Phát hiện chính
Quân đội Mỹ đang đầu tư vào các sản phẩm huyết tương, tiểu cầu và hồng cầu có thể bảo quản dài hạn. Theo MIT Technology Review, DARPA đặt mục tiêu đưa các túi sản phẩm máu dạng khô ra thực địa vào năm 2029 để nguồn máu đến nơi cần nhanh hơn. Mốc 36 phút đến từ một nghiên cứu trên tạp chí JAMA, trong đó truyền máu sớm trong khoảng thời gian này có liên quan đến khả năng sống sót cao hơn.
Nội dung
Tháng 2 năm 2007, trực thăng cứu thương mang mật danh Morphine 1-2 đưa ba binh sĩ bị thương đến một bệnh viện dã chiến. Bệnh viện này nằm tại Balad, phía bắc Baghdad. Ngay sau đó, phi hành đoàn nhận thêm một nhiệm vụ khẩn cấp. Máy bay phải đi qua vùng do lực lượng nổi dậy kiểm soát giữa ban ngày để lấy máu.
Khi trực thăng bay gần thành phố Karmah thuộc tỉnh Al-Anbar, một tên lửa vác vai khóa mục tiêu và đánh trúng máy bay. Phi công cố giữ chiếc trực thăng đang bốc cháy trong 58 giây trước khi nó rơi xuống đất. Toàn bộ bảy thành viên tổ bay thiệt mạng.
Robert Murray là sĩ quan Hải quân Mỹ và quản lý chương trình tại Cơ quan Các dự án nghiên cứu quốc phòng tiên tiến Mỹ. Ông cho biết chuyến bay hôm đó làm nhiệm vụ vận chuyển máu. Theo Murray, đây là một trong những nhiệm vụ được ưu tiên cao nhất, chỉ đứng sau sơ tán thương binh. Câu chuyện được MIT Technology Review thuật lại khi phân tích cuộc đua chế tạo máu nhân tạo của quân đội Mỹ.
Vì sao máu hiến không đáp ứng được nhu cầu
Máu hiến cứu người nhưng có thời hạn sử dụng ngắn và cần điều kiện bảo quản nghiêm ngặt. Nguồn máu này cũng khó vận chuyển đến chiến trường hoặc hiện trường cấp cứu. Theo các tài liệu được MIT Technology Review dẫn lại, xuất huyết gây ra khoảng 90% số ca tử vong có thể phòng tránh trên chiến trường.
Theo nghiên cứu đăng trên tạp chí Transfusion năm 2025, 1,2 triệu bệnh nhân chấn thương tại Mỹ có khả năng cần máu trước khi tới bệnh viện. Chỉ 1% trong số đó thực sự được truyền. Theo số liệu của Đại học Phẫu thuật viên Mỹ, tình trạng thiếu máu dẫn đến khoảng 10.000 ca tử vong có thể phòng tránh mỗi năm tại Mỹ. Trên toàn cầu, tổ chức này cho rằng con số có thể lên đến hàng triệu ca.
Theo MIT Technology Review, máu toàn phần chỉ giữ được 35 ngày trong điều kiện lạnh. Các ngân hàng máu thường tách máu thành nhiều thành phần để kéo dài thời gian sử dụng, nhưng từng thành phần vẫn có giới hạn riêng. Theo bài báo này, tiểu cầu thường được bảo quản ở nhiệt độ phòng và chỉ dùng được trong một tuần hoặc ít hơn. Hồng cầu và huyết tương có thể đông lạnh, song sẽ hỏng trong vài ngày sau khi rã đông.
Việc dự đoán thời điểm cần máu đặc biệt khó trong chiến tranh. Nếu rã đông quá sớm, nguồn cung có thể hết hạn trước khi xảy ra thương vong. Nếu chờ tới khi có người bị thương, quá trình chuẩn bị và vận chuyển có thể quá chậm.
Khoảng thời gian 36 phút
Một nghiên cứu trên tạp chí JAMA về thương tích chiến đấu tại Afghanistan cho thấy người cần truyền máu nên bắt đầu được điều trị trong vòng 36 phút. Murray cho biết bệnh nhân xuất huyết còn khả năng cứu sống có cơ hội sống sót rất cao nếu nhận được máu trước mốc này. Sau 36 phút, xác suất sống bắt đầu giảm nhanh.
