Đi tìm giải pháp tuyến tụy sinh học nhân tạo cho bệnh nhân tiểu đường

• Đoạt mạng bằng... thuốc trị tiểu đường
• Bà lão chiến thắng bệnh tiểu đường nhờ kiên trì tập thiền dưỡng sinh
• Dùng nhiều kháng sinh tăng nguy cơ mắc bệnh tiểu đường

Mặc dù hiện nay đã có các thiết bị đo đường huyết tự động mang lại nhiều tiện lợi đáng ghi nhận, song bên cạnh đó vẫn còn nhiều bất tiện chưa được giải quyết. Không còn đủ kiên nhẫn để chờ đợi Cơ quan quản lý thực phẩm và dược phẩm Mỹ (FDA) phê chuẩn các cải tiến mới, hàng loạt các bậc phụ huynh đã tự mình tìm cách thiết kế ra các ứng dụng trên điện thoại để đáp ứng nhu cầu của cá nhân.

Từ phát minh hệ thống tự động "cây nhà lá vườn"

Từ khi cậu bé 4 tuổi Evan Costik được bác sĩ chẩn đoán mắc phải tiểu đường tuýp 1, cha của em phải túc trực bên cạnh ngay cả lúc ngủ. Cứ cách quãng từ 1 đến 2 giờ, John Costik phải đánh thức con trai dậy chích lấy máu trên đầu ngón tay để kiểm tra nồng độ đường huyết. Nếu chỉ số rơi vào khoảng từ 80 đến 120 mg/dl thì mọi thứ vẫn ổn. Dưới 80 mg/dl thì mọi thứ sẽ trở nên xấu đi và thậm chí có thể diễn tiến vô cùng tệ.

John Costik cùng con trai - Evan Costik.

Từng có một đêm, chỉ số đường huyết của Evan bỗng nhiên tụt xuống còn 36 mg/dl và chỉ cần xuống thấp hơn chút nữa thì cậu bé có thể sẽ rơi vào tình trạng hôn mê rồi tử vong bất cứ lúc nào. Phải đánh thức con trai mình dậy mỗi 2 giờ đồng hồ là việc không hề dễ chịu chút nào, chính vì thế sau khoảng 6 tháng phải liên tục thực hiện những việc lặp đi lặp lại này, cả nhà Costik bắt đầu chuyển sang dùng một thiết bị tự động đo nồng độ đường huyết liên tục. Hiện giờ, bên dưới lớp da của Evan Costiks là một thiết bị cảm biến sẽ đều đặn mỗi 5 phút gửi kết quả vào một chiếc máy rời tương tự như máy nhắn tin.

Ngoài âm báo hơi nhỏ của chiếc máy, mọi thứ đã tiện lợi hơn rất nhiều so với khi phải nằm ngủ cạnh giường của con theo dõi từng giờ. Tuy nhiên, những đứa trẻ không thể nào cứ ở lì mãi trong nhà và nếu như chúng đã có cảm biến đường huyết cấy bên dưới da thì thiết bị báo tin cũng phải luôn ở bên cạnh chúng. Chính vì thế, phụ huynh của những đứa trẻ này phải nhờ giáo viên, bảo mẫu và các huấn luyện viên thể thao kiểm tra chỉ số trên thiết bị để phát hiện kịp thời.

Vào tháng 2-2013, John Costik đưa Evan đến trường mẫu giáo lần đầu tiên và  thấy việc không được liên tục cập nhật thông tin về đứa con đang ở trường khiến anh  đứng ngồi không yên. Là một lập trình viên cho hệ thống các siêu thị Wegman tại Rochester (phía tây New York, Mỹ), John Costik muốn thiết bị cảm biến phải gửi thông tin không chỉ vào chiếc máy nhỏ đính kèm mà đưa thông tin đó lên cơ sở dữ liệu điện toán đám mây.

Bằng cách này, không chỉ các giáo viên mà cả John cũng có thể biết được tình trạng sức khỏe của Evan mỗi khi kiểm tra dữ liệu trên đám mây từ máy tính nơi làm việc. Đây chính là động lực khiến John phải mày mò nghiên cứu và cho ra đời một ứng dụng chạy trên nền của hệ điều hành Android đã cho phép John Costik theo dõi chỉ số đường huyết của Evan trên điện thoại. Song ứng dụng này vẫn chưa hoàn hảo, được thiết kế qua loa nhanh chóng để giải quyết nhu cầu cấp bách hiện tại của John nên hiện nay chỉ có anh mới có thể sử dụng.

Như vậy, nếu như Evan là một cầu thủ bóng đá chạy vòng quanh sân cỏ thì John sẽ giống như một người trên khán đài dõi theo hoạt động sinh học của cậu nhờ vào điện thoại thông minh. Nếu như có bất trắc xảy ra, nồng độ đường huyết tăng cao hoặc giảm mạnh, cả hai vợ chồng Costik sẽ có những hành động kịp thời nhất.

