Giới khoa học đã chạm đến cột mốc nào của máu nhân tạo?

Nghiên cứu của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) chỉ ra rằng, có hàng triệu người trên toàn cầu tử vong mỗi năm do không có đủ nguồn cung cấp máu.

Máu tạo ra từ phòng thí nghiệm đã được truyền vào cơ thể người trong thử nghiệm lâm sàng đầu tiên năm 2022, đặc biệt là ở những bệnh nhân có nhóm máu hiếm. Các nhà khoa học cũng đang nỗ lực phát triển máu tổng hợp nhằm hỗ trợ cấp cứu, phẫu thuật và truyền máu.

Vậy hiện tại, các nhà khoa học đang ở mức độ nào trong nghiên cứu phát triển máu nhân tạo?

Máu nhân tạo là gì?

Máu nhân tạo là một thuật ngữ bao gồm cả máu tạo ra từ phòng thí nghiệm và máu tổng hợp. Máu tổng hợp, hiện vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu, là chất thay thế được tạo ra hoàn toàn bởi con người và không chứa tế bào người.

Máu nhân tạo mô phỏng chức năng của các tế bào máu bằng cách vận chuyển oxy. Nó được thiết kế chủ yếu để sử dụng trong trường hợp khẩn cấp hoặc y học quân sự, khi cần cung cấp oxy ngay lập tức nhưng khó có thể tìm được nhóm máu phù hợp.

Ví dụ, quân đội Mỹ đã đầu tư 46 triệu USD để phát triển ErythroMer, một chất thay thế máu tổng hợp được thiết kế để tương thích và ổn định mà không cần làm lạnh. Sản phẩm này vẫn đang được nghiên cứu và thử nghiệm để xác định tính an toàn và hiệu quả.

Máu tạo ra từ phòng thí nghiệm dựa trên cơ chế nuôi cấy các tế bào hồng cầu của con người trong môi trường được kiểm soát bên ngoài cơ thể. Quá trình này bắt đầu với tế bào gốc, là những tế bào đặc biệt có thể phát triển thành các loại tế bào khác nhau trong cơ thể. Chúng bao gồm tế bào hồng cầu, tiểu cầu (giúp máu đông lại), hoặc thậm chí là tế bào da, tùy thuộc vào vị trí tìm thấy tế bào gốc và và phương pháp kích thích chúng.

Các nhà khoa học sử dụng một loại tế bào cụ thể gọi là tế bào gốc tạo máu, loại tế bào này tạo ra tất cả các loại tế bào máu, bao gồm bạch cầu, hồng cầu và tiểu cầu. Chúng có trong tủy xương hoặc trong máu của người hiến tặng. Để biến đổi những tế bào gốc này thành tế bào hồng cầu, chúng được đặt trong môi trường phòng thí nghiệm và tiếp xúc với các yếu tố tăng trưởng là những chất tự nhiên giúp tế bào phát triển.

Trong nhiều tuần, các tế bào gốc dần dần chuyển thành tế bào hồng cầu trưởng thành và hoạt động giống như các tế bào hồng cầu tự nhiên. Giáo sư Cedric Ghevaert tại Đại học Cambridge (Anh) giải thích rằng các nhà khoa học có thể “chỉnh sửa gene” tế bào gốc để tăng cường sản xuất máu và loại bỏ các dấu hiệu nhóm máu. Điều này giúp họ tạo ra máu có thể truyền cho bất kỳ ai, mà không cần phải khớp với các nhóm máu cụ thể.

Một khi có sẵn, các tế bào máu nuôi cấy trong phòng thí nghiệm có thể giúp việc điều trị một số trường hợp y tế hiệu quả hơn.

