Vũ trụ bao la mang tiềm năng lớn

Tại phòng thí nghiệm nhỏ nằm lọt thỏm trong góc một tòa nhà chọc trời ở trung tâm thành phố Tel Aviv, doanh nhân người Israel Yossi Yamin đang tự hào nắm giữ cái mà ông gọi là “một nhà máy sản xuất vali nhỏ kiểu James Bond, chạy bằng năng lượng Mặt Trời”.

Trong bốn năm qua, những hộp kim loại nhỏ được phủ pin năng lượng Mặt Trời đã nhiều lần được đưa lên quỹ đạo nhờ công ty SpaceX, mang lại hiểu biết mới mang tính đột phá như hành vi của các tế bào ung thư bạch cầu, cách tốt nhất tạo ra thịt từ phòng thí nghiệm.

Ông Yamin là CEO của SpacePharma, một công ty làm việc với khách hàng ở khắp nơi trên thế giới, từ các bệnh viện nhi cho đến hãng dược lớn. Ông đang tìm hướng đi tiên phong cho một ngành công nghiệp mới.

Nhờ công nghệ được phát triển tại Technion, trường đại học lâu đời nhất của Israel, ngày càng có nhiều nhà sinh vật học có thể thu nhỏ các thí nghiệm của họ và gửi chúng lên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS).

Ông Yamin nói: “Đây không còn là khoa học viễn tưởng nữa. Năm ngoái, chúng tôi đã hoàn thành 7 thí nghiệm trên quỹ đạo và con số này đang tăng lên. Tháng tới, chúng tôi sẽ đưa 5 thí nghiệm thuộc các lĩnh vực khác nhau, từ chăm sóc da đến thuốc chống lão hóa và các bệnh về não, vào không gian”.

Ý tưởng rời Trái Đất để nghiên cứu y học đã có từ giai đoạn đầu thời đại vũ trụ. Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA) gợi ý rằng các phi hành gia của họ có thể làm nhiều việc, sử dụng thời gian của họ trên quỹ đạo để theo đuổi phương pháp chữa trị bệnh ung thư hoặc nhiều căn bệnh khác đang ảnh hưởng đến loài người.

Việc vũ trụ trở thành “sân chơi hấp dẫn” để khám phá một số điều phức pháp của sinh học bắt nguồn từ việc nó không có lực hấp dẫn. Lực hút của trường hấp dẫn của Trái Đất có thể che giấu cách các tế bào giao tiếp với nhau, khiến việc hiểu tại sao chúng lại hành xử như vậy trở nên khó khăn hơn.

Lực hấp dẫn khiến việc giữ tế bào gốc ở trạng thái nguyên chất nhất và hữu ích nhất trong thời gian dài trở nên phức tạp hơn nhiều bởi liên tục thúc đẩy và khuyến khích chúng phát triển. Nó cũng gây khó khăn hơn cho các nhà khoa học trong việc nghiên cứu cấu trúc tinh thể phức tạp của các protein quan trọng, ví dụ như những protein liên quan đến ung thư, virus, rối loạn di truyền và bệnh tim. Việc phát triển các tinh thể dễ vỡ này từ đầu là rất quan trọng để phân tích cách một khối u hoặc virus phát triển.

Giáo sư Thais Russomano, CEO của viện InnovaSpace (Anh) nhận định: “Tinh thể phát triển lớn hơn trong không gian và có ít khiếm khuyết hơn. Chúng ta có thể có một số ý tưởng thông qua mô phỏng do máy tính tạo ra, nhưng các mô hình chính xác chỉ có thể được tạo bằng cách có nhiều dữ liệu, điều mà không phải lúc nào chúng ta cũng có”.

Đối với công ty công nghệ sinh học MicroQuin có trụ sở tại Massachusetts (Mỹ), một loạt thí nghiệm được thực hiện trên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) trong 4 năm qua đã giúp khởi động một dòng thuốc mới điều trị ung thư buồng trứng và ung thư vú, cũng như chấn thương sọ não, bệnh Parkinson và thậm chí cả bệnh cúm, dựa trên một họ protein được gọi là TMBIM.

