Các nhà khoa học “nuôi” nội tạng người trong không gian để làm gì?
Trạm không gian quốc tế ISS không chỉ phục vụ cho các sứ mệnh vũ trụ mà còn là phòng thí nghiệm cho sứ mệnh sinh học: nuôi cấy các bộ phận cơ thể người.
Việc nuôi nội tạng người trong môi trường không trọng lực có ý nghĩa gì với nhân loại? Mời bạn đọc tìm hiểu câu trả lời qua bài viết sau đây của chuyên gia tế bào gốc Alysson R. Muotri. Bài viết đăng tải trên Live Science tháng 7 năm 2020.
Trọng lực có thể là một trở ngại thực sự khi bạn cố gắng nuôi các bộ phận người. (Ảnh: Shutterstock)
Đó là lý do vì sao các thí nghiệm trong không gian rất có giá trị. Nhờ chúng mà các nhà khoa học có thêm quan điểm mới về sinh học, hiểu rõ hơn sự hình thành các mô của con người.
Trọng lực ảnh hưởng tới cách protein và các gien tương tác bên trong tế bào, tạo ra các mô bị phân cực, bước nền tảng trong sự phát triển cơ quan tự nhiên ở con người. Và đây chính là cách trọng lực tác động tới hành vi tế bào.
Khi chúng ta tái sinh các mô ba chiều (3D) phức tạp trong phòng thí nghiệm để phục vụ cho cấy ghép y tế thì trọng lực sẽ cản trở chúng ta. Việc này trở nên khó khăn do các thiết bị nuôi cấy vi sinh vật (bio-reactor) khi sử dụng ở Trái Đất sẽ chịu một số giới hạn vốn có.
Sự nuôi dưỡng mô và bộ phận người trong phòng thí nghiệm
Để nuôi cấy mô trong phòng thí nghiệm, các nhà khoa học sẽ dùng các giá đỡ (scaffold) làm bề mặt cho các tế bào gắn vào đó theo hình dạng cố định được xác định trước. Ví dụ, một cấu trúc có hình dạng các tế bào thận sẽ được dùng để nuôi một quả thận nhân tạo. Trong thực tế, tuy chiến lược này giúp nuôi mô ở các giai đoạn đầu nhưng sẽ gặp nhiều vấn đề trong dài hạn, như các phản ứng miễn dịch với các giá đỡ tổng hợp hay cấu trúc không chính xác.
Ngược lại, các tế bào có thể tự mình tổ chức thành các cấu trúc ba chiều chính xác một cách thoải mái mà không cần nền móng là giá đỡ ở điều kiện không trọng lực. Khi trọng lực bị loại bỏ khỏi phương trình, các nhà nghiên cứu như Alysson có thể học được những cách mới để nuôi mô người, chẳng hạn như cách nuôi sụn và các mạch máu trong môi trường nhân tạo nhờ mô phỏng cách sắp xếp tế bào tự nhiên mà không cần giá đỡ. Các điều kiện không trọng lực là một lợi thế dù đây không phải là những gì diễn ra trong bụng mẹ (vì nói cho cùng thì tử cung vẫn phải phụ thuộc vào trọng lực).
Hệ thống nuôi cấy sinh học này sẽ giúp các nhà sinh học hiểu được cách không gian tác động đến sức khỏe con người như thế nào qua việc nghiên cứu các tế bào được nuôi trong môi trường vi trọng lực trên ISS.
Và đây chính là những gì đang diễn ra trên ISS.
Dựa trên những thí nghiệm này, các nhà nghiên cứu sẽ tối ưu hóa mô được phát triển để đem dùng trong khoa học cơ bản, y học cá nhân hóa và cấy ghép cơ bản.
Hệ thống nuôi cấy sinh học trong môi trường vi trọng lực trên trạm không gian quốc tế ISS (Ảnh: NASA).
Vì sao nên sản xuất cơ quan người trong không gian, việc này còn có những lý do khác
Sau khi tham gia các sứ mệnh không gian dài hạn, cơ thể của các phi hành gia sẽ trải qua một loạt các thay đổi sinh lý. Một số trong đó có thể đảo ngược theo thời gian, một số khác thì không, và điều này sẽ làm thay đổi các chuyến du hành vũ trụ tương lai của nhân loại.
