Phần III: Công nghệ sinh học y tế

3.1.1. Công cụ chẩn đoán

Các công cụ chẩn đoán nhanh tạo ra “làn sóng” quan trọng thứ nhất của các ứng

dụng lâm sàng trong y học hệ gen. Có thể thấy trước một tương lai, khi năng lực xét

nghiệm gen sẽ đạt tới trình độ đo được chính xác hàng chục, hàng trăm, hàng ngàn,

thậm chí hàng chục ngàn mARN (ARN Messenger-ARN thông tin), protein hoặc các

thành phần phân tử nhỏ của máu. Những thành phần (hoặc các phần tử đánh dấu“marker”) này khác nhau đối với từng loại bệnh, cũng như từng giai đoạn trong quá

trình phát sinh bệnh. Dự đoán rằng một khi có thể nhận dạng chính xác từng phân tử

đánh dấu thì sẽ có khả năng áp dụng được đúng phương pháp điều trị vào giai đoạn

thích hợp nhất của căn bệnh.

Phần lớn các phép xét nghiệm gen hiện nay được dùng để phát hiện những trục trặc

di truyền hoặc những trục trặc cá lẻ do khuyết tật của một gen hoặc nhiễm sắc thể (ví

dụ như các bệnh Huntington và chứng ưa chảy máu). Tuy nhiên, Dự án Hệ gen Người

giúp nhận dạng dễ dàng hơn một loạt các gen tham gia vào những bệnh phức tạp hơn

như ung thư, bệnh tim và tiểu đường. Phép xét nghiệm gen có thể giúp hiểu biết dần về

các hiện tượng di truyền phức tạp, ngoài ra cũng giúp ta hiểu được vì sao có một số

người lại dễ bị mắc những căn bệnh nhất định, trên cơ sở đó có thể phát triển được các

công cụ xét nghiệm thích hợp.

Khi bản chất gen của những căn bệnh phức tạp hơn được khám phá, và nếu như các

dụng cụ chẩn đoán và xét nghiệm gen trở nên rẻ hơn và được kết hợp nhiều hơn vào

công tác y tế thì phép xét nghiệm gen sẽ trở thành một công cụ đắc lực và phổ biến.

Công trình Dự báo Công nghệ lần thứ 7 do Viện Chính sách KH&CN Quốc gia Nhật

Bản thực hiện nêu rằng tới năm 2012 sẽ có khả năng “xác định được toàn bộ các chuỗi

cơ bản của từng người, kể cả cấu trúc gen, một cách nhanh chóng và rẻ, giúp sử dụng

rộng rãi những phương pháp như vậy để chẩn đoán và chữa trị thích hợp cho từng cá

nhân”.

Công cụ xét nghiệm/chẩn đoán

Các công nghệ tạo điều kiện xét nghiệm ADN nhanh bao gồm các chip, có khả năng

đo được mức biểu hiện của hàng vạn gen trong một lần thử. Một số dụng cụ chẩn

đoán dựa vào chip đầu tiên đã được bán trên thị trường. Tuy nhiên, công nghệ hiện có

vẫn còn đắt và những nhân viên có nhiệm vụ diễn giải kết quả cần phải được đào tạo

về sinh học phân tử. Công nghệ này chỉ trở thành chính thống khi nào giá thành xét

nghiệm giảm xuống và có đủ số lượng các nhân viên hoặc ứng dụng phần mềm để

diễn giải dữ liệu.

Chip ADN không phải là công nghệ duy nhất có tác động tới công tác chẩn đoán.

Sự kết hợp của CNSH và CNNN có triển vọng sẽ tạo ra những dụng cụ chẩn đoán

mạnh. Chúng sẽ tạo ra khả năng quan sát được các mối tương tác phức tạp của các

phân tử ở mức độ đặc thù hơn nhiều. Tính đặc thù này là cần thiết, vì công nghệ hiện

nay không đủ nhạy để vạch ra cách thức mà các tế bào thực hiện chức năng của mình

như thế nào, cũng như hoạt động của các hệ thống sinh học ở cấp từng phân tử.

Một số các ứng dụng đầu tiên của CNSH nano có thể sẽ ở lĩnh vực chẩn đoán phân

tử. Các nhà nghiên cứu tin chắc rằng sau chip ADN sẽ là thế hệ của chip protein, hoạt

động ở cấp nano. Các chip này sẽ có khả năng xét nghiệm nhiều protein hoặc các phân

tử gắn với protein hoặc ADN khác ở 1 lần thử duy nhất. Năng lực này có tầm quan

trọng để xét nghiệm hiệu quả các bệnh phức tạp liên quan đến nhiều gen và đánh giá

được giai đoạn phát triển của bệnh.

27



Những kỹ thuật có tên gọi là “Vạch mô thức protein” (Protein Pattern Profiling)

đang bắt đầu được áp dụng để nhận dạng sự tiến triển của một số bệnh ung thư. Dựa

vào thuật toán của bộ môn Trí tuệ nhân tạo, các nhà khoa học Mỹ bước đầu nhận dạng

được một số mô thức ung thư nhờ xét nghiệm máu. Một xét nghiệm đối với bệnh ung

thư buồng trứng hiện đang được đánh giá đối với các phụ nữ để làm giảm căn bệnh

này.

Công nghệ cảm biến, chẳng hạn như cảm biến dựa vào dây nano- một ứng dụng

đang nổi- xem ra nhạy cảm hơn 1000 lần so với xét nghiệm ADN và cho kết quả sau

vài phút, chứ không cần đến vài ngày hoặc vài tuần, có thể sẽ mở đường cho những

xét nghiệm nhanh hơn và chính xác hơn. Những cảm biến cực nhạy này là một ví dụ

về khả năng đo trực tiếp dòng điện của ADN bằng CNNN.

