Các nhà khoa học đã làm ấm thành công những quả thận lợn từng được hạ xuống -150°C và bảo quản trong nhiều tháng. Một quả nằm trong tủ đông hơn một năm. Sau khi được làm ấm, kiểm tra bằng máy và cấy ghép vào lợn, các quả thận lấy lại màu hồng và tạo nước tiểu, cho thấy chúng đã khôi phục ít nhất một phần chức năng.
Theo MIT Technology Review, đây là lần đầu tiên các nhà khoa học chứng minh thận có kích thước gần tương đương thận người có thể hoạt động trở lại sau thời gian dài được bảo quản ở trạng thái giống thủy tinh. Tuy nhiên, các cơ quan vẫn bị tổn thương, tạo ít nước tiểu hơn bình thường và chưa được chứng minh có thể duy trì sự sống lâu dài.
Nghiên cứu đã được đăng dưới dạng bản thảo trên bioRxiv và chưa trải qua bình duyệt. Nhóm nghiên cứu dự định theo dõi thận ghép ở lợn lâu hơn, tìm chất bảo vệ lạnh ít độc hơn và thử nghiệm quy trình với thận người.
Nội dung nghiên cứu: từ vài chục giờ đến khả năng lưu trữ hơn một năm
Thời gian bảo quản cơ quan người hiện chỉ khoảng 24 đến 36 giờ. Kéo dài khoảng thời gian này lên nhiều tháng hoặc nhiều năm có thể giúp bác sĩ chọn người nhận phù hợp hơn, chuẩn bị ca ghép kỹ hơn và xây dựng ngân hàng cơ quan phục vụ những trường hợp khẩn cấp.
Mỗi năm, riêng tại Mỹ có hàng chục nghìn ca ghép tạng. Một nghiên cứu được MIT Technology Review dẫn lại ước tính các ca ghép đã cứu tổng cộng 2 triệu năm sống trong 25 năm. Tuy nhiên, số cơ quan hiến vẫn không đủ và thời gian bảo quản ngắn khiến bác sĩ khó đưa một cơ quan phù hợp đến đúng người nhận.
Thêm thời gian để ghép tạng an toàn hơn
Người được ghép cũng phải dùng thuốc ức chế miễn dịch suốt đời để hạn chế đào thải. Những thuốc này có tác dụng phụ, đồng thời làm tăng nguy cơ nhiễm trùng và ung thư.
Nếu cơ quan có thể được lưu trữ dài hạn, bác sĩ sẽ có thêm thời gian lựa chọn người nhận phù hợp và chuẩn bị hệ miễn dịch của họ trước ca ghép. Erik Finger, bác sĩ phẫu thuật ghép tạng tại Đại học Minnesota và đồng lãnh đạo nghiên cứu, mô tả mục tiêu của công nghệ này như sau:
“Thay vì bệnh nhân chờ cơ quan, cơ quan sẽ chờ bệnh nhân.”
Đây là một hướng ứng dụng y sinh khác với nghiên cứu dùng trí tuệ nhân tạo tái tạo hình ảnh từ bản quét não, nhưng cả hai đều cho thấy công nghệ đang mở rộng khả năng quan sát và can thiệp vào cơ thể. Những dự án có tác động dài hạn như vậy cũng thường xuất hiện trong các danh sách theo dõi công ty công nghệ khí hậu và khoa học năm 2026.
Vì sao đông lạnh cả một cơ quan rất khó
Thủy tinh hóa có thể ngăn tinh thể băng phá hỏng mô, nhưng áp dụng quy trình này cho một cơ quan lớn đòi hỏi hóa chất bảo vệ lạnh phải phân bố đều. Cơ quan cũng phải được làm lạnh và làm ấm đủ nhanh để tránh độc tính, nứt vỡ và chênh lệch nhiệt độ giữa các vùng.
Các nhà khoa học đã có thể làm lạnh tế bào xuống nhiệt độ cực thấp bằng thủy tinh hóa. Quá trình này đưa vật chất sinh học vào trạng thái giống thủy tinh và đã được dùng để lưu trữ trứng, tinh trùng cùng phôi. Áp dụng kỹ thuật tương tự cho cả một cơ quan khó hơn nhiều.
Những hóa chất bảo vệ lạnh có thể ngăn tinh thể băng hình thành và phá hỏng mô. Đổi lại, chúng có độc tính rất cao. Các nhà nghiên cứu còn phải làm lạnh mô lớn thật nhanh và đồng đều, rồi làm ấm toàn bộ cơ quan với độ đồng đều tương tự. Nếu nhiệt độ giữa các vùng chênh lệch quá lớn, cơ quan có thể bị tổn thương hoặc nứt.