Vào một ngày, John Costik đã chụp hình bảng thông tin đường huyết của Evan trên điện thoại và đăng lên trang mạng xã hội của mình mà không mảy may ngờ rằng việc này đã tạo nên một cuộc cách mạng đối với hàng nghìn những bậc phụ huynh luôn mong mỏi được kiểm tra đường máu của các con mình bằng điện thoại thông minh. Những bước tiến nhỏ này đã dần hé mở những cánh cửa đi đến những mục tiêu lớn lao hơn, đột phá hơn và gây nhiều tranh cãi hơn: một hệ thống tự động "cây nhà lá vườn" không chỉ nhận biết được lượng đường trong máu mà còn có khả năng phản ứng bằng cách tiết ra insulin, một cách tự động và không đòi hỏi bất kỳ can thiệp từ bên ngoài nào của con người - một tuyến tụy sinh học nhân tạo.

Đến những nỗ lực "bẻ khóa" những chiếc máy đo đường huyết

Chắc hẳn mọi người chẳng bao giờ để tâm đến tuyến tụy của mình, miễn là chúng vẫn đang hoạt động một cách bình thường thì mọi thứ chẳng cần bận tâm. Nằm gọn ở một góc gần ruột non của mỗi người, một khối màu vàng xấu xí sản sinh ra các enzym tiêu hóa và hormone, trong đó có insulin. 

Thiết bị đo nồng độ đường huyết tự động

Nói cách khác, insulin sẽ ra lệnh cho các tế bào hấp thụ đường glucose trong máu để có năng lượng hoạt động. Như vậy, nếu không có insulin, các tế bào sẽ "đóng cửa nhịn đói". Đó là những gì diễn ra ở các bệnh nhân mắc phải bệnh tiểu đường tuýp 1 - hệ miễn dịch bỗng nhiên quyết định triệt tiêu những tế bào sản sinh insulin.

Kết quả là mặc dù đường vẫn cứ nằm trong máu đi khắp cơ thể nhưng một bệnh nhân tiểu đường tuýp 1 vẫn cứ rơi vào tình trạng thiếu đường nghiêm trọng và có thể tử vong. Hiện nay, có đến ít nhất 1,5 triệu người tại Mỹ mắc phải tiểu đường tuýp 1 và gần 30 triệu người bị tiểu đường tuýp 2. Khác với tiểu đường tuýp 1, khi những tế bào sản sinh insulin bị hệ miễn dịch của chính cơ thể đó tấn công, nguyên nhân của tiểu đường tuýp 2 thường là béo phì và sự lão hóa theo tuổi tác khiến các tế bào không còn phản ứng nhạy bén với kích thích từ insulin nữa.

Sự phát hiện ra insulin và cách bào chế ra loại hormone quan trọng này thật sự là một phép màu của nền y học thế kỷ XX. Năm 1922, khi các nhà nghiên cứu lần đầu tiên tiêm insulin vào một số trẻ em đang chết mòn trong tình trạng hôn mê, những bệnh nhân nhỏ tuổi này đã tỉnh lại gần như ngay lập tức. Từ đó đến nay, tiểu đường không còn được xem như một án tử đối với những người chẳng may mắc phải, song chứng bệnh này vẫn là một bản án trói buộc người bệnh với những thủ tục y tế định kỳ, bao gồm kiểm tra nồng độ đường huyết và điều trị insulin bằng cách tiêm hoặc bơm.

Máy bơm insulin vào thập niên 80.

Do đó, việc canh chỉnh liều lượng cực kỳ chính xác khi sử dụng thuốc sẽ quyết định sự sống còn của bệnh nhân. Thật ra, có đến 1/20 bệnh nhân tiểu đường tuýp 1 tử vong do nồng độ đường huyết quá thấp thay vì đáng ra phải do nồng độ quá cao như biểu hiện của bệnh. Như vậy, ranh giới giữa liều dùng vừa đủ và quá liều là vô cùng mong manh.

Để đáp ứng nhu cầu của bệnh nhân, vào thập niên 1980, những chiếc máy bơm insulin bắt đầu xuất hiện trên thị trường. Cấu tạo của những chiếc bơm insulin này khá đơn giản cùng với chiếc ống nhỏ đặt cố định dưới da 3 ngày được thay một lần. Thiết bị này tiện lợi hơn sử dụng kim tiêm rất nhiều nhưng chúng vẫn chưa được tự động hóa thật sự mà vẫn đòi hỏi người sử dụng hoặc người chăm sóc phải thực hiện đo đường huyết cũng như tự tính toán liều lượng insulin sẽ bơm vào.

Nhiều năm sau đó, những cải tiến mới giúp tự động hóa thiết bị lần lượt xuất hiện - chẳng hạn như máy đo đường huyết tự động đã được phê chuẩn sản xuất vào 2005 - và thậm chí cho kết quả mỹ mãn hơn cả mong đợi qua các lần thử nghiệm. 