Các công nghệ hiển thị hình ảnh gần đây cũng đặc biệt hứa hẹn. Ví dụ, thiết bị chụp

ảnh cộng hưởng từ (MRI) giúp ta quan sát được các mô, các bộ phận và chức năng của

chúng. Các chuyên gia tin rằng trong vòng 5 năm tới sẽ có được thiết bị chụp ảnh phân

tử để quan sát được sự biểu hiện gen ở người (công nghệ này hiện đã được dùng cho

động vật). Điều này không chỉ đem lại khả năng cho chẩn đoán mà còn cho phép quan

sát, đánh giá ở thời gian thực những tác dụng của nhiều loại dược phẩm và liệu pháp

gen.

Những hạt nano, đặc biệt là điểm lượng tử (Quantum Dot) sẽ đóng vai trò quan

trọng trong lĩnh vực đang nổi là phát triển phần tử đánh dấu sinh học (Biomarker).

Điểm lượng tử là những cấu trúc tinh thể có tính chất phát quang khi chịu tác dụng của

tia laser. Chúng có thể được dùng làm các phần tử đánh dấu hiệu quả của bệnh tật.

Không như những thuốc nhuộm hữu cơ thường được dùng làm tác nhân phát quang có

cường độ ánh sáng suy giảm sau vài phút, điểm lượng tử phát sáng được trong vài tuần

hoặc lâu hơn, cho phép các nhà nghiên cứu quan sát được chức năng tế bào. Chúng

cho phép sử dụng đồng thời nhiều màu sắc. Rõ ràng, điều này đem lại khả năng quan

sát mối tương tác của nhiều phân tử. Một số chuyên gia tin rằng điểm lượng tử sẽ được

sử dụng phổ biến trong các dụng cụ chẩn đoán vào năm 2009.

Tuy nhiên, giống như các hạt nano khác, điểm lượng tử có thể đem lại rủi ro cho

sức khoẻ con người. Ví dụ, điểm lượng tử có thành phần kim loại như selenium, chì và

cađimi, có thể độc hại nếu giải phóng ra trong cơ thể. Để khắc phục, các nhà khoa học

đã bổ sung thêm các chất phủ để đảm bảo cho độ an toàn và độ ổn định. Tuy nhiên, để

công nghệ này có thể áp dụng cho cơ thể người, các nhà nghiên cứu sẽ phải phát triển

các chất phủ vừa đáp ứng được tính an toàn, vừa duy trì được hiệu quả hoạt động của

điểm lượng tử.

3.1.2. Gen dược học (Pharmacogenetics)

Ông Phó Chủ tịch Công ty Dược phẩm khổng lồ, Glaxo SmithKline, vừa qua đã đưa

ra lời nhận định rằng 90% số dược phẩm hiện nay chỉ đạt hiệu quả 30-50% ở bệnh

nhân. Sở dĩ như vậy vì cơ thể con người có những phản ứng khác nhau đối với cùng

một loại dược phẩm, chính vì thế mà Gen dược học-một bộ môn chuyên nghiên cứu về

ảnh hưởng của sự khác biệt gen đối với phản ứng của từng cá nhân lên dược phẩm- có

vai trò quan trọng. Một số phản ứng này là do những khác biệt ở cách bố trí gen.

Những người có cách bố trí gen đặc biệt có thể khiến cho một số loại thuốc mất công

hiệu, hoặc cần áp dụng liều lượng cao hơn hoặc thấp hơn mới có hiệu quả. Điều này là

do cơ thể của họ phân giải các chất nhanh hơn hoặc chậm hơn. Có một số lượng lớn

28



nhưng xác định các hệ thống mà cơ thể có thể sử dụng để xử lý thuốc, và khi hiểu biết

của chúng ta về chúng được tăng cường lên thì việc xét nghiệm gen có khả năng giúp

xác định lại loại dược phẩm cần bào chế và liều lượng của chúng.

ứng dụng thương mại đầu tiên của Gen dược học được tung ra thị trường vào 2003,

đó là chip ADN dùng để xét nghiệm 2 enzym then chốt chịu trách nhiệm đối với quá

trình trao đổi chất của thuốc. Những enzym này được tìm thấy trong gan, tham gia vào

quá trình trao đổi chất của gần 40% của tất cả các loại thuốc hiện đang được bào chế.

Khoảng 7% số dân Capca và 2% số dân không phải là người Capca có biến thể gen

làm giảm hoạt động của một trong hai loại enzym này.

ứng dụng của Gen dược học cũng có thể đóng vai trò quan trọng trong quá trình

phát triển dược phẩm, đặc biệt là thử nghiệm lâm sàng. Việc có được khả năng sàng

lọc chính xác những cá nhân để thử nghiệm trước cũng có thể có tác động lớn tới cách

thức thiết kế và quản lý thử nghiệm để giảm bớt phí tổn. Cũng có thể tăng độ linh hoạt

trong quá trình này: một thử nghiệm đã bị bãi bỏ trước đó vẫn có thể được tiếp tục nếu

loại trừ những bệnh nhân có rủi ro.

Một khảo sát gần đây của conxoocxiom SNP cho thấy rằng phần lớn các công ty

dược phẩm tin rằng tới năm 2007, ít nhất 50% các thử nghiệm lâm sàng sẽ bao hàm

việc thu nhận các dữ liệu gen của những người tham gia.

3.1.3. Các liệu pháp

Người ta đặt nhiều hy vọng rằng việc lập chuỗi hệ gen người sẽ tạo ra cuộc cách

mạng cho quá trình phát minh dược phẩm. Nhưng trên thực tế, hệ gen vẫn chỉ là một

“danh mục các bộ phận” không hơn không kém của các gen, mà sự liên hệ của chúng

với bệnh tật vẫn còn chưa được biết. Một khối lượng lớn thông tin đã được tạo ra ở

dạng ký sinh, vì các nhà nghiên cứu vẫn chưa biết được chính xác những bộ phận nào

có liên quan đến những căn bệnh nào. Nếu thiếu kiến thức thì không thể phát triển

được những liệu pháp gen thích hợp. Bởi vậy, những dự báo lạc quan trước đây hiện

đã lắng xuống do hiểu biết được nhiều hơn về tính phức tạp của nhiệm vụ đặt ra,

Mặc dù tràn ngập dữ liệu, nhưng chúng ta đang trong xu hướng tiến tới rời bỏ mô

hình phát triển dược phẩm ở dạng những “quả bom tấn” hoá chất để chuyển sang sản

xuất các dược phẩm sinh học thích hợp với từng cá nhân. Gần 16% các dược phẩm

mới được bào chế từ 1997 là dựa vào CNSH. Theo dự báo của một số nhà quan sát, tới

năm 2015, tỷ lệ trên sẽ tăng lên 40%. Dự báo này là có cơ sở, bởi lẽ trên 30% số dược

phẩm được phát triển hiện nay là sản phẩm sinh học.

