Lịch sử y học kỳ thú của chuột thí nghiệm

• Đơn vị 731: Phòng thí nghiệm của quỷ dữ
• Tạo chuột sống từ trứng nhân tạo trong phòng thí nghiệm
• Chi giả từ chuột trong phòng thí nghiệm

“Những con dao y sinh” lợi hại

Hơn 20 năm trước, 2 nhà nghiên cứu y khoa của Đại học Harvard là các ông Joseph và Charles Vacant đã dẫn đầu một nhóm nghiên cứu và thành công vang dội khi trồng thành công một mảnh sụn tai người trên lưng một con chuột thí nghiệm. Thí nghiệm này đã sử dụng một khuôn hình cái tai chứa đầy các tế bào sụn của một con bò.

Do những tương đồng về di truyền và sinh lý mà chuột thí nghiệm trở thành cốt lõi trong các nghiên cứu động vật

Đầu tiên "cái tai" được đặt trong lồng ấp, và khi nó lớn lên lại được cấy vào cơ thể của một con chuột trụi lông (một loài chuột thí nghiệm đặc biệt bị đột biến di truyền vốn do một cơ quan tuyến ức bị thoái hóa hoặc vắng mặt, gây ức chế hệ miễn dịch của con chuột và khả năng loại bỏ các mô ngoại lai). "Chuột tai" hay chuột Vacanti tiếp tục mọc mảnh mô tai ra khỏi lưng nó cho đến khi họ tạo nên hình hài của một cái tai người hoàn chỉnh. Năm 1997, nhóm nghiên cứu Joseph và Charles Vacanti đã công bố công trình nghiên cứu của họ trên tạp chí Phẫu thuật tái tạo và tạo hình.

Thí nghiệm này được thiết kế nhằm thử nghiệm khả năng mọc mô và cấy ghép sau này cho các bệnh nhân con người. Và chỉ tới năm 1998, một bệnh nhi ở Trung Quốc mắc một khiếm khuyết di truyền gọi là "Hội chứng biến dạng tai ở trẻ nhỏ" (microtia), bệnh này ngăn không cho tai ngoài phát triển một cách hợp lý, bệnh nhi đã nhận một đôi tai mới toanh với tế bào của riêng bệnh nhi - quy trình này tương tự với việc mọc "tai" trên "chuột tai".

Con chuột với cái tai người trên lưng là một trong những thí nghiệm kỳ quặc nhất đã được biết đến, mặc dầu vậy những thí nghiệm khoa học có sử dụng chuột thì đã có từ khoảng năm 1902 khi nhà lai tạo "gàn dở" Abbie E.C.Lathrop đã sớm nhận ra tiềm năng của động vật trong nghiên cứu di truyền. Tuy nhiên, việc dùng chuột thí nghiệm thậm chí còn bắt đầu sớm hơn thế nữa, cụ thể là trong thập niên 1850.

Các nhà khoa học đã mua những con chuột từ các nhà lai tạo chuyên nghiệp được biết tiếng như là "người sành sỏi chuột", những người này đã đánh giá cao chúng như là một loài vật cảnh đáng yêu bởi lớp lông mềm mại. Suốt hàng thập niên, chuột thí nghiệm nói chung đã tạo ra những tiến bộ y khoa và khoa học vĩ đại, từ nghiên cứu ra thuốc ung thư, thuốc kháng virus HIV và chủng ngừa cúm.

Giống chuột thí nghiệm (Mus musculus) tức chuột nhà là những con dao y sinh lợi hại, bộ gene của chúng rất dễ thao tác trong các nghiên cứu di truyền. Tuy nhiên sinh lý học của cơ thể con người lại gần gũi hơn với giống chuột Na Uy (Rattus norvegicus) và các chủng khác nhau của loài chuột này. Chuột cũng dễ huấn luyện và tỏ ra thích hợp với các điều kiện thí nghiệm tâm lý, đặc biệt là liên quan tới những mạng lưới thần kinh gần kề với chúng.

Chuột thí nghiệm cũng lớn hơn chuột hoang dã với đuôi dài và mõm màu xanh. Nhưng cả 2 loài đều gây tai họa cho các thành phố, cho đến khi các nhà khoa học tìm ra đối tượng thí nghiệm hoàn hảo nhất: chuột lang nhà. Chúng sinh sản cực kỳ nhanh, rất dễ thương, linh hoạt, dễ thích ứng và ăn tạp. Ông Manuel Berdoy, nhà Động vật học của Đại học Oxford, phát biểu: "Nó chén đẫy mọi thứ xinh xắn!". 

