đem lại niềm hi vọng mới mẻ.

Polime trong cuộc chiến chống lại “siêu vi khuẩn”

Các nhà nghiên cứu cho rằng siêu vi khuẩn đã gây tử vong khoảng 700.000 người mỗi năm trên toàn thế giới. Đến năm 2050, 10 triệu người có thể tử vong mỗi năm nếu thuốc kháng sinh hiện có tiếp tục mất hiệu quả.

Để chống lại viễn cảnh này, các nhà khoa học tại IBM Research Almaden (Mỹ) và các nhà khoa học Singapore đang nghiên cứu phát triển một loại polime phân tử có khả năng chống lại 5 loại siêu vi khuẩn có thể gây tử vong.

Polime hoạt động bằng cách liên kết với vi khuẩn gây bệnh, tiến vào bên dưới màng ngoài của vi khuẩn, sau đó chuyển chất lỏng bên trong vi khuẩn thành chất rắn.

Đặc biệt, vật liệu nhân tạo này tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh nhanh đến mức chúng không có đủ thời gian để sinh sản hoặc phát triển khả năng kháng thuốc.

Nhóm nghiên cứu thí nghiệm trên chuột và đã thu được thành công đáng kể: thuốc có thể trị được 5 loại siêu vi khuẩn có thể kháng lại nhiều loại kháng sinh.

Tiến sĩ James Hedrick, một trong những cá nhân chỉ đạo nghiên cứu, nói rằng công nghệ này cũng có thể ứng dụng trong điều trị ung thư, với hi vọng giảm các tác dụng phụ.

Polime sẽ trở thành liệu pháp điều trị thế hệ mới?

Polime (tiếng Anh: "polymer") là khái niệm được dùng cho các hợp chất cao phân tử (hợp chất có khối lượng phân tử lớn và trong cấu trúc của chúng có sự lặp đi lặp lại nhiều lần những mắt xích cơ bản).

Polime được sử dụng phổ biến trong thực tế với tên gọi là nhựa, nhưng polime bao gồm 2 lớp chính là polime thiên nhiên và polime nhân tạo.

Các polime hữu cơ như protein (ví dụ như tóc, da, và một phần của xương) và axít nucleic đóng vai trò chủ yếu trong quá trình tổng hợp polime hữu cơ. Có rất nhiều dạng polime thiên nhiên tồn tại chẳng hạn xenlulo (thành phần chính của gỗ và giấy).

 Theo Wikipedia

Theo BBC