Chỉ có một số ít dược phẩm trị liệu gen nhằm vào những mục tiêu cụ thể được đưa

ra thị trường. Hai dược phẩm được biết đến nhiều nhất là Herceptin chữa ung thư vú

và Glecvec chữa bệnh bạch cầu. Những dược phẩm này chỉ phục vụ cho một số người

có gen đặc thù. Ví dụ, Herceptin là một kháng thể đơn dòng, nhằm vào những tế bào

ung thư nào biểu thị quá mức loại protein có tên là HER-2. Chỉ có khoảng 25-30% số

người bị ung thư vú là có loại gen này và loại thuốc được bào chế tỏ ra là có nhạy cảm.

Tuy nhiên, trong một phát triển gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng

ngay cả những liệu pháp thành công như Glecvec, có khoảng 15-20% bệnh nhân sử

dụng loại dược phẩm này sau 3 năm trở nên nhờn thuốc. Sở dĩ như vậy vì loại enzym

mà dược phẩm trên tác dụng vào trở nên kháng thuốc.

Kinh nghiệm dựa vào các dược phẩm đã đưa ra thị trường cho thấy rằng liệu pháp

hệ gen phần lớn đều chỉ nhằm vào một bộ phận bệnh nhân. Việc đưa dược phẩm ra thị

29



trường rất tốn kém và tốn nhiều thời gian. Do vậy, nếu dược phẩm chỉ phục vụ cho

một bộ phận nhỏ trong số các bệnh nhân mắc bệnh thì các công ty dược phẩm không

thu được nhiều lợi nhuận. Một hy vọng là nếu có thể nhận dạng chính xác những nhóm

người có gen mục tiêu ngay ở giai đoạn thử nghiệm lâm sàng thì sẽ giúp việc thử

nghiệm được nhanh hơn và đỡ tốn phí hơn.

3.1.4. Liệu pháp dựa vào gen

Liệu pháp dựa vào gen hay gọi tắt là liệu pháp gen gen là “một kỹ thuật điều trị,

trong đó một gen thực hiện chức năng được nạp vào tế bào mục tiêu để sửa chữa sai

sót bẩm sinh hoặc cung cấp chức năng mới cho tế bào”. Nếu nạp thành công, các tế

bào sẽ sản xuất được protein trị liệu để thay thế hoặc bổ sung cho gen bị hư hỏng hoặc

xử lý những ảnh hưởng của các bệnh bị mắc như ung thư. Những ứng dụng liệu pháp

gen hứa hẹn sẽ giúp cơ thể sản xuất được những phân tử trị liệu một cách lâu bền.

Thoạt đầu, người ta cho rằng những trục trặc gen di truyền là những mục tiêu hiển

nhiên để những liệu pháp gen nhằm vào. Tuy nhiên, những khó khăn lớn đã nảy sinh

trong việc: (1) Nạp gen đúng mục tiêu vào các loại tế bào đặc thù, (2) Đảm bảo để tế

bào sản xuất được đúng loại protein trị liệu, và (3) Tìm ra được phương pháp để tránh

được phản ứng tiêu cực của hệ miễn dịch. Bởi vậy, liệu pháp gen vẫn chưa đạt được

tiềm năng như đã dự đoán.

Phần lớn các thử nghiệm liệu pháp gen hiện nay đều nhằm vào bệnh ung thư. Công

trình “Dự báo Công nghệ” của Nhật Bản nêu rằng tới năm 2017, liệu pháp gen để chữa

trị ung thư sẽ được sử dụng phổ biến. Cho tới nay, chỉ có duy nhất một sản phẩm trị

liệu gen nhận được giấy phép sử dụng tại thị trường Trung Quốc, đó là Gendicine. Sản

phẩm này sử dụng vectơ adenovirus để mang gen P53 vào tế bào khối u.

3.1.5. Giao thoa ARN

Giao thoa ARN (RNAi) là tác nhân vô hiệu hóa gen (Gene Silencing), được coi là

một công nghệ đang nổi đầy hứa hẹn mà giới nghiên cứu và thương mại đang hết sức

quan tâm. Một công trình then chốt đã cho thấy rằng một số phân tử ARN có công

dụng làm “vô hiệu hóa” biểu thị của gen. Đây là một trong những tiến bộ quan trọng

nhất gần đây của sinh học. Ngay từ khi phát hiện ra, RNAi đã chứng tỏ là một công cụ

thí nghiệm cực kỳ hữu ích để kiểm định các mục tiêu dược phẩm. Tuy nhiên, về lý

thuyết, ứng dụng khả năng vô hiệu hóa gen có thể chữa trị được mọi bệnh có liên quan

đến sự quá hoạt tính của một gen hoặc nhiều gen. Nó cũng có tiềm năng giảm bớt

nguy cơ biểu thị quá mức của những vật liệu gen khi nạp vào cơ thể, tránh sự phát

triển thành khối u.

Theo dự báo, thị trường RNAi sẽ tăng 31,5%/năm, đạt giá trị 328 triệu USD vào

năm 2010 (trong khi giá trị của nó vào năm 2003 là 48 triệu USD). Phần lớn sự tăng

trưởng này có lẽ là nhờ việc sử dụng RNAi làm công cụ thí nghiệm. Tuy nhiên, tháng

8/2004, một loại dược phẩm mới dựa vào RNAi đã được đăng ký cấp bằng sáng chế,

do Công ty Acuity Pharmaceutical của Mỹ phát triển.