Các nhà khoa học đã chạm đến mốc nào của tạo máu nhân tạo

Các sản phẩm máu được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm hoặc máu tổng hợp hiện chỉ đang ở giai đoạn nghiên cứu và phát triển. Năm 2022, một thử nghiệm lâm sàng ở Anh đã đánh dấu cột mốc quan trọng bằng việc truyền tế bào hồng cầu được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm vào tình nguyện viên để đánh giá tiêu chuẩn an toàn và tuổi thọ của chúng.

Sẽ cần nhiều thử nghiệm hơn nữa trước khi sản phẩm này có thể được phê duyệt y tế để sử dụng thương mại. Ngoài ra, việc sản xuất máu nhân tạo từ phòng thí nghiệm hiện tại tốn kém hơn nhiều so với sử dụng máu hiến tặng.

Năm 2013, Cơ quan Quản lý các dự án nghiên cứu cao cấp Bộ Quốc phòng Mỹ (DARPA) thông báo rằng, các vật liệu hóa học cần thiết để sản xuất một đơn vị máu nhân tạo trong phòng thí nghiệm có giá hơn 90.000 USD. Nhờ những tiến bộ trong phương pháp sản xuất, chi phí này hiện đã giảm xuống còn dưới 5.000 USD cho mỗi đơn vị. Để so sánh, các bệnh viện ở Mỹ trả trung bình 215 USD cho mỗi đơn vị hồng cầu được hiến tặng vào năm 2019.

Một nghiên cứu sơ bộ ở Nhật Bản vào năm 2022 đã thử nghiệm các túi hemoglobin - thành phần máu nhân tạo nhỏ được thiết kế để vận chuyển oxy mô phỏng theo cách thức của các tế bào hồng cầu. Nghiên cứu này xem xét liệu chúng có thể là một giải pháp thay thế an toàn và hiệu quả cho việc truyền máu thông thường hay không.

Nghiên cứu bao gồm 12 tình nguyện viên nam khỏe mạnh trong độ tuổi từ 20 đến 50, được chia thành ba nhóm. Mỗi nhóm được tiêm tĩnh mạch một lần các túi hemoglobin với lượng tăng dần: 10ml, 50ml và 100ml. Một số người tham gia đã gặp phải các tác dụng phụ nhẹ, như sốt và phát ban, nhưng các vấn đề này đã nhanh chóng thuyên giảm. Không có thay đổi đáng kể nào về các dấu hiệu sinh tồn, bao gồm cả huyết áp.

Các chuyên gia cho biết, máu nhân tạo có thể hỗ trợ giúp giảm tình trạng thiếu máu toàn cầu, đặc biệt là ở các nước có thu nhập thấp và trung bình. Theo WHO, trên toàn thế giới có khoảng 118,5 triệu lượt hiến máu, trong đó 40% tập trung ở các nước có thu nhập cao, nơi chỉ chiếm 16% dân số toàn cầu. Tình trạng thiếu hụt máu nghiêm trọng vẫn tiếp diễn, đặc biệt là ở châu Phi cận Sahara, Nam Á và Châu Đại Dương. Ở những khu vực này, tỷ lệ tử vong do xuất huyết cao hơn đáng kể so với các quốc gia giàu có hơn.

Khu vực nông thôn ở các quốc gia có thu nhập thấp và trung bình chịu ảnh hưởng nặng nề nhất, hình thành nên “sa mạc máu” – nơi hơn 75% bệnh nhân cần truyền máu không thể tiếp cận được máu. Tuy nhiên, tình trạng thiếu hụt đó chủ yếu là do các vấn đề về lưu trữ và tiếp cận. Ví dụ, do các ngân hàng máu thường cách xa hàng giờ di chuyển nên các bác sĩ ở những khu vực này buộc phải trì hoãn hoặc hủy các ca phẫu thuật.

Giáo sư Ghevaert nhận định, một trong những lợi thế chính của máu nhân tạo từ phòng thí nghiệm cũng là giá trị của nó trong các tình huống khủng hoảng, chẳng hạn như đại dịch, chiến tranh hoặc thiên tai khi nhu cầu tăng đột biến.