Máu nhân tạo - tiềm năng tương lai

Các nhà khoa học Anh và Nhật Bản đang nghiên cứu máu nhân tạo, trong bối cảnh tình trạng thiếu máu tiếp diễn và nhu cầu truyền máu an toàn ngày càng tăng.

Máu có chức năng vận chuyển oxy đi khắp cơ thể và loại bỏ chất thải. Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), hàng triệu người tử vong mỗi năm do thiếu máu.

Năm 2022, các nhà khoa học bắt đầu sử dụng máu được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm để thử nghiệm lâm sàng, đặc biệt ở những bệnh nhân có nhóm máu hiếm. Họ cũng nghiên cứu phát triển máu tổng hợp để hỗ trợ cấp cứu, phẫu thuật và truyền máu. Vậy hiện nay công nghệ này đã tiến bộ đến đâu?

Máu nhân tạo là gì?

Máu nhân tạo bao gồm máu nuôi cấy trong phòng thí nghiệm và máu tổng hợp. Máu tổng hợp là một chất thay thế hoàn toàn và chứa tế bào người. Các phân tử được này bắt chước chức năng của tế bào máu trong việc vận chuyển oxy. Nó được thiết kế chủ yếu để sử dụng trong trường hợp khẩn cấp hoặc y học quân sự, nơi cần cung cấp oxy ngay lập tức nhưng việc tìm nhóm máu phù hợp gặp khó khăn.

Quân đội Mỹ đã đầu tư 46 triệu USD để phát triển ErythroMer, một chất thay thế máu tổng hợp tương thích với mọi nhóm máu 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, hiệu quả.

Mặt khác, máu nuôi cấy trong phòng thí nghiệm được tạo ra bằng cách nuôi cấy các tế bào hồng cầu của người trong môi trường được kiểm soát bên ngoài cơ thể. Cedric Ghevaert, giáo sư y học truyền máu tại ĐH Cambridge ở Anh, cho biết loại máu này có thể hỗ trợ điều trị một số trường hợp y tế hiệu quả hơn. Ví dụ, tiểu cầu nuôi cấy trong phòng thí nghiệm có thể giúp bệnh nhân chấn thương cầm máu tốt. Người được truyền tiểu cầu có thể ngăn ngừa chảy máu, thay vì cầm máu đã chảy.

Cách tạo ra máu nhân tạo

Quá trình nuôi cấy máu trong phòng thí nghiệm bắt đầu với tế bào gốc tạo máu, là những tế bào đặc biệt có thể phát triển thành nhiều loại tế bào khác nhau trong cơ thể: hồng cầu, tiểu cầu (giúp máu đông) và bạch cầu. Chúng được tìm thấy trong tủy xương - mô mềm bên trong xương - hoặc trong máu của người hiến tặng.

Để biến những tế bào gốc này thành hồng cầu, các nhà khoa học đặt chúng trong môi trường phòng thí nghiệm và tiếp xúc với các yếu tố tăng trưởng - chất tự nhiên giúp tế bào phát triển. Trong vài tuần, tế bào gốc dần dần biến đổi thành các tế bào hồng cầu trưởng thành và hoạt động giống như các tế bào tự nhiên.

Giáo sư Ghevaert giải thích, 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 cho phép họ tạo ra máu có thể truyền cho bất kỳ ai mà không cần phân nhóm cụ thể như A, B, O hay AB.

Các nhà khoa học cho rằng máu nhân tạo sẽ giải quyết tình trạng thiếu máu. Ảnh: AP

Tiến trình nghiên cứu máu nhân tạo

Các sản phẩm máu nuôi cấy trong phòng thí nghiệm hoặc máu tổng hợp chỉ đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển. Năm 2022, các nhà khoa học ở Anh lần đầu truyền tế bào hồng cầu nuôi cấy trong phòng thí nghiệm cho các tình nguyện viên để đánh giá tiêu chuẩn an toàn và tuổi thọ của chúng. Sản phầm cần được phê duyệt về mặt y tế, trước khi triển khai thương mại.

Ngoài ra, việc sản xuất máu trong phòng thí nghiệm tốn kém hơn nhiều so với sử dụng máu hiến tặng. Năm 2013, Cơ quan Dự án Nghiên cứu Quốc phòng Tiên tiến (DARPA) của chính phủ Mỹ báo cáo, vật liệu hóa học để sản xuất một đơn vị máu trong phòng thí nghiệm có giá hơn 90.000 USD. Nhờ những tiến bộ trong phương pháp sản xuất, chi phí này đã giảm xuống dưới 5.000 USD mỗi đơn vị. Các bệnh viện ở Mỹ trả trung bình 215 USD cho mỗi đơn vị tế bào hồng cầu hiến tặng vào năm 2019.