TMBIM giúp điều chỉnh môi trường bên trong tế bào. Trong một số bệnh ung thư và bệnh thoái hóa thần kinh, môi trường bên trong tế bào trở nên độc hại và những protein này có thể được sử dụng như một công tắc để đảo ngược thay đổi đó nếu chúng ta biết về cách điều khiển chúng. Nhưng lực hấp dẫn khiến TMBIM khó kết tinh trên Trái Đất. Tuy nhiên, MicroQuin đã có thể làm như vậy trong không gian. CEO của MicroQuin là Scott Robinson chia sẻ: “Tiềm năng khá hấp dẫn”.

Bài học từ quá khứ, tương lai hứa hẹn

Lĩnh vực y dược vũ trụ được thúc đẩy bởi một trong những thảm họa tồi tệ nhất trong lịch sử của NASA. Vào tháng 2/2003, tàu con thoi Columbia đã phát nổ khi nó quay trở lại bầu khí quyển khiến tất cả 7 phi hành gia trên tàu thiệt mạng.

Ba tháng sau, nhiều lọ nhỏ vẫn còn nguyên vẹn được phát hiện trong đống đổ nát. Chúng có chứa tinh thể từ một thí nghiệm mà các phi hành gia tàu Columbia đã thực hiện trong thời gian họ làm việc trên ISS.

Nó cung cấp cho các nhà sinh học thông tin quan trọng về cấu trúc của một loại protein gọi là interferon alfa-2b, thành phần hoạt chất trong thuốc Intron A, vào thời điểm đó là phương pháp điều trị tiêu chuẩn cho ung thư hắc tố da và viêm gan C.

Mối quan tâm bắt đầu tăng lên trong ngành dược phẩm và vào năm 2017, công ty dược phẩm Merck đã gửi thuốc Keytruda – được sử dụng để điều trị nhiều loại ung thư khác nhau đến ISS. Dữ liệu thu được đang giúp công ty phát triển một dạng thuốc cô đặc cao, có thể được tiêm bởi bác sĩ đa khoa.

Trong những năm tới, không gian cũng có thể giúp biến đổi một lĩnh vực y tế khác đang phải cố gắng để đáp ứng kỳ vọng. Tế bào gốc được cho là sẽ mở ra một kỷ nguyên y học tái tạo, giúp phục hồi các cơ quan bị tổn thương và mang lại hy vọng mới cho những người bị suy tim hoặc suy gan.

Tuy nhiên, cho đến nay, các nhà khoa học phải vật lộn để phát triển các phương pháp điều trị khả thi. Quá trình này không chỉ tốn kém và thiếu hiệu quả với 1 triệu tế bào gốc được phát triển chỉ có khoảng 100 tế bào có thể được tái lập trình thành công thành cơ tim hoặc tế bào gan. Nhưng chúng cũng không tích hợp tốt khi được cấy ghép vào cơ thể.

Ông Clive Svendsen và các đồng nghiệp tại Viện Y học tái tạo ở Los Angeles (Mỹ) đang hợp tác với NASA để giải quyết bài toán khó này. Một túi tế bào gốc đã được đưa đến ISS. Những dấu hiệu ban đầu dường như cho thấy chúng phát triển tốt hơn trên Trái Đất, làm tăng khả năng trong tương lai các liệu pháp dựa trên tế bào gốc thậm chí có thể được sản xuất trong không gian.

Vấn đề chính khi thực hiện nghiên cứu trong không gian là chi phí. Chi phí để đưa một thí nghiệm lên ISS và quay trở về Trái Đất là trong khoảng 7,5 triệu USD. Nó cũng có tính cạnh tranh cao, với hàng nghìn nhà khoa học trên khắp thế giới đang thi đua để đưa các thí nghiệm của họ vào quỹ đạo.