Mặc dù đã đạt được những tiến bộ, nhưng các nhà phân tích nhận định rằng ít nhất

phải 15 năm nữa thì dược phẩm dựa vào RNAi mới được chuẩn y. Một trong những

trở ngại lớn nhất cho liệu pháp RNAi là vấn đề nạp gen.

3.1.6. Các công nghệ nạp gen

Nạp gen trị liệu vào tế bào là một trong những trở ngại kỹ thuật lớn nhất trong liệu

pháp gen. Có một số phương pháp nạp gen tiềm năng và mỗi phương pháp đều có

30



nhược điểm và ưu điểm. Trước đây, các virus lành tính thường được dùng để tải các

gen trị liệu vào tế bào. Các nhà khoa học đã lợi dụng khả năng tự nhiên của virus trong

việc truyền ADN vào tế bào. Tuy nhiên, virus cũng làm phát sinh vấn đề như gây độc

hại, gây phản ứng miễn dịch và viêm nhiễm... Do đó, những phương pháp khác thay

thế virus đã được tìm kiếm. Ví dụ, các nhà nghiên cứu đang thử nghiệm đưa trực tiếp

ADN vào tế bào và sử dụng các tế bào gốc làm vectơ. Hiện nay, các thử nghiệm đang

được tiến hành đối với tế bào gốc để chữa trị các bệnh về hệ tuần hoàn. Mục đích đặt

ra là đưa những gen khoẻ mạnh vào máu để tạo thành các tế bào gốc, từ đó có thể

chuyên biệt thành tất cả các tế bào máu.

Các nhiễm sắc thể nhân tạo của người (HAC) cũng được coi là một công nghệ có

tiềm năng. Chúng được cho là phương tiện lý tưởng, kết hợp chức năng vectơ và tác

nhân biểu thị gen, nhờ những tính chất sau:

 Chúng được rút ra từ hệ gen người bệnh, do vậy giảm bớt nguy cơ đột biến gen

do làm vô hiệu hoặc kích hoạt gen không thích hợp;

 Chúng không gây phản ứng miễn dịch;

 Chúng đủ lớn để nạp được nhiều gen.

Nhiều nỗ lực nghiên cứu trong thập kỷ qua đã được thực hiện nhằm xác định yêu

cầu cấu trúc của HAC trong tế bào. Tuy nhiên, tốc độ phát triển của công việc đã bị

kìm hãm bởi những khó khăn kỹ thuật, một phần là do kích thước lớn của nhiễm sắc

thể, một phần khác là do khó tạo được những phân tử lớn ổn định và thích hợp với

mục đích. Tuy nhiên, đã đạt được một số tiến bộ trong phòng thí nghiệm, ví dụ đã kết

hợp ổn định và biểu thị được hoocmon người thành nhiễm sắc thể nhân tạo ở chuột.

Công nghệ này mặc dù có triển vọng, nhưng vẫn đang ở giai đoạn sơ khai và theo dự

đoán, công nghệ HAC trong tương lai gần sẽ chưa được thực hiện ở các bệnh viện.

Liệu pháp gen sẽ tiếp tục được hoàn thiện, mặc dù không diễn ra nhanh như dự

đoán trước đây. Các nhà nghiên cứu đang phát hiện ra rằng những trạng thái bệnh tật

khác nhau đòi hỏi những hệ thống nạp gen khác nhau, bởi vậy sẽ hợp lý nếu những

ứng dụng liệu pháp gen được phát triển trên cơ sở đo lường và mang tính đặc thù đối

với từng loại bệnh. Phần lớn những dự báo gần đây đều cho rằng liệu pháp gen theo

từng căn bệnh sẽ nổi lên vào giai đoạn 2010-2020.

3.1.7. Vacxin

Trong số các biện pháp can thiệp y tế, vacxin là một trong những phương pháp đã

có từ lâu và ít tốn kém, có tác động lớn nhất tới công tác chăm sóc sức khoẻ cộng

đồng.

Công nghệ này đã đạt được nhiều tiến bộ nhờ sự hiểu biết gia tăng về bản chất của

các vi khuẩn lây nhiễm, nhưng sẽ tiếp tục phát triển bởi động lực của một số bệnh

đang đặt ra thách thức cho y học, chẳng hạn như AIDS, sốt rét và cúm. Sự nhấn mạnh

gần đây đến nguy cơ xảy ra chiến tranh sinh học cũng thúc đẩy công tác phát triển

vacxin. Chính phủ Mỹ trong Dự án Bioshield gần đây đã dành riêng 5,6 tỷ USD để

phát triển các công nghệ chống lại vũ khí sinh học. Trong 10 năm tới, kinh phí Liên

bang sẽ được dùng để mua các dược phẩm và vacxin để đối phó với một loạt các mầm

bệnh.

Từ thập kỷ 80, nhiều vacxin mới và hoàn thiện đã được đưa ra, kể cả các chủng loại

được tạo ra bằng công nghệ gen đầu tiên trên thế giới. Những vacxin này đã được phát

triển theo phương pháp truyền thống để phòng chống các bệnh lây nhiễm cấp tính.

31



Tuy nhiên, những loại vacxin trị liệu mới đang nổi lên, được thiết kế cho những

bệnh nhân đã bị lây nhiễm , với mục đích tăng cường phản ứng miễn dịch. Những

vacxin trị liệu cũng đã được thử nghiệm lâm sàng để chữa các bệnh không lây nhiễm,

ví dụ để tăng phản ứng miễn dịch đối với những chủng loại khối u ung thư. Hiện nay,

vẫn chưa có các loại vacxin trị liệu được đưa ra thị trường, nhưng có một số ứng dụng

được dùng trong các thử nghiệm lâm sàng quy mô nhỏ. Trong số các vacxin trị liệu có

được, loại tiên tiến nhất là để chống bệnh ung thư, đồng thời cũng có sự chú trọng gia

tăng để chống HIV/AIDS và chữa các bệnh thần kinh.