Tuy nhiên, một tuyến tụy nhân tạo đúng nghĩa cần phải có sự kết hợp giữa máy bơm, máy kiểm tra nồng độ đường huyết tự động và những thuật toán để thiết bị có thể tự động điều chỉnh được lượng insulin cung cấp cho cơ thể giống như một tuyến tụy thật sự. Trong số hàng trăm cuộc thử nghiệm được công bố, kết quả đều cho thấy các thiết bị hoạt động rất tốt nhưng riêng thuật toán dùng để tính liều lượng insulin lại khó hơn những gì các nhà nghiên cứu đã nghĩ. 

Cũng chính vì vậy, việc đưa ra thị trường một thiết bị tự động hoàn chỉnh từ A tới Z vẫn mắc phải sự trì hoãn phê chuẩn từ FDA trong nhiều năm nay. Tuy nhiên, mặc cho thiết bị đã được hoàn thành gần như hoàn hảo nhưng chỉ cần một bộ phận bị lỗi, một trục trặc trong quy trình cũng có thể khiến chiếc máy cung cấp quá nhiều insulin và đẩy bệnh nhân vào tình trạng nguy cấp có thể tử vong.

Phản ứng của dư luận trước khám phá của Costik trên hết đã cho thấy thái độ của cộng đồng những bệnh nhân tiểu đường và gia đình họ. Họ đã không còn đủ kiên nhẫn để chờ sự phê chuẩn chính thức cho những cải tiến mới từ FDA. Một vài ngày sau khi John Costik đưa hình ảnh ứng dụng mới của mình lên trang cá nhân, lại có thêm một người cha am hiểu công nghệ như anh tạo ra một phiên bản tương tự. Một thời gian sau, số lượng phụ huynh bắt chước cách làm của Costik ngày càng nhiều.

Cho đến tháng 2-2014, một lập trình viên ở California (Mỹ) tên Scott Leibrand đã công bố trên trang blog cá nhân sản phẩm anh thiết kế dành cho người bạn gái của mình, Dana Lewis. Ứng dụng của Leibrand sử dụng các chỉ số từ  thiết bị đo của bạn gái, xử lý qua một số thuật toán đã được đơn giản hóa và tự động đưa ra liều insulin cần cung cấp. Lewis cho biết: "Tôi cảm thấy một sự khác biệt rõ rệt. Tôi không cần phải liên tục cân nhắc liều lượng insulin cần dùng hay phải thường xuyên kiểm tra nồng độ đường huyết. Ứng dụng của Scott sẽ tự phát ra tiếng "bíp" báo hiệu khi tôi cần can thiệp gì đó. Và thời gian rảnh của tôi đã tăng từ 60% lên 90%. Thật tuyệt vời”.

Tuy nhiên, cho đến khoảng tháng 4-2014, cả Leibrand và Costik vẫn chưa công bố bất kỳ thông tin hướng dẫn hay thuật toán nào của ứng dụng họ làm ra lên mạng Internet vì lo sợ những người không chuyên công nghệ có thể vô ý gây hại cho bản thân hoặc con cái của mình. Thực tế, hiện vẫn chưa có ai đủ can đảm giao phó việc điều khiển chiếc bơm cho những thuật toán này.

Trong lúc ấy, cách thức "bẻ khóa" những chiếc máy đo đường huyết đã được lan truyền rộng rãi trên Internet, vượt ra ngoài giới lập trình viên chuyên nghiệp. Thậm chí, Laurie Schwartz và con trai mắc bệnh tiểu đường - Adams - đã lập một trang Facebook riêng để kể lại cách mà họ đã đưa những chỉ số đường huyết vào điện thoại và thậm chí là chiếc đồng hồ thông minh. Đến nay, trang Facebook của hai mẹ con này đã thu hút đến hơn 8.700 người quan tâm.

Về thái độ của FDA đối với những hacker này, Courtney Lias - Giám đốc bộ phận giám sát thiết bị đường huyết và các loại thiết bị khác của FDA - cho biết: "Chúng tôi tin rằng việc đưa dữ liệu vào điện thoại di động của các phụ huynh không có điều kiện túc trực bên con cái là một việc tốt. Có lẽ sẽ chẳng cần can thiệp gì vào việc này. Nhưng đến một lúc, khi họ bắt đầu phân phối hay có bất kỳ hành vi nào khiến ứng dụng trở nên phổ biến, đó cũng chính là lúc chúng tôi lo ngại".

Thật vậy, có thể sẽ có một người đủ khả năng tự mình làm ra một thiết bị tự động từ đầu đến cuối như một tuyến tụy thật sự, song điều đó không đồng nghĩa rằng đây là điều đáng hoan nghênh. Bởi nếu như họ quá tin tưởng vào chiếc điện thoại di động của mình và đến khi có trục trặc xảy ra - chẳng hạn như kết nối Internet bị gián đoạn - tính mạng của con cái họ sẽ gặp nguy hiểm chỉ vì chiếc điện thoại kia chẳng hề reo lên.