Theo MIT Technology Review, Murray phụ trách chương trình RAPIID trị giá 73 triệu USD để giải quyết điểm nghẽn đó. Chương trình đặt mục tiêu tạo ra các phiên bản bảo quản dài hạn của ba thành phần truyền máu chính gồm huyết tương, tiểu cầu và hồng cầu. Theo bài báo này, RAPIID tiếp nối FSHARP, chương trình trước đó của DARPA trị giá 47,5 triệu USD và đã tạo ra các kết quả triển vọng trên động vật.
Các thử nghiệm dành cho từng thành phần sẽ diễn ra song song. Theo MIT Technology Review, DARPA muốn triển khai những túi sản phẩm máu dạng khô ngoài thực địa vào năm 2029. Cơ quan này còn phải phối hợp thử nghiệm với Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ. DARPA cũng cần phát triển túi chứa chịu được điều kiện chiến đấu và chuẩn bị công cụ kiểm tra lượng máu nhân tạo trong cơ thể bệnh nhân.
Huyết tương là phần dễ xử lý nhất
Huyết tương là thành phần dễ bảo quản dài hạn nhất trong ba mục tiêu của DARPA. Chất lỏng màu vàng nhạt này chiếm 55% máu toàn phần, và các nhà nghiên cứu đã biết cách tách rồi đông khô huyết tương từ cuối thập niên 1930.
Trong Thế chiến thứ hai, hỗn hợp nước, muối và hàng nghìn loại protein trong huyết tương được dùng để phục hồi thể tích máu cho binh sĩ bị thương và hỗ trợ kiểm soát chảy máu.
Mỹ ngừng sử dụng huyết tương đông khô vào thập niên 1960 vì nguy cơ người nhận nhiễm viêm gan từ người hiến. Sau khi các kỹ thuật sàng lọc, xét nghiệm và sấy khô được cải thiện, quân đội Mỹ bắt đầu xây dựng lại năng lực sản xuất từ năm 2010. Theo MIT Technology Review, trong hai năm gần đây, Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ đã cho phép quân đội sử dụng khẩn cấp hai loại huyết tương đông khô, trong đó một loại cũng có thể dùng cho dân thường.
Tiểu cầu và hồng cầu khó mô phỏng hơn
Khó khăn khi thay thế từng thành phần
Tiểu cầu và hồng cầu khó thay thế hơn huyết tương vì chúng thực hiện các chức năng sinh học phức tạp. Tiểu cầu tìm vị trí mạch máu bị tổn thương để hỗ trợ cầm máu, còn hồng cầu phải vận chuyển oxy mà không giải phóng hemoglobin tự do gây hại cho cơ thể.
Theo MIT Technology Review, nỗ lực kéo dài tuổi thọ của tiểu cầu đã có từ thập niên 1950 nhưng chưa đạt nhiều thành công. Cellphire hiện đông khô tiểu cầu thật của người. Sản phẩm đã thể hiện độ an toàn và hiệu quả trong thử nghiệm lâm sàng trên người, nhưng vẫn phụ thuộc vào người hiến nên khả năng mở rộng chưa rõ ràng.
Thành phần quan trọng nhất của hồng cầu là hemoglobin, protein vận chuyển oxy được bao bọc bởi màng tế bào. Lớp màng này tạo ra yêu cầu tương thích nhóm máu, nhưng cũng bảo vệ cơ thể khỏi hemoglobin tự do. Hemoglobin không có màng bao dễ phân hủy trong máu, có thể làm tổn thương cơ quan và hút nitric oxide, chất giúp mạch máu giãn ra. Khi nitric oxide bị lấy mất, mạch máu co lại.
Những hạn chế của chất mang oxy dựa trên hemoglobin
Theo MIT Technology Review, trong thập niên 1980 và 1990, lo ngại truyền máu có thể lây HIV đã thúc đẩy nghiên cứu các chất mang oxy dựa trên hemoglobin. Một sản phẩm mang tên HemAssist nối các đơn vị hemoglobin với nhau để làm chậm quá trình phân hủy. Theo bài báo này, HemAssist giữ được khoảng một năm trong kho lạnh, trong khi hồng cầu chỉ giữ được khoảng 40 ngày, nhưng sản phẩm vẫn gây co mạch.
Trong thử nghiệm lâm sàng được MIT Technology Review dẫn lại, 24 trong số 52 người nhận HemAssist tử vong, so với tám trong số 46 người thuộc nhóm đối chứng. Theo bài báo này, công ty mẹ chấm dứt thử nghiệm vào năm 1998. Theo tổng quan nghiên cứu lâm sàng đăng trên JAMA năm 2008, các sản phẩm cùng nhóm nhìn chung làm nguy cơ đau tim tăng gấp ba và nguy cơ tử vong tăng 30%.