Cũng có sự quan tâm ngày càng tăng đến lĩnh vực vacxin ADN, trong đó ADN

được dùng thay cho protein để tạo ra phản ứng miễn dịch. Về lý thuyết, vacxin ADN

có một số ưu điểm so với các vacxin khác. Ví dụ, các vacxin ADN có tác dụng từ bên

trong tế bào, có tiềm năng tạo ra phản ứng mạnh hơn và hy vọng sẽ có khả năng chống

lại các loại virus biến đổi liên tục, chẳng hạn như virus cúm. Tuy nhiên, cho dù đã có

thành công ở động vật, nhưng những thử nghiệm lâm sàng ban đầu ở người cho thấy

rằng vacxin AND vẫn không đủ công hiệu. Điều này dẫn tới việc tìm kiếm sử dụng

các công nghệ cận kề, chẳng hạn như dùng vectơ virus để làm phương tiện dẫn nạp và

điều này có hứa hẹn nhiều hơn. Hiện có một số vacxin ADN đang trong giai đoạn thử

nghiệm lâm sàng.

Việc áp dụng sinh học phân tử để nhận dạng các gen độc hại đã đem lại hiểu biết

mới về sự phát sinh bệnh của các vi khuẩn độc hại. Sự hiểu biết mới này cùng với việc

có thêm kiến thức về phản ứng miễn dịch đã khiến một số nhà bình luận dự báo rằng

tới năm 2010 các vacxin ADN sẽ cạnh tranh thị phần với các biện pháp dựa vào sinh

học và hoá chất.

3.2. Y học tái sinh (Regenerative Medicine)

Sự nổi lên của bộ môn Y học tái sinh là dấu hiệu thay đổi khuôn mẫu, từ chỗ chú

trọng thay thế mô sang sửa chữa và tái sinh mô bị bệnh và lão hoá, cũng như các bộ

phận hư hỏng, thông qua phương pháp sinh học. Dự báo từ nay đến 2025, các biện

pháp tái sinh dựa vào tế bào sẽ thâm nhập vào y tế để chữa trị những bệnh như

Alzheimer, Parkinson, tiểu đường và bệnh tim. Lâu dài hơn, mục tiêu cuối cùng đặt ra

là tái sinh hoàn toàn các bộ phận.

Một số động lực then chốt khiến gia tăng hoạt động nghiên cứu bộ môn này bao

gồm sự thiếu hụt nghiêm trọng các bộ phận thay thế, máu và mô; tình trạng dân số già

đi nhanh chóng ở các nước phát triển.

Các công nghệ nơron cũng đang phát triển nhanh và những ứng dụng tiềm năng

đang nổi lên, sẽ tạo khả năng cho những người tàn phế sử dụng tín hiệu từ bộ não để

cử động chân tay giả (cũng như các thiết bị bên ngoài như xe lăn, bàn phím máy tính

v.v...). Về lâu dài, các công nghệ này thậm chí có khả năng kích hoạt các bộ phận bị

liệt.

Dưới đây sẽ đề cập đến sự phát triển trong tương lai của kỹ thuật mô:

Kỹ thuật mô

Để sản xuất ở quy mô lớn các sản phẩm kỹ thuật mô đòi hỏi phải có kiến thức và sự

kết hợp một số lĩnh vực R&D như: y học, vật liệu học, sinh học và kỹ thuật. Các

nhiệm vụ đòi hỏi của kỹ thuật mô bao gồm:



32



 Tạo nguồn và tăng cường các tế bào hoặc dòng tế bào (Cell Line);

 Phát triển bộ giàn giáo (Scaffold) vật liệu sinh học để nuôi cấy tế bào (đáp ứng

cả nhu cầu nuôi cấy trong cơ thể và trong ống nghiệm);

 Biểu thị và nạp các phân tử sinh học để điều chỉnh sự tăng trưởng, chuyên biệt

hoá tế bào;

 Giải pháp khắc phục phản ứng của hệ miễn dịch;

 Chế tạo các thiết bị phản ứng sinh học và các hệ thống bảo quản và sản xuất

quy mô lớn phục vụ cho khâu sản xuất.

Rõ ràng, đây là một lĩnh vực rất mới của CNSH. Lĩnh vực này cũng phức tạp, vì

giải pháp cho các nhiệm vụ nêu trên hiện đang ở giai đoạn phát triển khác nhau. Ví dụ,

sự phát triển các ứng dụng của vật liệu sinh học đang ở mức độ tiên tiến hơn so với

hiểu biết về sự sinh sôi và chuyên biệt hoá của các loại tế bào.

Cho tới nay đã có một số sản phẩm kỹ thuật mô vươn được ra thị trường. Hiện ở

trên thị trường có khoảng trên một chục loại sản phẩm thay thế da được tạo ra bằng kỹ

thuật mô. Cũng có mặt một số sản phẩm khác còn chưa hoàn thiện như sụn, xương,

van tim.

Khả năng áp dụng các cấu trúc đa tế bào tạo được bằng kỹ thuật mô đạt thành công

rất ít. Đó là do những vấn đề liên quan đến phản ứng miễn dịch và kiến thức còn hạn

chế về sự điều chỉnh và duy trì chức năng tế bào. Vẫn còn phải khắc phục một số

vướng mắc về KH&CN trước khi thực thi được hứa hẹn của kỹ thuật mô. Dưới đây đề

cập đến một số vấn đề chủ yếu.

3.2.1.1. Tìm kiếm tế bào

Một vấn đề quan trọng trong phát triển kỹ thuật mô là tìm kiếm và tăng cường các

tế bào và dòng tế bào.

Tế bào và dòng tế bào có thể lấy từ những nguồn khác nhau. Chúng có thể được lấy

từ cơ thể bệnh nhân, từ người cho hiến (Donor) và từ các loài khác. Chúng có thể được

lấy từ các dạng tách biệt (những tế bào vừa được chiết xuất, với tuổi thọ xác định)

hoặc dòng tế bào, đòi hỏi phải tạo ra môi trường nuôi cấy trong ống nghiệm. ở mỗi

một nguồn thu nhận tế bào có thể có sự biến đổi tiếp thành các dạng tế bào khác, hứa

hẹn nhất là các tế bào gốc.