Thêm nữa, kích thước nhỏ bé của chuột lang nhà cũng dễ dàng lưu trữ chúng trong kho nhỏ của các phòng thí nghiệm, loài chuột này cũng chia sẻ nguồn gốc tiến hóa với con người, đồng nghĩa rằng bộ gene của chuột lang nhà hoàn toàn trùng lắp với con người. Kết quả là, loài chuột ngự trị các phòng thí nghiệm và chiếm gần 95% trong số các loài động vật thí nghiệm. Chỉ trong vòng 4 thập kỷ qua, số lượng các nghiên cứu có sử dụng chuột đã tăng gấp 4 lần; trong khi đó số lượng các bài báo khoa học dựa trên chó, mèo và thỏ vẫn giữ nguyên không đổi.

Chuột Vacanti với một mảnh sụn tai người đang mọc ló ra ngoài

Năm 2009, chỉ riêng các bài báo nghiên cứu về chuột thí nghiệm gấp 3 lần so với cá ngựa vằn, ruồi giấm và giun đất gộp lại. Những nghiên cứu dựa trên loài gặm nhấm đã giải quyết mọi thứ từ thần kinh học và tâm lý học, cho đến thuốc và bệnh tật. Các nhà nghiên cứu đã cấy thiết bị điện tử vào não chuột để kiểm soát các chuyển động của chúng, lập lại việc xét nghiệm các đặc tính gây nghiện của cocaine trên chuột, sử dụng phương pháp "sốc điện" trong não người ở sọ chuột, hay dùng chuột trong các mê cung thí nghiệm vô tận khác.

Thậm chí NASA còn giữ chuột lang nhà trên Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) dùng để thí nghiệm về trọng lực. Rất nhiều thí nghiệm hàng ngày dựa trên chuột lang nhà đã diễn ra ngoài tầm mắt của công chúng. Nhưng cuộc sống của loài gặm nhấm trong phòng thí nghiệm có thể giữ chìa khóa về sự hiểu biết và cải thiện vai trò của chúng trong các khám phá khoa học.

Tranh cãi về quyền lợi động vật

Các nhà khoa học phải hoàn thành những bài huấn luyện đạo đức cho chuột lang nhà trước khi họ được cấp phép để tiến hành các thí nghiệm với động vật, mặc dù luật lệ rất khác nhau tùy thuộc vào nơi diễn ra thí nghiệm. Trong khi các nhà khoa học Canada và Châu Âu được giám sát bởi một cơ quan quản lý quốc gia, thì luật lệ tại các cơ sở nghiên cứu ở Mỹ lại hay thay đổi từ bản hướng dẫn của Viện y tế quốc gia (NIH).

Đạo luật phúc lợi động vật Mỹ, AWA dùng để bảo vệ các loài động vật dùng trong nghiên cứu bao gồm cả chuột lang nhà. Phần lớn các đại học tại Mỹ sẽ cung cấp một khóa huấn luyện cho sinh viên biết cách xử lý động vật như giảm thiểu âu lo và chấn thương. Những cách tiến hành tốt nhất được cập nhật mới hàng năm, đã phản ánh sự hiểu biết về loài gặm nhấm và sự cần thiết của chúng. Sau cuộc nghiên cứu vào năm 2010 đăng trên tờ Nature đã chỉ ra rằng việc quan tâm đến đuôi chuột có thể khiến chúng thêm lo âu.

Chuột thí nghiệm được cấy não để theo dõi các hoạt động thần kinh. Một nhà khoa học đang cho nó uống nước ép táo.

Các nhà khoa học muốn thử nghiệm với loài gặm nhấm sẽ buộc phải điền vào một mẫu kê khai nhằm giải thích tại sao công việc đó lại phải dùng đến động vật thí nghiệm. Các ứng dụng được đánh giá dựa trên bộ khung 3 chữ R, gồm giảm số lượng động vật sử dụng, thay thế loài động vật khác khi có thể, và hoàn thiện các thí nghiệm để cải thiện phúc lợi động vật.

Những điều kiện nhà ở cho loài gặm nhấm đã trở thành đề tài tranh luận của những người bảo vệ phúc lợi động vật thí nghiệm. Họ cho rằng kích thước của những lồng nhốt chuột lang nhà với quy mô nhỏ bé cũng làm giới hạn những hành vi tự nhiên của chúng như đào hang, leo trèo hay thậm chí là đứng thẳng.

Mặc dù chuột thí nghiệm và chuột hoang dã khác nhau về di truyền, nhưng chúng lại có bản năng giống nhau. Việc kìm hãm các nhu cầu này có thể khiến những con chuột buồn và làm giảm chất lượng của các phát hiện khoa học.

Nhà động vật học Manuel Berdoy cho rằng các nhà khoa học nên quan tâm tới bản chất tự nhiên của chuột lang nhà khi dùng chúng vào các thí nghiệm để cho ra kết quả tốt nhất. Ông Berdoy nhấn mạnh: "Khi mang chuột vào các thí nghiệm, quý vị cần chú tâm đến hạt giống sinh học hơn là chống lại nó".