Làm ấm đồng đều bằng hạt nano oxit sắt
Finger cùng John Bischof, kỹ sư sinh học tại Đại học Minnesota, đã giải quyết khâu làm ấm bằng các hạt nano oxit sắt. Sau khi đưa chất bảo vệ lạnh vào cơ quan, nhóm nghiên cứu truyền thêm các hạt nano. Chúng không tác động đến tế bào trong thời gian bảo quản.
Khi cần làm ấm, nhóm kích hoạt các hạt bằng trường điện từ. Tần số vô tuyến của trường chuyển đổi giữa hai trạng thái, khiến các hạt liên tục đổi hướng để sắp thẳng theo trường và giải phóng nhiệt trong toàn bộ cơ quan. Nhóm có thể điều chỉnh công suất để tăng tốc độ làm ấm sau khi cơ quan đạt -120°C.
Trong nghiên cứu công bố năm 2023, nhóm đã dùng phương pháp này để thủy tinh hóa thận chuột. Những quả thận được bảo quản tối đa 100 ngày, làm ấm rồi ghép trở lại cho chuột.
Việc chuyển sang thận lợn tạo ra thách thức lớn hơn. Theo Bischof, thận chuột nặng khoảng 1 gram, còn thận lợn khoảng 100 gram. Thận lợn có kích thước và hình dáng gần giống thận người, nên được xem là mô hình phù hợp hơn. Hỗn hợp hóa chất dùng cho thận chuột không hoạt động tốt trên thận lợn, buộc nhóm phải tìm lại công thức và điều chỉnh trong ba năm.
Quy trình đưa thận xuống -150°C
Quy trình gồm rửa máu khỏi thận, đưa chất bảo vệ lạnh và hạt nano oxit sắt vào cơ quan, sau đó làm lạnh bằng hơi nitơ. Khi thận đạt khoảng -120°C, nhóm kiểm tra trạng thái thủy tinh hóa trước khi tiếp tục hạ nhiệt xuống -150°C để bảo quản.
Đầu tiên, nhóm lấy một quả thận khỏi lợn hiến. Máu được rửa khỏi cơ quan bằng dung dịch bảo quản thường dùng. Quả thận sau đó được đóng túi, đặt tạm thời trên lớp đá trong thùng giữ lạnh và chuyển đến phòng thí nghiệm kỹ thuật.
Tại đây, nhóm nối thận với một thiết bị được thiết kế để kiểm soát nhiệt độ và áp suất. Hỗn hợp chất bảo vệ lạnh được đưa vào đủ chậm để phân bố đều, nhưng cũng phải đủ nhanh để hạn chế tác động độc hại. Theo nhóm nghiên cứu, công đoạn này mất khoảng hai giờ.
Từ truyền hạt nano đến làm lạnh bằng nitơ
Các hạt nano oxit sắt tiếp tục được bơm qua cơ quan trong khoảng bảy đến tám phút. Sau đó, hơi nitơ lạnh được đưa vào buồng chứa để hạ nhiệt quả thận.
Nhóm phải làm lạnh toàn bộ cơ quan thật nhanh để tránh hình thành băng, đồng thời bảo đảm nhiệt độ giảm đều từ ngoài vào trong. Bischof cho biết quá trình thường cần nhiều người thực hiện các nhiệm vụ khác nhau để ngăn sự cố.
Khi đạt khoảng -120°C, quả thận chuyển sang trạng thái thủy tinh hóa và có đặc tính giống thủy tinh. Nhóm tạm dừng làm lạnh để bảo đảm trạng thái này xuất hiện trên toàn bộ cơ quan. Nếu không, quả thận có thể nứt.
Nếu mọi thông số đều ổn định, nhiệt độ cuối cùng được hạ xuống -150°C. Thận có thể nằm trong tủ đông nhiều ngày, nhiều tuần hoặc nhiều tháng. Nhóm đã giữ một số ít quả thận ở đó trong hơn một năm.
Thận lấy lại màu hồng và tạo nước tiểu
Sau khi được làm ấm, các quả thận nhanh chóng lấy lại màu hồng khi máu chảy vào và bắt đầu tạo nước tiểu trong khoảng một phút. Lượng nước tiểu đạt khoảng hai phần ba mức bình thường, vì vậy kết quả cho thấy chức năng đã phục hồi một phần chứ chưa trở lại hoàn toàn.
Phép thử bắt đầu khi các quả thận được lấy khỏi tủ đông, làm ấm rồi loại bỏ hóa chất cùng hạt nano. Nhóm nghiên cứu đánh giá chúng theo hai cách.