Tế bào gốc là những tế bào có khả năng tiếp tục phân chia và phát triển thành các loại

mô khác nhau, khiến cho chúng đặc biệt có nhiều hứa hẹn cho các ứng dụng y học.

Tế bào gốc lấy từ phôi (ESC), hay còn gọi là tế bào mầm, được coi là có tiềm năng

nhất. Tuy nhiên, ESC làm phát sinh vấn đề đạo đức. Các quốc gia khác nhau có sự

phân hoá theo cách tiếp cận luật pháp đối với ESC và việc phát triển các ứng dụng

ESC sẽ phụ thuộc rất nhiều vào cách tiếp cận này.

Các tế bào gốc trưởng thành (Adult) có mặt ở các bộ phận cơ thể (ví dụ gan, hệ thần

kinh trung ương, tụy…) hiện đang được chú trọng nghiên cứu. Mặc dù các tế bào gốc

trưởng thành không có khả năng tương tự như ESC trong việc phát triển thành nhiều

loại tế bào khác, nhưng có khả năng là chúng tham dự vào quá trình tái sinh các bộ

phận. Ví dụ, gần đây đã quan sát thấy các tế bào gốc trong số các tế bào tủy xương

không chỉ chuyên biệt hóa thành các tế bào hồng cầu, mà còn thành tế bào gan, nếu



33



được cấy vào gan. Tuỷ xương cũng chứa các tế bào gốc có tiềm năng chuyên biệt hoá

thành xương, sụn hoặc cơ tim.

Hoạt động nghiên cứu về liệu pháp dựa vào tế bào gốc đang ở giai đoạn rất sơ khai.

Các nhà khoa học sẽ còn phải tiếp tục khắc phục một số khó khăn về KH&CN trước

khi đạt được ứng dụng lâm sàng, bao gồm:

 Hiểu biết về cơ chế điều chỉnh tăng trưởng và chuyên biệt hoá của tế bào gốc

thành mô;

 Hạn chế nguy cơ tế bào gốc chuyên biệt hoá thành tế bào ung thư;

 Khắc phục sự chối bỏ của hệ miễn dịch có thể phát sinh khi bệnh nhân nhận tế

bào gốc từ cơ thể khác, hoặc ESC.

Nhiều quốc gia, đặc biệt là Trung Quốc, Singapo và Anh đang đầu tư mạnh cho

nghiên cứu tế bào gốc. Nước Mỹ do những vấn đề liên quan đến chính trị, tôn giáo và

đạo đức nên kinh phí Liên bang chỉ tài trợ hạn chế cho nghiên cứu ESC.

3.2.1.2. Vật liệu sinh học, phân tử sinh học và công nghệ giàn giáo

Vật liệu sinh học trong kỹ thuật mô được dùng để hỗ trợ và hướng dẫn sự tăng

trưởng của các tế bào trong các cấu trúc 2 hoặc 3 chiều đặc thù, thường gọi là “giàn

giáo”. Một bộ giàn giáo lý tưởng là bắt chước chức năng của ma trận ngoại bào

(ECM), tức là tạo ra cho tế bào một cấu trúc hỗ trợ bao gồm protein, carbohydrat và

phân tử tín hiệu.

Vật liệu sinh học phục vụ cho y học hiện đại đã phát triển từ thập kỷ 60, với những

tiến bộ nổi bật như sau:

Giai đoạn

Đặc trưng

Thế hệ thứ nhất:

 Được phát triển để sử dụng cho cơ thể người, giảm thiểu

Thập kỷ 60 – 70.

được tính độc hại và khả năng chối bỏ.

 Lành tính về mặt sinh học.

Thế hệ thứ hai:

 Hoạt tính sinh học: các cấu phần có thể gợi được tác động

Thập kỷ 80 đến

và phản ứng được kiểm soát trong môi trường sinh lý học.

năm 2000

 Khả năng phân giải.

Thế hệ thứ ba:

 Được thiết kế để kích hoạt phản ứng tế bào đặc thù ở cấp

Từ 2000 đến nay

phân tử.

 Kết hợp hoạt tính sinh học và khả năng phân giải.

 Kích hoạt các gen để kích thích khả năng tái sinh của các

mô sinh vật.

Hoạt động nghiên cứu hiện nay đang chú trọng vào phát triển các vật liệu sinh học

có những tính chất cơ học cần thiết (chẳng hạn như khả năng chịu tải, khả năng phân

hủy. Mối quan tâm chủ yếu là kết hợp các phân tử tín hiệu kích hoạt (chẳng hạn như

protein có chức năng tác nhân tăng trưởng) vào bộ giàn giáo vật liệu sinh học. Nghiên

cứu việc dẫn nạp các phân tử sinh học đang chịu ảnh hưởng mạnh của những phát triển

công nghệ về véctơ trị liệu gen. Khả năng kết hợp các phân tử kích hoạt vào bộ giàn

giáo và giải phóng có điều khiển đối với các tác nhân tăng trưởng cho phù hợp với

điều kiện sinh lý là một trong những khâu then chốt tiếp theo của tiến bộ công nghệ.

Khía cạnh thiết kế cấu trúc giàn giáo cũng có tầm quan trọng không kém để phát

triển các vật liệu sinh học mới. Một phát triển công nghệ có hứa hẹn đem lại tiến bộ

34



trong lĩnh vực này là tạo nguyên mẫu nhanh (Rapid Prototyping) hoặc in ba chiều.

Công nghệ in 3 chiều, cùng với các công nghệ như chụp cắt lớp hay chụp cộng hưởng

từ tạo khả năng có được những mô hình động chính xác của các bộ phận và hệ mạch

của chúng. Một trong những trở ngại kỹ thuật lớn để tái sinh bộ phận hoặc mô là nhân

bản các mao mạch. Công nghệ in 3 chiều, với khả năng lập mô hình chính xác các hệ

thống sinh vật, được coi là giải pháp đặc biệt hứa hẹn.