Nuôi hồng cầu trong phòng thí nghiệm vẫn quá đắt
Hồng cầu có thể được tạo từ tế bào gốc đa năng cảm ứng, nhưng chi phí và yêu cầu bảo quản khiến phương pháp này chưa phù hợp với chiến trường. DARPA khởi động sáng kiến nuôi hồng cầu năm 2008 bằng tế bào gốc từ máu dây rốn bị loại bỏ, nhưng không thể giảm chi phí xuống dưới mức hàng chục nghìn USD cho mỗi đơn vị.
DARPA sau đó chuyển nghiên cứu cho Đại học Khoa học Sức khỏe Quân đội Mỹ. Ngay cả khi chi phí giảm, hồng cầu nuôi cấy vẫn là tế bào sống. Murray lưu ý rằng chúng vẫn cần tủ lạnh và quy trình xử lý chuyên biệt, nên không thể đơn giản được cất trong ba lô của quân y.
John Holcomb, giáo sư phẫu thuật tại Đại học Alabama ở Birmingham và từng là bác sĩ phẫu thuật chiến trường tại Mogadishu, nhận định mỗi dự án riêng lẻ đã là một công việc rất lớn. Theo Holcomb, các sản phẩm có thể thành công khi phát triển độc lập, nhưng cách sử dụng hoặc kết hợp chúng vẫn chưa rõ.
Từ điểm yếu ở Okinawa đến chương trình FSHARP
Murray từng chứng kiến điểm yếu của hệ thống cung cấp máu tại Okinawa, nơi một cuộc tấn công duy nhất có thể vô hiệu hóa các cơ sở trọng yếu. Ngân hàng máu ở đây phục vụ khoảng 27.000 lính thủy đánh bộ, cùng hàng nghìn quân nhân khác trên căn cứ và trong khu vực Thái Bình Dương rộng 100 triệu dặm vuông.
Theo Murray, trung tâm máu nằm cạnh bệnh viện và cách hệ thống liên lạc vệ tinh trên đảo khoảng 200 mét. Một cuộc tấn công tên lửa có thể vô hiệu hóa cả ba cơ sở. Chiến lược Quốc phòng Quốc gia Mỹ năm 2018 chuyển trọng tâm từ chống khủng bố sang khả năng xảy ra chiến tranh trên bộ với Trung Quốc hoặc Nga, khiến rủi ro phụ thuộc vào một điểm cung cấp máu duy nhất trở nên rõ hơn.
DARPA khởi động FSHARP vào năm 2023. Murray gia nhập Văn phòng Công nghệ Sinh học của cơ quan với vai trò phó quản lý chương trình năm 2024, rồi trở thành quản lý chương trình năm 2026.
ErythroMer đóng gói hemoglobin trong màng nhân tạo
Cơ chế của màng lipid nhân tạo
ErythroMer đóng gói hemoglobin trong hạt nano lipid để mô phỏng màng hồng cầu, hạn chế phân hủy và giảm hiện tượng co mạch. KaloCyte đang phát triển sản phẩm này bằng nguồn hemoglobin thu từ máu hiến sắp hết hạn.
Giám đốc điều hành Elaine Haynes giải thích rằng công ty đóng gói hemoglobin trong một hạt nano lipid hoạt động như màng tế bào nhân tạo. Màng lipid giúp hạn chế phân hủy, giảm việc hút nitric oxide và điều chỉnh quá trình nhận hoặc nhả oxy.
Mỗi tế bào ErythroMer chứa lipid KC-1003. Khi độ pH cao trong phổi, KC-1003 khiến một phân tử nhỏ khác dịch chuyển để oxy đi vào. Ở mô mệt mỏi có độ pH thấp hơn, lipid này đưa phân tử trở lại và giải phóng oxy.
Thời hạn bảo quản và kết quả trên động vật
Theo MIT Technology Review, KaloCyte đông khô sản phẩm để bảo quản ở nhiệt độ phòng trong hai năm. Theo nghiên cứu năm 2016 được bài báo dẫn lại, ErythroMer ổn định huyết áp và khả năng cung cấp oxy ở chuột bị rút tới 70% lượng máu. Sản phẩm không gây co mạch nghiêm trọng như HemAssist.
Khả năng sản xuất vẫn là trở ngại. Theo số liệu Haynes cung cấp cho MIT Technology Review, KaloCyte chỉ có thể thu được khoảng 1.000 đến 2.000 đơn vị hemoglobin sắp hết hạn mỗi tháng. Công ty đã cấp phép một chủng nấm men nhằm tự sản xuất hemoglobin trong phòng thí nghiệm.