Chúng ta không chỉ biết được những gì đang gây rối trong các cơ quan nội tạng của các phi hành gia khi nghiên cứu cơ thể họ trước và sau các sứ mệnh mà còn biết thêm một ít về cơ chế chịu trách nhiệm cho các thay đổi đó. Vì vậy, việc nuôi mô người trong không gian sẽ bổ sung cho loại nghiên cứu này và cho chúng ta biết những cách thức chống lại các thay đổi.
Cuối cùng, tất cả những hình thái sự sống mà khoa học đã biết đều tiến hóa khi có sự tồn tại của vi trọng lực. Nếu không có lực hấp dẫn, bộ não của chúng ta có thể đã tiến hóa theo một quỹ đạo khác, ví dụ như gan của chúng ta sẽ không lọc chất lỏng như chức năng mà nó đang đảm nhận trên Trái Đất.
Chúng ta có thể dự đoán cách bào thai phát triển trong bụng mẹ nhờ việc tái hiện sự hình thành phôi người trong không gian. Có một số sáng kiến nghiên cứu đang được thực hiện trên các mô hình não người thu nhỏ trong phòng thí nghiệm của Alysson trên ISS. Các nhà nghiên cứu đã thiết kế các vi mô (não người thu nhỏ) để biết được tác động lên não người đang phát triển khi không có trọng lực. Những dự án này là ngụ ý sâu xa về sự đô hô không gian của con người trong tương lai (liệu con người có thể sinh sản thành công trong không gian?).
Ngoài ra, những nghiên cứu này cũng sẽ cải thiện các thế hệ cơ quan nhân tạo được dùng để thử nghiệm thuốc và biện pháp điều trị trên trái đất.
Các biện pháp điều trị tốt hơn cho các chứng bệnh phát triển thần kinh và thoái hóa thần kinh mà hàng triệu người trên thế giới đang chịu đựng có thể đến từ nghiên cứu trong không gian?
Đó là câu hỏi mà giáo sư Alysson đặt ra để kết thúc bài viết của mình.
Giáo sư Alysson R. Muotri là giáo sư nhi khoa và y học phân tử và tế bào thuộc đại học California (San Diego, Mỹ). Ông là một nhà sinh học tế bào gốc hứng thú với sự tiến hóa và sức khỏe não bộ. Phòng thí nghiệm của ông nghiên cứu cách thức não người hình thành bên trong tử cung và cách thức mà các thay đổi trong quá trình này gây ra hậu quả suốt đời đến hành vi con người như các bệnh tự kỷ, tâm thần phân liệt. Phát triển tế bào não trong không gian là một phần trong công việc của phòng thí nghiệm.
Tránh vi trùng từ... vũ trụ
Các cơ quan vũ trụ trên thế giới ngày càng mang về nhiều mẫu vật từ các tiểu hành tinh, Mặt trăng và sao Hỏa.
Phát hiện"thây ma vũ trụ" xanh, nhờn dính và sinh ra từ cõi chết
Một loại sao mới sinh ra từ vụ va chạm 2 sao lùn trắng đã khiến các nhà thiên văn bị sốc khi thể hiện đầy đủ tính chất của một thây ma (zombie) như trong phim ảnh.
Vị trí không được dọn vệ sinh trên trạm ISS
Các phi hành gia không được dịch chuyển và hút bụi nơi đặt hệ thống hộp thí nghiệm để kiểm tra mức độ nhiễm khuẩn trong trạm vũ trụ.
Một "Hệ Mặt trời" khác có... 7 hành tinh giống Trái đất
Hệ sao TRAPPIST-1 tiếp tục gây kinh ngạc sau vài năm được chứng minh là sở hữu 7 hành tinh đại dương: 7 hành tinh đó còn có thành phần và kết cấu giống Trái Đất của chúng ta.
Phát hiện hệ sáu sao trong dải Ngân Hà
Các nhà thiên văn học khám phá ra một hệ thống chứa 6 ngôi sao quay quanh nhau trong dải Ngân Hà, cách Trái đất khoảng 2.000 năm ánh sáng.
Vật chất này được coi là chủ nhân của vũ trụ, nếu không có nó, chúng ta sẽ không còn tồn tại!
Khoảng 85% vật chất trong vũ trụ là " vật chất tối", không thể nghiên cứu thông qua quan sát trực tiếp bằng sóng điện từ, nhưng vật chất bí ẩn này sẽ có tác động rất lớn đến vũ trụ.