CNNN sinh học cũng có dấu hiệu sẽ giúp khắc phục trở ngại này. Ví dụ, các kỹ

thuật chế tạo vi mô đã giúp vi tiểu hình hoá các bộ giàn cho kỹ thuật mô, cho phép

kiểm soát ở cấp vi mô các bề mặt tế bào một cách hiệu quả hơn để mô phỏng tác dụng

của thành mạch. Các polyme sinh học cũng được chế tạo với các kênh kích thước như

mao mạch và đã có triển vọng như những ống dẫn có hiệu quả để hình thành các mạch

máu. Một ứng dụng trước mắt là thay thế các mô động mạch tim bị hư hỏng.

3.2.1.3. Thiết kế kỹ thuật và sản xuất

Sau khi khẳng định được tính khả thi về kỹ thuật để tái sinh mô, vẫn cần phải khắc

phục các thách thức quan trọng về thiết kế kỹ thuật thì mới tiến hành được việc sản

xuất quy mô lớn.

Các sản phẩm kỹ thuật mô được nuôi cấy ngoài cơ thể sẽ phụ thuộc vào việc phát

triển của các công nghệ thiết bị phản ứng-những thiết bị quan trọng để bảo quản tế bào

và mô trước khi đưa vào sử dụng lâm sàng. Có một số vấn đề cần giải quyết như sau:

 Làm thích ứng công nghệ thiết bị phản ứng hiện có để có khả năng tăng cường

tế bào và xản suất mô ba chiều ở quy mô lớn;

 Sử dụng thiết bị phản ứng làm thiết bị hỗ trợ các bộ phận cơ thể;

 Xây dựng các chiến lược hỗ trợ lưu thông máu trong các mô được tạo;

 Phát triển các thiết bị phản ứng sinh học mô phỏng môi trường sinh lý.

Cho dù các tế bào được nuôi cấy trong ống nghiệm hay trong cơ thể thì cũng đều

làm nảy sinh những vấn đề đối với sự phát triển trong tương lai. Người ta quan tâm

nhiều đến trường hợp nuôi cấy mô tại chỗ (In Situ) nhờ các tế bào tiêm vào, do có ưu

điểm là không cần phải mô phỏng môi trường sinh lý nhân tạo. Nếu như các tế bào

phải được tạo ra bên ngoài cơ thể để thành mô cấy ghép thì trước hết phải lấy được các

tế bào thích hợp của bệnh nhân. Nếu các tế bào được lấy từ cơ thể bệnh nhân thì sẽ cần

phải có một hệ thống nuôi dưỡng kèm theo. Điều này đem lại những vấn đề về luật

pháp, đồng thời rất tốn kém.

3.2.2. Các bộ phận sinh học nhân tạo

Sự phát triển các bộ phận sinh học nhân tạo-thực chất là được dùng tạm thời trong

thời gian chờ bệnh nhân hồi phục hoặc có được các phủ tạng của người hiến-đã có

được khá nhiều tiến bộ. Các bộ phận sinh học nhân tạo lấy plasma của bệnh nhân cần

cấy ghép và lưu chuyển những tế bào này bên ngoài cơ thể trong thiết bị phản ứng

thông qua các tế bào khỏe của bệnh nhân. Công nghệ này có thể coi là chiếm vị trí

trung gian giữa liệu pháp tế bào và tái sinh toàn bộ bộ phận. Hiện tại, 2 loại thiết bị

gan nhân tạo sử dụng tế bào gan người và 3 thiết bị sử dụng tế bào gan lợn đang trong

quá trình thử nghiệm lâm sàng.



35



3.3. Công nghệ sinh học hỗ trợ sinh sản

3.3.1. Công nghệ tử cung nhân tạo

Sự phát triển của công nghệ tử cung nhân tạo (Artificial Womb) còn ở giai đoạn sơ

khai. Có 2 nhóm nghiên cứu, một nhóm ở trường Đại học Cornell (Mỹ) và nhóm còn

lại ở trường Đại học Juntendo, Tokyo đã đạt được một số thành công.

Nhóm nghiên cứu của Mỹ đã tách lấy tế bào từ thành tử cung và nuôi cấy ở trong

phòng thí nghiệm. Họ đã sử dụng các hoocmôn và nhân tố tăng trưởng và kỹ thuật

nuôi cấy mô. Những phôi đã được cấy ghép vào tử cung nhân tạo này sống được tới 14

ngày. Trái lại, nhóm của Nhật Bản đã tách lấy bào thai của dê và đặt vào trong một túi

chất dẻo trong suốt, chứa nước ối, được duy trì ở nhiệt độ cơ thể; những bào thai này

đã sống được tới 10 ngày.

Tử cung nhân tạo mở ra triển vọng “sinh” con hoàn toàn bên ngoài cơ thể. Mặc dù

có những thông báo, thí dụ của nhóm Raelins và của các bệnh viện Panos Zavos (Mỹ)

và Antinori Severini (Italia), nhưng vẫn chưa có bằng chứng thực sự về việc cấy ghép

thành công các phôi người được nhân bản vô tính để phục vụ mục đích sinh sản.

3.3.2. Sàng lọc và lựa chọn phôi

Chẩn đoán gen trước khi cấy phôi (PGD) là một kỹ thuật in vitro (trong ống

nghiệm), theo đó các phôi non được phân tích để kiểm tra những đặc trưng gen hoặc

nhiễm sắc thể xác định và được lựa chọn tương ứng để cấy vào cơ thể bệnh nhân. PGD

lần đầu tiên được thực hiện vào năm 1989 và đã được áp dụng ở khoảng 50 bệnh viện

trên khắp thế giới, phần lớn là ở Mỹ. Công nghệ này đã được dùng để tránh các bệnh

di truyền như chứng ưa chảy máu (Haemophilia) và hội chứng Lesch Nyhan, các bất

bình thường của nhiễm sắc thể như các bệnh Down và Turner. Tuy nhiên, trước khi có

thể được áp dụng tin cậy đối với các đặc trưng bệnh tật phức tạp, cần phải có những

phát minh quan trọng xoay quanh các vấn đề như mối quan hệ giữa kiểu gen và kiểu

hình, các nhân tố môi trường và một số bệnh về biểu sinh.