Năm 2022, các chuyên gia Nhật Bản thử nghiệm túi hemoglobin - các thành phần máu nhân tạo nhỏ mang oxy tương tự tế bào hồng cầu. Nghiên cứu kiểm tra xem liệu chúng có thể là giải pháp thay thế an toàn, hiệu quả cho truyền máu thông thường hay không.

Công trình có sự tham gia của 12 nam tình nguyện viên khỏe mạnh, từ 20 đến 50 tuổi, được chia thành ba nhóm. Mỗi nhóm được tiêm tĩnh mạch một liều duy nhất các túi hemoglobin, lượng tăng dần: 10 ml, 50 ml và 100 ml. Một số tình nguyện viên gặp tác dụng phụ nhẹ, chẳng hạn sốt và phát ban, song vấn đề nhanh chóng cải thiện.

Con đường không trải hoa hồng

Vẫn còn một số trở ngại trên con đường sản xuất máu thương mại. Các nhà khoa học cần nghiên cứu cách tăng sản lượng, đáp ứng nhu cầu lâm sàng, đồng thời đảm bảo tính an toàn và chức năng của các sản phẩm máu nuôi cấy trong phòng thí nghiệm hoặc máu tổng hợp.

Ngoài ra, các cơ quan như Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ (FDA), Cơ quan Dược phẩm Châu Âu vẫn đang xác định máu nuôi cấy trong phòng thí nghiệm nên được phân loại là liệu pháp tế bào hay thuốc, điều này sẽ quyết định cách thức quản lý, ông Ghevaert giải thích.

"Đây là một loại sản phẩm mới đối với bất kỳ cơ quan quản lý nào, chúng ta đang ở trong vùng lãnh thổ chưa được biết đến", ông nói.

Tiềm năng thay thế máu hiếm

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, giúp chúng trở thành giải pháp thay thế trong truyền máu.

Bên cạnh các nhóm máu ABO và Rhesus điển hình, các nhà khoa học đã xác định được 36 hệ thống nhóm máu khác, mỗi hệ thống có những đặc điểm riêng. Tổng cộng, có hơn 600 kháng nguyên khác nhau - những dấu hiệu nhỏ trên bề mặt của tế bào hồng cầu giúp hệ thống miễn dịch nhận biết máu là "an toàn" hay "ngoại lai".

Một nhóm máu được coi là hiếm nếu nó thiếu các kháng nguyên phổ biến mà mọi người đều có hoặc sở hữu các kháng nguyên bất thường mà mọi người không có. Điều này khiến việc tìm kiếm người hiến tặng phù hợp để truyền máu trở nên khó khăn hơn. Tần suất các nhóm máu hiếm khác nhau giữa quần thể và nhóm dân tộc. Một số người khó tìm được nhóm máu phù hợp, an toàn hơn những người khác. Ví dụ, "máu Bombay", có nguồn gốc từ Ấn Độ, là một tập hợp con hiếm của nhóm máu O. Với tần suất ít hơn một trên 10.000 người trên toàn thế giới, nó phổ biến nhất ở Ấn Độ, Iran và một số khu vực Đông Nam Á.

Máu nhân tạo có thể giải quyết tình trạng thiếu máu toàn cầu, đặc biệt là ở các nước có thu nhập thấp và trung bình. Theo WHO, khoảng 118,5 triệu lượt hiến máu được thu thập trên toàn thế giới, với 40% ở các nước có thu nhập cao, chỉ chiếm 16% dân số toàn cầu.

Các nghiên cứu gần đây cũng cho thấy cần gần 2.000 đơn vị máu trên 100.000 người để đáp ứng nhu cầu y tế toàn cầu, nhưng tình trạng thiếu hụt nghiêm trọng vẫn tồn tại, đặc biệt là ở châu Phi cận Sahara, Nam Á và Châu Đại Dương. Ở những khu vực này, nơi nguồn cung cấp máu cực kỳ thấp, tỷ lệ tử vong do xuất huyết cao hơn đáng kể so với các quốc gia giàu có hơn. Các cộng đồng nông thôn ở các nước có thu nhập thấp và trung bình bị ảnh hưởng nặng nề nhất, tạo thành "sa mạc máu" - những khu vực mà 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 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. Ông Ghevaert cho biết một trong những lợi thế chính của máu nuôi cấy trong 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 đột ngột tăng cao.

Thục Linh (Theo Aljazeera)