Chi giả từ chuột trong phòng thí nghiệm

Harald Ott - nhà nghiên cứu và là bác sĩ phẫu thuật ở Bệnh viện Đa khoa Massachusetts ở Boston (Mỹ) - chính là cha đẻ chi sinh học phản ứng với mọi kích thích và tuần hoàn máu, loại chi này lần đầu tiên trên thế giới được phát triển trong phòng thí nghiệm. Bác sĩ Harald Ott và các chuyên gia y học tái tạo cơ quan sinh học hy vọng chi sinh học là bước đầu tiên hướng đến tương lai cho chi nhân tạo nơi con người.

Daniel Weiss, chuyên gia khoa tái tạo phổi Trường Y Đại học Vermont, đánh giá nghiên cứu của bác sĩ Harald Ott đã biến "khoa học viễn tưởng thành hiện thực". Bài báo về dự án chi sinh học của Harald Ott sẽ được công bố trên Tạp chí Biomaterials số ra tháng 8/2015.

Bác sĩ Harald Ott.

Bí mật của bác sĩ Harald Ott và nhóm nghiên cứu là loại bỏ các tế bào sống khỏi phần chi trước của con chuột đã chết và chỉ để lại "bộ khung" - tức những phần không có sự sống. Sau đó, họ tái cấu trúc lại các tế bào cho phần chi chết, tiêm tế bào cơ và mạch máu cho "bộ khung". Một cấu trúc được thiết kế giống như lồng ấp cho phép "bộ khung" chi giả phát triển trong vòng 2 tuần và cuối cùng nó được kết nối với phần thân một con chuột còn sống.

Kết quả là máu từ con chuột sống bắt đầu tuần hoàn qua các mạch máu của chi giả - dấu hiệu cho tương lai chi sinh học nhân tạo phục vụ con người, mặc dù Harald Ott chưa thử nghiệm sự vận động cơ hay tính loại thải của hệ miễn dịch con chuột.

Trước mắt, các bác sĩ đã chứng kiến các cơ vận động bình thường khi phần chi giả chưa được kết nối. Khi được kích thích bằng xung điện, những chiếc móng nhỏ bé của chi giả có thể co và duỗi với 80% sức mạnh của con vật mới sinh. Các chi trước được Harald Ott tái tạo từ chuột không là những cơ quan nhân tạo đầu tiên được phát triển trong phòng thí nghiệm, mà kỹ thuật này trước đó đã được sử dụng để xây dựng các cơ quan tổng hợp như bàng quang hay khí quản… với những thành công nhất định.

Tuy nhiên, y học tái tạo cho đến nay chỉ xử lý những cơ quan đơn giản với vài loại tế bào. Trong khi đó, việc phát triển một chi nhân tạo thực thụ - bao gồm cơ, mạch máu, da và xương để hoàn thành một loạt những nhiệm vụ phức tạp - sẽ khó khăn hơn nhiều.

Mặc dù vậy, các nhà nghiên cứu vẫn lạc quan về tương lai "chi sinh học" đủ mạnh để thay thế cho các phần chi mà con người bị mất do chiến tranh hay tai nạn, thay vì sử dụng bộ phận giả thẩm mỹ nhưng cứng đơ như hiện nay.

Thực tế cho thấy, bộ phận giả và chi hiến tặng vẫn chưa thể hoàn thành một số chức năng phức tạp như chi thật. Mặc dù các bác sĩ đã cấy ghép thành công bàn tay hay thậm chí cánh tay hiến tặng, nhưng người nhận vẫn phải sử dụng thuốc liên tục suốt đời để ngăn ngừa cơ thể loại thải chi mới.

Tiêm tế bào vào "bộ khung" chi trước của con chuột.

Harald Ott cho biết chi sinh học mà ông đang nghiên cứu có thể vận động như chi thật đã mất, bởi vì nó được phát triển từ chính tế bào của người nhận cho nên ngăn ngừa được tính loại thải của hệ miễn dịch. Ông dự đoán 10 năm nữa "chi sinh học" phát triển trong phòng thí nghiệm sẽ được thử nghiệm với bệnh nhân bị mất chi trong vòng một thập niên nữa.

Harald Ott tin tưởng trong tương lai, con người có thể hiến tặng tay và chân - như họ từng hiến tặng quả thận - trong chương trình tái tạo cơ quan người. Mặc dù rất lạc quan, song các nhà nghiên cứu vẫn có phần hoài nghi "chi sinh học" tổng hợp sử dụng được cho những bệnh nhân cụt chi.

Oskar Aszmann, giáo sư Khoa Phẫu thuật tái tạo Bệnh viện Đại học Y khoa Vienna (Áo) và là người phát triển bàn tay sinh học được điều khiển bằng ý nghĩ, cho rằng: "Đối với một cơ quan hết sức phức tạp như bàn tay người với quá nhiều mô và bộ phận riêng biệt, chi sinh học tổng hợp thay thế có vẻ khó khả thi. Bàn tay được phân bố với hàng ngàn dây thần kinh để có thể vận động. Mặc dù đây là nỗ lực có giá trị cao song nó vẫn còn trong phạm vi nghiên cứu".

Theo giáo sư Oskar, phần cẳng tay khó tạo ra hơn khí quản do có nhiều loại tế bào khác nhau cần được phát triển. Bác sĩ Harald Ott và nhóm của ông đã loại bỏ tế bào của khoảng 100 chi trước con chuột và tái tạo tế bào cho ít nhất một nửa trong số đó để nghiên cứu phát triển.

Cấu trúc tương tự lồng ấp được thiết kế để nuôi chi trước giả.

Giáo sư Steve Baddylak ở Đại học Pittsburgh, bang Pennsylvania (Mỹ), nhận định: "Nghiên cứu có bước đầu khả quan song vẫn còn một số thách thức kỹ thuật mà nhóm của Harald Ott phải xử lý". 

Nhà phẫu thuật ngực Thụy Điển Paolo Maccharini thuộc Viện Karolinska ở Stockholm và là một trong những chuyên gia y học tái tạo hàng đầu thế giới, hiện đang miệt mài nghiên cứu các cơ quan tổng hợp thay thế. Hai trong số các bệnh nhân của ông được ghép khí quản sinh học tổng hợp đã chết và người thứ 3 hiện đang được chăm sóc đặc biệt. Bệnh nhân đầu tiên được ghép khí quản nhân tạo là người Eritrean, 36 tuổi, được chữa trị năm 2011 nhưng đã chết 30 tháng sau đó.