Công nghệ PGD có những nhược điểm, do chỉ thực hiện được mỗi lần một phôi,

điều này hạn chế nghiêm trọng tới việc xét nghiệm nhiều đặc trưng. Tuy nhiên, một kỹ

thuật có tên là khuếch đại ADN có thể giúp khắc phục nhược điểm này. Khuếch đại

ADN không phải là một kỹ thuật mới, nhưng gần đây nó được hoàn thiện để áp dụng.

Cuối năm 2002, 331 trẻ em đã ra đời với sự giúp đỡ của kỹ thuật lựa chọn tinh

trùng. Hiện tại, công nghệ này đã giúp tăng khả năng sinh con theo ý muốn, với xác

suất 90% đối với con gái và 75% đối với con trai.

3.4. Y học Nâng cao

CNSH còn được áp dụng cho các mục đích tăng cường thêm các đặc tính không

thuộc về y học. Những tiến bộ trong hiểu biết về những đặc trưng di truyền phức tạp

và về hoạt động của não bộ đã đem lại tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực này. Hiện ở

các nước phát triển đã lưu hành nhiều loại dược phẩm liên quan đến “lối sống”

(“Lifestyle”), nhằm cải thiện diện mạo, chứ không nhằm chữa bệnh. Một số xu hướng

đã tạo cơ sở cho sự phát triển các loại dược phẩm này bao gồm tình trạng già đi của

dân số, sự gia tăng tuổi thọ và một điều rất quan trọng là sự thay đổi quan niệm. Trong

thế giới ngày nay, nhiều “hội chứng” liên quan đến tuổi già mà trước đây được coi là

bình thường, thì nay trở nên khó chấp nhận đối với nhiều người và họ muốn được khắc

36



phục bằng các biện pháp can thiệp y tế. Ngoài ra, ngành này cũng có xu hướng sản

xuất các loại dược phẩm để tăng cường các năng lực thể chất và tinh thần. Trong

tương lai, thị phần này sẽ ngày càng thu hút giới trẻ.

Những thay đổi quan niệm xã hội như trên có thể tạo động lực cho sự phát triển các liệu

pháp dựa vào gen. Tuy nhiên, những biện pháp can thiệp này cũng có thể dấy lên những

vấn đề liên quan đến đạo đức, luật pháp và xã hội. Ví dụ, những biện pháp trên cũng có thể

được dùng để nâng cao sức cơ bắp cho vận động viên, hoặc khi các nhà khoa học khám phá

được bản chất của tuổi già và có khả năng chữa trị được các “hội chứng” tuổi già thì xã hội

sẽ phải đối mặt với hệ quả là mọi người ngày càng sống lâu hơn.

Những tiến bộ công nghệ tiềm năng sẽ diễn ra ở các lĩnh vực sau:

 Ngăn chặn tình trạng lão hoá;

 Nâng cao thể lực;

 Nâng cao các đặc trưng gen: những trẻ em được thiết kế (Designer Babies), với

những đặc trưng cần thiết;

 Nâng cao khả năng nhận thức/trí nhớ.

Dinh dưỡng

Những động lực thúc đẩy hoạt động nghiên cứu trong lĩnh vực thực phẩm và dinh dưỡng

bao gồm: (1) Chi phí ngày càng gia tăng của dịch vụ y tế; (2) Tình trạng dân số ngày càng già

đi; (3) Sự gia tăng các bệnh liên quan đến lối sống (như béo phì, tiểu đường…). Bên cạnh

những nhân tố này, ở các nước phát triển hiện có xu hướng vươn tới các biện pháp tự chuẩn

đoán và phòng ngừa bằng cách sử dụng thực phẩm và lối sống để duy trì sức khoẻ và quản lý

bệnh tật.

Những lĩnh vực nghiên cứu thực phẩm dưới đây sẽ có tác động quan trọng tới tương lai:

 Thiết kế các thực phẩm và món ăn để giảm trọng lượng cơ thể;

 Hoàn thiện các phương pháp nhận dạng và đánh giá những thành phần thực

phẩm chức năng có thể giảm bớt nguy cơ bị mắc các căn bệnh mãn tính;

 Nâng cao dưỡng chất nông sản thông qua GM và nhân giống cây trồng có sự hỗ

trợ của phần tử đánh dấu;

 Đánh giá ảnh hưởng của quá trình chế biến, bảo quản và GM đối với giá trị

dinh dưỡng của thực phẩm;

 Phát triển các thành phần thực phẩm có tác dụng cải thiện lượng mỡ trong máu.

Thực phẩm chức năng và thức ăn bổ dưỡng

Thị trường thực phẩm chức năng trên toàn cầu đạt giá trị gần 50 tỷ USD vào năm 2002,

tăng lên so với mức 30 tỷ USD năm 1995. Thị trường lớn nhất là Mỹ, sau đó là châu Âu và

Nhật Bản. Có sự tăng trưởng này là do hiện tượng tự chăm sóc của người dùng và sự tiếp tục

tăng nhanh nhu cầu đối với các sản phẩm có lợi cho sức khoẻ và diện mạo cơ thể.

Hiện đang có những hoạt động nghiên cứu mạnh mẽ trên toàn cầu để tăng cường

hiểu biết về hiệu quả của thực phẩm chức năng và thành phần của chúng để tối ưu hoá

tình trạng sức khoẻ và phòng ngừa bệnh tật.

Dưỡng gen học (Nutrigenetics)

Làn sóng thứ hai của lĩnh vực y học thích hợp cho cá nhân, sau lĩnh vực Dược gen

học (Pharmagenetics) là Dưỡng gen học. Thực phẩm là một yếu tố góp phần rất lớn

37