Máu tổng hợp có thể giúp giải quyết bài toán khó của ngành y tế

Cùng với nhu cầu phẫu thuật lớn, trong khi lượng người hiến máu tình nguyện vẫn chưa đủ đông, nhu cầu cấp cứu đã khiến thiếu máu trở thành một trong những nguy cơ tiềm ẩn lớn nhất của việc cứu người. Ngay cả những quốc gia tiên tiến như Mỹ cũng thiếu khoảng 4 triệu đơn vị máu mỗi năm, dự báo là sẽ kéo dài ít nhất tới 2030. Đó là chưa kể tới những nguy cơ khác như các bệnh dịch lây lan qua đường truyền máu (mà HIV là điển hình).

Thực trạng trên cũng dẫn tới hệ quả khác là năng lực cấp cứu suy giảm do việc thiếu máu duy trì sự sống cho các nạn nhân chấn thương, ít nhất là đủ để họ tới bệnh viện. Bản thân việc tìm được một chất trung gian có thể di chuyển oxy thay cho máu cũng là một trong những thách thức lớn của nền y tế suốt nhiều thế kỷ qua.

Từ thế kỉ 17, William Henry đã có những phát kiến đầu tiên về vấn đề này, nhưng những bước tiến ban đầu đều hết sức mạo hiểm, và đôi khi phi thực tế. Các nhà khoa học đã từng thử bia, sữa, nước tiểu, máu động vật và thậm chí lấy rượu pha với thuốc phiện... tất cả đều thất bại.

Những nghiên cứu vẫn kéo dài xuyên suốt thế kỉ 20, cho tới Thế chiến thứ II khi nhu cầu truyền máu tăng cao, kéo theo các công nghệ liên quan cũng có sự phát triển nhất định. Mặc dù vậy, sự xuất hiện của virus HIV vào thập niên 80 thế kỉ trước, cùng nỗi sự hãi bệnh bò điên vào thập niên 90 sau đó đã khiến mọi nỗ lực tìm kiếm loại vật chất có thể thay thế máu trở nên khó khăn.

Thực tế, việc tổng hợp ra một giải pháp có thể thay thế máu, hay chỉ cần mang được oxy đi, là điều vô cùng khó khăn. Tới nay, chỉ có hai tiền chất có thể sử dụng được là hemoglobin tái tổ hợp và perfluorocarrbons (PFCs).

Cả hai đều có những giá trị nhất định, nhưng đi kèm tác dụng phụ kết sức nguy hiểm. Ví dụ như phương pháp sử dụng hemoglobin tái tổ hợp có khả năng liên kết với oxy dễ dàng hơn so với PFCs nhờ bản chất phân tử tự nhiên của nó, nhưng việc giải phóng hemoglobin thô vào máu là rất độc hại.

Để đảm bảo an toàn, hemoglobin tái tổ hợp phải được "đóng gói" vào các phân tử lớn hơn để giữ chúng không luồn qua các lỗ trên mạch máu, tránh tình trạng chúng lọt vào các mô xung quanh gây tổn thương ô xy hóa.

Trong khi đó, PFCs tuy là vật liệu trơ có thể mang lượng oxy gấp 50 lần so với huyết tương, nhưng vẫn ít hơn so với các giải pháp sử dụng hemoglobin. Tuy nhiên, PFCs không hòa tan trong nước, và phải được trộn với nhũ tương lipid béo trước khi truyền vào máu. PFCs cũng gặp khó trong việc tiếp cận các mô cần thiết nhất và cũng khó bảo quản lâu dài.

Tới nay, duy nhất một vật chất thay thế máu trong vai trò vận chuyển oxy được Cơ quan quản lý thực phẩm và thuốc men Mỹ chứng nhận an toàn sử dụng là Fluosol-DA-20 (vào năm 1989). Tuy vậy, những hiệu ứng phụ nguy hiểm đã khiến nó bị thu hồi chỉ 5 năm sau đó. Trong khi đó, chưa có bất cứ giải pháp sử dụng hemoglobin nào đạt được thành tích tương tự.

Mới đây, một phát kiến mới lại đem tới tia sáng cuối đường hầm, do Tiến sĩ Andre Palmer (trường Đại học Ohio) và Tiến sĩ Allan Doctor (trường Đại học dược Washington) công bố. Phát kiến tạo ra sản phẩm có tên Erythromer này là thành quả nghiên cứu dưới sự tài trợ của Bộ Quốc phòng Mỹ và Viện nghiên cứu y tế Vương quốc Anh (NIH).

Về bản chất, Erythromer chưa thể thay thế được máu tự nhiên, nhưng có thể mang oxy tới các thành phần cơ thể, giúp nạn nhân chấn thương sống sót tối đa 48 tiếng, đủ để tiếp cận bệnh viện.

Erythromer là hemoglobin khai thác từ con người, nhưng ở dạng bột để có thể lưu trữ được khoảng 6 tháng - dài hơn nhiều mốc 42 ngày so với máu tự nhiên trong môi trường lạnh. Các phân tử hemoglobin trong Erythromer được phủ một lớp polymer tổng hợp cho phép tự thu atom oxy tại các khu vực có độ pH cao trong cơ thể người và thả ra tại các mô thiếu ô xi (vốn có độ pH thấp). Việc là vật chất nhân tạo, Erythromer hầu như không đối mặt với nguy cơ truyền nhiễm HIV, H1N1 hay Zika do sự bất cẩn của các bác sĩ.

Hiện nay, Erythromer vẫn được phát triển nhằm đáp ứng mục tiêu quân sự (cấp cứu chiến trường). Tuy nhiên, Tiến sĩ Palmer rất kì vọng vào khả năng ứng dụng trong môi trường dân sự, từ hoạt động cấp cứu trong các vụ việc quy mô lớn (thiên tai, khủng bố...) cho tới cấp cứu khoảng cách lớn.

Thậm chí, Cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ (NASA) hiện cũng bày tỏ sự quan tới công nghệ này nhằm ứng dụng hỗ trợ các phi hành gia trong những hành trình mạo hiểm sắp tới (lên sao Hỏa là một ví dụ).

Bên cạnh Erythromer, Tiến sĩ Palmer và các cộng sự cũng có một phương án khác là hemoglobin được polymer hóa (PolyHb), với kết cấu tương tự như Erythromer. Nó cũng gồm các phân tử hemoglobin tự nhiên, được bọc trong polymer nhằm hạn chế các hiệu ứng độc hại. PolyHb cũng có thể được chuyển thành dạng bột như Erythromer nhằm giảm trọng lượng hơn một nửa.

PolyHb có hiệu quả lớn trong các tình huống cấp cứu chiến trường, với khả năng cho phép mỗi chiến sĩ quân y cấp cứu cho 10 binh sĩ bị thương khác chỉ với lượng mang theo bên người - nhiều gấp đôi so với máu thông thường. Tất cả những gì họ cần chỉ là nước tinh khiết để hóa lỏng PolyHb.

Tuy nhiên, cả Erythromer và PolyHb đều chưa thể thực hiện các tác vụ khác ngoài vận chuyển oxy, đồng nghĩa rằng nó chưa thể thay thế hoàn toàn máu tự nhiên trong cơ thể con người. Dù vậy, Tiến sĩ Palmer cho rằng việc trộn các vật chất này với những chất có thể đáp ứng những nhiệm vụ khác của máu là điều hoàn toàn khả thi, nhưng cần thêm thời gian để nghiên cứu.