Các nhà khoa học đã tiến gần đến việc sản xuất máu nhân tạo như thế nào?

Các thử nghiệm lâm sàng từ Anh đến Nhật Bản đang thử nghiệm các loại máu nhân tạo để ngăn ngừa tử vong do thiếu máu, mở ra hy vọng cho một tương lai không còn thiếu máu.

Các nhà khoa học đang nghiên cứu sản xuất máu nhân tạo giữa lúc thiếu hụt máu và nhu cầu về truyền máu an toàn.

Theo các nghiên cứu của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), hàng triệu người chết mỗi năm trên toàn cầu do thiếu máu. Máu mang oxy đến các bộ phận trong cơ thể và loại bỏ các sản phẩm thải, cùng với nhiều chức năng quan trọng khác.

Máu nuôi cấy trong phòng thí nghiệm đã được sử dụng trên con người trong thử nghiệm lâm sàng đầu tiên vào năm 2022, đặc biệt là đối với bệnh nhân có nhóm máu hiếm.

Các nhà khoa học cũng đang nỗ lực phát triển máu tổng hợp như một phần của các chiến lược hỗ trợ y tế khẩn cấp, phẫu thuật và truyền máu.

Máu nhân tạo có thể giải quyết vấn đề thiếu hụt, đặc biệt là đối với những người có nhóm máu hiếm.

Máu nhân tạo là gì?

Máu nhân tạo là thuật ngữ rộng, bao gồm cả máu nuôi cấy trong phòng thí nghiệm và máu tổng hợp.

Máu tổng hợp, hiện vẫn đang được nghiên cứu, là một chất thay thế hoàn toàn do con người tạo ra và không chứa tế bào người. Các phân tử nhân tạo này mô phỏng chức năng của các tế bào máu bằng cách vận chuyển oxy. Nó chủ yếu được thiết kế để sử dụng trong các tình huống khẩn cấp hoặc y học quân sự, nơi việc cung cấp oxy ngay lập tức là cần thiết nhưng việc tìm máu phù hợp lại khó khăn.

Ví dụ, quân đội Hoa Kỳ đã đầu tư 46 triệu USD vào việc phát triển ErythroMer, một chất thay thế máu tổng hợp được thiết kế để tương thích với mọi người và ổn định mà không cần bảo quản lạnh. Sản phẩm này vẫn đang được nghiên cứu và thử nghiệm để xác định tính an toàn và hiệu quả của nó.

Ngược lại, máu nuôi cấy trong phòng thí nghiệm được tạo ra bằng cách nuôi cấy các tế bào hồng cầu người trong môi trường kiểm soát bên ngoài cơ thể.

Theo Cedric Ghevaert, giáo sư y học truyền máu tại Đại học Cambridge (Anh), khi có sẵn, các tế bào máu nuôi cấy có thể giúp việc điều trị một số trường hợp y tế trở nên hiệu quả hơn. Ví dụ, tiểu cầu nuôi cấy trong phòng thí nghiệm có thể giúp cầm máu tốt hơn ở bệnh nhân chấn thương so với tiểu cầu cho bệnh nhân ung thư máu, những người nhận tiểu cầu để ngăn ngừa chảy máu thay vì để cầm máu tích cực.

Máu nuôi cấy trong phòng thí nghiệm được tạo ra như thế nào?

Quá trình này bắt đầu với các tế bào gốc, là những tế bào đặc biệt có khả năng phát triển thành nhiều loại tế bào khác nhau trong cơ thể, bao gồm hồng cầu, tiểu cầu (giúp máu đông lại), hay thậm chí tế bào da, tùy thuộc vào nơi các tế bào gốc được tìm thấy và cách chúng được kích thích.

Các nhà khoa học sử dụng một loại tế bào đặc biệt gọi là tế bào gốc tạo máu, chúng sản xuất tất cả các loại tế bào máu, bao gồm bạch cầu, hồng cầu và tiểu cầu. Các tế bào này được tìm thấy trong tủy xương – mô mềm bên trong xương – hoặc trong máu của người hiến tặng.