Trong một số trường hợp, những tác động chống lại hạt giống sinh học đã được quan sát rõ. Trong một nghiên cứu từ năm 2010 về những tác động của chế độ ăn kiêng nhịn ăn gián đoạn, ông Mark Mattson, Trưởng phòng thí nghiệm thần kinh học tại Viện lão hóa quốc gia Mỹ (NIA) đã ghi nhận có những tác động thần kinh tích cực mà chuột phòng thí nghiệm đã phản ứng với chế độ ăn uống, chúng ăn uống lành mạnh như con người. Hệ miễn dịch của chúng không bị thách thức bởi các virus hay vi khuẩn khác nhau.

Nhìn chung, quá trình chuyển đổi một thí nghiệm từ loài gặm nhấm sang con người không có gì là quá khó hiểu. Bên cạnh hàng tá giấy tờ thì việc thử nghiệm thuốc mới đòi hỏi phải áp dụng trên 2 đối tượng động vật cùng lúc: một đối tượng nhỏ như chuột lang nhà, và một đối tượng lớn hơn như lợn, chó hay linh trưởng, trước khi chuyển qua thử nghiệm lâm sàng trên con người.

Theo tổ chức Các nhà nghiên cứu và sản xuất dược phẩm Mỹ (PRMA) thì trong số 250 hợp chất được xét nghiệm trên động vật chỉ có 1 hợp chất được dùng lâm sàng cho người. Với những đối tượng được phê duyệt, toàn bộ quá trình sẽ mất từ 10 đến 15 năm. Thậm chí ngay cả khi mất một thời gian dài thử nghiệm lâm sàng trên con người, thì nhiều loại thuốc và thủ tục dựa trên chuột lang nhà cũng không áp dụng cho con người.

Trăn trở về thuốc từ động vật

Khi một loại thuốc không hiệu quả, kết quả thường gây ra nhiều thất vọng hoặc có khi là thảm họa. Thalidomide, một loại thuốc dùng để điều trị chứng ốm nghén trong các thập niên 1950, 1960, đã gây ra một loạt các dị dạng ở trẻ em sơ sinh dù trước đó thuốc đã thử nghiệm thành công và không gây hại cho động vật. Thuốc Thalidomide phân rã nhanh hơn ở chuột, và phôi của chúng có khả năng phòng ngừa ô xy hóa cao hơn chống lại các tác dụng phụ gây khó chịu. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, lý do khiến thuốc thất bại trên con người vẫn còn là một bí ẩn.

Ông Richard Miller, Giáo sư về Bệnh lý học tại Đại học Michigan tuyên bố: "Đây là một trong những câu hỏi trọng tâm của nghiên cứu y học. Không ai có câu trả lời hay, và cũng không có câu trả lời hoàn hảo. Không phải cứ thuốc hoạt động tốt ở động vật thì sẽ làm việc hiệu quả ở con người".

Ngoài ra số lượng loài gặm nhấm chết cũng là chuyện đáng phải bàn. Vì lợi ích khoa học, ước tính 100 triệu con chuột thí nghiệm đã lên "đài hóa thân" mỗi năm chỉ tính riêng tại Mỹ. Khi một số xác chuột được xử lý làm thức ăn cho chim chóc tại các sở thú, thì phần lớn xác được đem đi đông lạnh và hỏa thiêu cùng với chất thải sinh học. Hầu hết sau khi kết thúc một cuộc nghiên cứu, mạng sống của chuột thí nghiệm cũng mất luôn. Thường thì chúng được cho vào lồng kín rồi bị chết ngạt bằng carbon dioxide. CO2 được cho là cách kết liễu có đạo đức nhất đối với các động vật thí nghiệm.

Bà Joanna Makowska, giáo sư trợ giảng tại Viện phúc lợi động vật và cố vấn động vật thí nghiệm của Đại học British Columbia (Canada), phát biểu: "Ngộ độc bằng CO2 là một cách bắt chước trạng thái hết hơi khi ai đó chìm dưới nước, nó gây ra lo lắng và sợ hãi. Chết như thế không hay chút nào. Gây mê có vẻ nhân đạo hơn, nhưng người ta không làm vì sau rốt CO2 vẫn là cách thực hành dễ và rẻ tiền hơn".

Tại Đại học Harvard, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một cơ phận có gắn chip dùng để nghiên cứu thuốc và các mô hình bệnh tật mà không cần đụng tới các đối tượng động vật. Thậm chí các nhà nghiên cứu đã phát triển ra những thuật toán máy tính dựa trên hàng ngàn thử nghiệm động vật, và có thể dự đoán chính xác cách mà các mô sẽ tương tác với những hợp chất nhất định.

GS Joanna Makowska khẳng định: "Tất cả đều do cách nghĩ mà thôi. Người ta nuôi chó, nuôi mèo và bầu bạn với chúng. Riêng số lượng chuột lang nhà bị giết hại mỗi năm sẽ không là gì nếu so với những con chuột hoang dã lạc vào thành phố mà hễ thấy chúng là con người tìm cách giết cho kỳ được".