Mẫu ErythroMer sẵn sàng sử dụng được đựng trong túi hai ngăn chịu lực. Một ngăn chứa bột hemoglobin màu đỏ tươi, ngăn còn lại chứa nước vô trùng để hoàn nguyên nhanh ngoài thực địa. Kế hoạch dài hạn là bổ sung một túi tiểu cầu nhân tạo và một túi huyết tương.
SynthoPlate mô phỏng cách tiểu cầu tìm vết thương
SynthoPlate dùng hạt nano lipid và ba loại peptide để tìm vị trí mạch máu bị tổn thương, bám vào mô tại đó và kết nối với tiểu cầu thật. Sản phẩm được đông khô để bảo quản lâu và hoàn nguyên bằng nước vô trùng trước khi sử dụng.
DARPA giao phần việc về tiểu cầu nhân tạo cho Anirban Sen Gupta, giáo sư kỹ thuật sinh học tại Đại học Case Western Reserve. Sen Gupta cho rằng tiểu cầu không chỉ là vật liệu bịt vết thương. Chúng giống những thiết bị giám sát liên tục thành mạch để tìm dấu hiệu tổn thương.
Peptide thứ nhất trên SynthoPlate liên kết với yếu tố von Willebrand, giúp tiểu cầu bám vào thành mạch bị thương. Loại peptide thứ hai bám vào collagen, cấu trúc làm giàn cho tế bào phát triển lại. Loại cuối cùng mô phỏng fibrinogen, hoạt động như đầu nối để tiểu cầu nhân tạo bám vào tiểu cầu thật quanh vết thương.
Theo số liệu nhóm Sen Gupta cung cấp cho MIT Technology Review, SynthoPlate giữ được hơn một năm ở nhiệt độ phòng và ít nhất ba tháng ở 122 độ F, tương đương khoảng 50 độ C.
Theo bài báo năm 2026 trên tạp chí Advanced Science, SynthoPlate giảm hơn một nửa thời gian chảy máu và lượng máu mất ở chuột có số lượng tiểu cầu thấp. Trong một nghiên cứu khác, nhóm của Sen Gupta tiêm tiểu cầu nhân tạo an toàn vào tủy xương chuột cống. Vị trí này có thể hữu ích khi bệnh nhân đang chảy máu không còn tĩnh mạch phù hợp. Sen Gupta và một đồng nghiệp đã đưa công nghệ này vào công ty Haima Therapeutics.
Cuộc tuyển chọn hướng đến năm 2029
RAPIID dự kiến dành ba năm để đưa các thành phần máu bảo quản dài hạn tiến gần hơn tới sử dụng thực tế. Mỗi nhà thầu chỉ được bảo đảm kinh phí trong một năm, cho phép DARPA giữ nhiều lựa chọn nếu một công nghệ gặp trở ngại về sản xuất, thử nghiệm hoặc cấp phép.
Ngoài ErythroMer và SynthoPlate, DARPA công bố tài trợ cho thành phần máu của năm công ty khác vào đầu tháng 10. Abioremedi sử dụng các phiên bản tổng hợp của cytoglobin, neuroglobin và myoglobin được bọc trong albumin thay vì dùng hemoglobin. Octapharma USA nhận hợp đồng duy nhất để cung cấp huyết tương và cũng tham gia phát triển tiểu cầu.
Trong năm đầu, các công nghệ phải vượt qua nghiên cứu lớn trên động vật dưới sự quản lý của Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ. Murray dùng cơ chế cấp kinh phí từng năm để duy trì nhiều lựa chọn trước nguy cơ sản xuất hoặc cấp phép gặp trở ngại. Theo MIT Technology Review, việc bị loại không nhất thiết có nghĩa sản phẩm kém, mà có thể do nó không theo kịp thời hạn năm 2029.
Theo MIT Technology Review, năm thứ hai và thứ ba sẽ tập trung vào thử nghiệm trên người dưới sự giám sát của Cơ sở Y khoa Anschutz thuộc Đại học Colorado. Các sản phẩm có thể được dùng trong tình huống nguy cơ do tác dụng phụ thấp hơn nguy cơ không điều trị, chẳng hạn với người bị thương nặng trên xe cứu thương.
Tranh luận về lựa chọn của DARPA
Lo ngại về mức độ sẵn sàng
Tranh luận tập trung vào việc DARPA ưu tiên ErythroMer và SynthoPlate, hai sản phẩm chưa từng được thử nghiệm trên người, thay vì một số công nghệ đã đi xa hơn trong quy trình phê duyệt. Một vấn đề khác là các thành phần nhân tạo có thể tương tác theo những cách chưa được dự đoán khi dùng cùng nhau.