Để biến các tế bào gốc này thành hồng cầu, chúng được đặt trong môi trường phòng thí nghiệm và tiếp xúc với các yếu tố tăng trưởng – những chất tự nhiên giúp tế bào phát triển. Qua vài tuần, các tế bào gốc dần dần chuyển hóa thành hồng cầu trưởng thành và hoạt động giống như hồng cầu tự nhiên.

Ghevaert giải thích rằng các nhà khoa học có thể “chỉnh sửa gen” của tế bào gốc để tăng cường sản xuất máu và loại bỏ các dấu hiệu nhóm máu. Điều này có thể cho phép họ tạo ra máu có thể sử dụng cho bất kỳ ai, mà không cần phải phù hợp với nhóm máu cụ thể.

Các nhà khoa học đã gần sản xuất máu nhân tạo đến đâu?

Hiện tại, máu nuôi cấy trong phòng thí nghiệm hoặc máu tổng hợp chỉ đang ở giai đoạn nghiên cứu và phát triển.

Vào năm 2022, một thử nghiệm lâm sàng tại Anh đã đánh dấu một cột mốc quan trọng khi truyền hồng cầu nuôi cấy trong phòng thí nghiệm vào người tình nguyện để đánh giá các tiêu chuẩn an toàn và độ bền của chúng.

Cần thêm nhiều thử nghiệm nữa trước khi sản phẩm này có thể được chấp thuận sử dụng trong y tế.

Bên cạnh đó, việc sản xuất máu nuôi cấy trong phòng thí nghiệm hiện nay đắt đỏ hơn rất nhiều so với việc sử dụng máu hiến tặng.

Năm 2013, một cơ quan của chính phủ Mỹ báo cáo rằng, các vật liệu hóa học cần thiết để sản xuất một đơn vị máu nuôi cấy có giá hơn 90.000 USD. Nhờ vào những tiến bộ trong phương pháp sản xuất, chi phí này hiện nay đã giảm xuống dưới 5.000 USD mỗi đơn vị. Trong khi đó, các bệnh viện ở Mỹ trả trung bình 215 USD mỗi đơn vị hồng cầu hiến tặng vào năm 2019.

Máu nhân tạo đã được sử dụng trong thử nghiệm lâm sàng chưa?

Một thử nghiệm lâm sàng tại Anh vào năm 2022 đã đánh dấu lần đầu tiên thực hiện quy trình này.

Một nghiên cứu tại Nhật Bản vào năm 2022 đã thử nghiệm các túi huyết sắc tố, các thành phần máu nhân tạo nhỏ được thiết kế để mang oxy giống như các tế bào hồng cầu thực. Nghiên cứu này kiểm tra xem liệu chúng có thể là một sự thay thế an toàn và hiệu quả cho truyền máu thông thường không.

Nghiên cứu đã có 12 tình nguyện viên nam khỏe mạnh, từ 20 đến 50 tuổi, chia thành ba nhóm. Mỗi nhóm nhận một mũi tiêm tĩnh mạch đơn lẻ với các lượng huyết sắc tố tăng dần: 10ml, 50ml và 100ml.

Một số người tham gia đã trải qua các tác dụng phụ nhẹ như sốt và phát ban, nhưng các vấn đề này đã nhanh chóng biến mất. Không có sự thay đổi đáng kể nào về các chỉ số sinh tồn, bao gồm huyết áp.

Còn bao lâu nữa mới có thể sản xuất máu thương mại?

Vẫn còn nhiều trở ngại trên con đường sản xuất máu thương mại.

Các vấn đề bao gồm cách làm tăng sản lượng để đáp ứng nhu cầu lâm sàng đồng thời đảm bảo sự an toàn và chức năng của các sản phẩm máu nuôi cấy hoặc máu tổng hợp.

Bên cạnh đó, các cơ quan quản lý như Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) và Cơ quan Dược phẩm Châu Âu vẫn đang xem xét liệu máu nuôi cấy có nên được phân loại là liệu pháp tế bào hay thuốc, điều này sẽ quyết định cách thức quản lý nó, theo Cedric Ghevaert.

“Đây là một loại sản phẩm mới đối với bất kỳ cơ quan quản lý nào, điều này có nghĩa là chúng ta đang ở trong lãnh thổ chưa được biết đến,” ông Cedric Ghevaert.

Có thể tạo ra máu nhân tạo cho các nhóm máu hiếm không?

Máu nuôi cấy trong phòng thí nghiệm có thể được điều chỉnh cho các nhóm máu hiếm.

Máu tổng hợp, không có tế bào, mang oxy mà không cần các dấu hiệu nhóm máu cụ thể. Điều này có thể làm cho nó trở thành một lựa chọn thay thế phổ biến cho truyền máu, giảm bớt sự cần thiết phải khớp chính xác các nhóm máu.

Ngoài các nhóm máu ABO và Rh thông thường, các nhà khoa học đã xác định được 36 hệ thống nhóm máu khác nhau, mỗi hệ thống có những đặc điểm riêng biệt. Tổng cộng có hơn 600 kháng nguyên khác nhau – những dấu hiệu nhỏ trên bề mặt các tế bào hồng cầu giúp hệ miễn dịch nhận diện máu là “an toàn” hoặc “lạ”.

Một nhóm máu được coi là hiếm nếu nó thiếu các kháng nguyên phổ biến mà hầu hết mọi người có hoặc có các kháng nguyên lạ mà hầu hết mọi người không có. Điều này khiến việc tìm kiếm người hiến máu phù hợp trở nên khó khăn hơn.

Liệu việc tạo ra máu nhân tạo có giải quyết được tình trạng thiếu máu toàn cầu không?

Máu nhân tạo có tiềm năng giảm bớt tình trạng thiếu máu toàn cầu, đặc biệt là ở các quốc gia có thu nhập thấp và trung bình.

Theo WHO, khoảng 118,5 triệu đơn vị máu được thu thập trên toàn thế giới, với 40% được thu thập ở các quốc gia có thu nhập cao, mặc dù những quốc gia này chỉ chiếm 16% dân số toàn cầu.

Các nghiên cứu gần đây cũng chỉ ra rằng cần khoảng 2.000 đơn vị máu trên 100.000 người để đáp ứng nhu cầu y tế toàn cầu, tuy nhiên tình trạng thiếu máu nghiêm trọng vẫn tiếp tục, đặc biệt là ở khu vực Saharan châu Phi, Nam Á và Châu Đại Dương.

Ở những khu vực này, nơi nguồn cung máu thiếu trầm trọng, tỷ lệ tử vong do xuất huyết cao hơn đáng kể so với các quốc gia giàu có.

Các cộng đồng nông thôn ở các quốc gia thu nhập thấp và trung bình chịu ảnh hưởng nặng nề nhất, tạo thành những “sa mạc máu” – những khu vực mà hơn 75% bệnh nhân cần truyền máu không thể tiếp cận được nguồn máu.

Tuy nhiên, tình trạng thiếu hụt này chủ yếu là do vấn đề lưu trữ và tiếp cận máu. Ví dụ, với các ngân hàng máu thường cách xa hàng giờ, các bác sĩ ở những khu vực này buộc phải trì hoãn hoặc hủy bỏ các ca phẫu thuật cứu sống.

Ghevaert cho biết một trong những lợi ích chính của máu nuôi cấy trong phòng thí nghiệm là giá trị của nó trong các tình huống khủng hoảng, như đại dịch, chiến tranh hoặc thảm họa thiên nhiên khi nhu cầu tăng đột ngột.