Shibani Pati, giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Y học Truyền máu và Liệu pháp Tế bào tại Đại học California, San Francisco, cho rằng DARPA có thể đang tự đặt ra bài toán quá khó. Theo Pati, chương trình nên ưu tiên đưa những công nghệ đã phát triển qua quy trình phê duyệt của Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ.
Pati cho rằng Cellphire là một lựa chọn đáng cân nhắc vì sản phẩm của công ty đã nhận hàng triệu USD từ Lầu Năm Góc và thể hiện độ an toàn cùng hiệu quả trên người. Murray cho biết DARPA chỉ có thể chọn các doanh nghiệp nộp hồ sơ, trong khi Cellphire không tham gia.
Các phương án đã tiến xa hơn
Pati cũng nhắc đến Hemopure, một chất mang oxy dùng hemoglobin từ bò. Theo MIT Technology Review, sản phẩm được chấp thuận tại Nam Phi từ năm 2001 nhưng chưa được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ phê duyệt. Bác sĩ Mỹ vẫn có thể dùng Hemopure cho bệnh nhân phản ứng miễn dịch nghiêm trọng hoặc phản đối truyền máu thông thường vì lý do tôn giáo.
Holcomb lo ngại các thành phần nhân tạo có thể tương tác theo cách chưa lường trước. Hồng cầu cũng tham gia đông máu, tiểu cầu có tác dụng chống viêm và huyết tương điều chỉnh quá trình đông máu. Không có gì bảo đảm các phiên bản nhân tạo sẽ thực hiện đầy đủ những vai trò đó.
Murray cho biết các nghiên cứu trên động vật của FSHARP đã thử mọi sản phẩm cùng nhau và dùng máu toàn phần làm chuẩn so sánh. Hỗn hợp đạt các chỉ tiêu chương trình trừ một điểm: khả năng đông máu chưa tốt bằng, có thể vì điện tích âm trong một số phân tử đẩy nhau.
Rủi ro khi kết hợp các thành phần
Holcomb không cho rằng các sản phẩm này sẽ tái tạo mọi chức năng của máu toàn phần. Tuy vậy, chúng có thể không cần làm được tất cả. Theo MIT Technology Review, Holcomb nhận định người mất 50% thể tích máu trong mạch sẽ tử vong. Theo nhận định của Holcomb được MIT Technology Review ghi lại, người mất 30% thể tích máu có thể chỉ còn thoi thóp; các sản phẩm thay thế có thể hỗ trợ một số chức năng, trong khi lượng máu toàn phần còn lại trong chính cơ thể tiếp tục đảm nhiệm những chức năng khác.
Đích đến không chỉ nằm trên chiến trường
Máu nhân tạo bảo quản dài hạn có thể được sử dụng ngoài chiến trường. Các địa điểm phù hợp gồm xe cứu thương và phòng sinh tại những nơi thiếu nguồn máu hiến. Tuy nhiên, các sản phẩm vẫn phải vượt qua thử nghiệm trên động vật, thử nghiệm trên người, quy trình phê duyệt và bài toán mở rộng sản xuất trước khi được sử dụng rộng rãi.
Theo MIT Technology Review, Murray muốn hoàn thành thử nghiệm để đưa máu bảo quản dài hạn vào sử dụng năm 2029. Ngoài túi chứa, nhóm của ông đang tìm que lấy máu đầu ngón tay để xét nghiệm tại hiện trường và thiết bị chạy bằng pin để làm ấm các thành phần máu.
Công nghệ y sinh thử nghiệm thường phải đi qua quãng đường dài từ kết quả trong phòng thí nghiệm đến sử dụng thực tế, tương tự những hướng nghiên cứu như tái tạo hình ảnh từ bản quét não. Việc mở rộng sản xuất cũng là bài toán chung của nhiều lĩnh vực công nghệ sâu, trong đó có các công ty công nghệ khí hậu đang được theo dõi.
Rủi ro của những chuyến bay vận chuyển máu và sự thiếu hụt tại nơi cấp cứu là lý do Murray tiếp tục theo đuổi chương trình. Theo lời Murray được MIT Technology Review ghi lại, năm 2024 ông đã nói với cấp trên rằng DARPA vẫn nên đầu tư thêm 50 triệu USD và làm lại ngay cả khi FSHARP thất bại.
Hãy tiếp tục theo dõi Sine để cập nhật cách các công nghệ y sinh này tiến từ thử nghiệm trên động vật đến cấp cứu ngoài thực địa.