Trong nhóm thí nghiệm thứ nhất, các quả thận được nối với thiết bị tưới máu. Hệ thống loại này đã được dùng trong phẫu thuật ghép để cung cấp dưỡng chất và giúp bác sĩ đánh giá cơ quan khi nó nằm ngoài cơ thể.
Ở nhóm thứ hai, Finger và các cộng sự ghép thận đã làm ấm vào lợn rồi theo dõi trong hai giờ. Trong cả hai loại thử nghiệm, máu chảy vào cơ quan và khiến thận nhanh chóng lấy lại màu hồng.
Theo Finger, các quả thận bắt đầu tạo nước tiểu trong khoảng một phút. Lượng nước tiểu chỉ đạt khoảng hai phần ba mức bình thường, nhưng kết quả cho thấy cơ quan đã khôi phục ít nhất một phần chức năng.
Quả thận được bảo quản hơn một năm
Phần lớn số thận được thử nghiệm chỉ nằm trong tủ đông vài ngày hoặc vài tuần. Riêng một quả được bảo quản hơn một năm. Khi được làm ấm và nối với máy tưới máu, nó tạo nước tiểu ngay lập tức. Finger cho biết quả thận này trông tốt hơn nhiều quả khác, khiến nhóm tin rằng thận có thể được bảo quản một năm rồi làm ấm với chức năng tốt.
Kevin Myer, chủ tịch kiêm tổng giám đốc tổ chức cung ứng cơ quan LifeGift tại Texas, nhận định mốc một năm có ý nghĩa rất lớn. Ông cho rằng các ngân hàng cơ quan có thể cung cấp tạng theo nhu cầu cho những trường hợp khẩn cấp không thể chờ đợi, chẳng hạn một số ca dùng thuốc quá liều hoặc bị thương do súng.
Kết quả mới chỉ giải quyết một nửa vấn đề
Quy trình chưa sẵn sàng cho y tế vì các quả thận vẫn bị tổn thương và tạo ít nước tiểu hơn bình thường. Các thí nghiệm mới theo dõi thận ghép trong hai giờ, nên chưa cho biết cơ quan có thể duy trì sự sống trong thời gian dài hay không.
Nhóm nghiên cứu cho rằng hóa chất bảo vệ lạnh là nguyên nhân gây ra ít nhất một phần tổn thương. Peter Kilbride, nhà sinh học lạnh và đồng sáng lập Kyros Kairos, không tham gia nghiên cứu, gọi kết quả là một bước đột phá lớn nhưng cho rằng nó mới giải quyết được “một nửa vấn đề”. Theo Kilbride, các nhóm trong lĩnh vực này đã cố gắng nhiều năm mà chưa đạt được bước chứng minh trên một cơ quan như lần này.
Chưa rõ thận có thể duy trì sự sống hay không
Greg Fahy, nhà sinh học lạnh được xem là một trong những người tiên phong của lĩnh vực, đánh giá việc thận lấy lại dòng máu là rất quan trọng. Tuy nhiên, ông lo ngại về mức độ tổn thương và cho rằng các thí nghiệm hiện tại chưa thể xác định những quả thận đó có duy trì được sự sống hay không.
Fahy là giám đốc khoa học tại Intervene Immune và 21st Century Medicine, đồng thời giữ chức giám đốc điều hành ở công ty thứ hai. Ông cũng lưu ý rằng chưa thể biết cơ quan sẽ diễn biến thế nào khi nằm trong cơ thể sống trong thời gian dài.
Finger hy vọng có thể sửa chữa một phần tổn thương. Các nghiên cứu khác cho thấy tình trạng của cơ quan ghép có thể cải thiện khi được đặt trên máy tưới máu. Thận bị tổn thương cũng có thể tự phục hồi ở một mức độ nào đó sau khi được ghép vào cơ thể. Theo Finger, thận người có khả năng chịu quy trình này tốt hơn thận lợn, nhưng giả thuyết đó vẫn cần được thử nghiệm.
Các thử nghiệm tiếp theo
Nhóm nghiên cứu sẽ ghép thận vào lợn và theo dõi trong thời gian dài hơn để kiểm tra khả năng duy trì sự sống. Các bước tiếp theo cũng gồm tìm chất bảo vệ lạnh ít độc hơn và thử nghiệm quy trình với thận người.
Finger thừa nhận các cơ quan vẫn có tổn thương và kết quả chưa hoàn hảo. Điều khiến ông lạc quan là quy trình đã đạt đến điểm có thể làm cho thận hoạt động trở lại. Theo Finger, đây là những cột mốc lớn đối với lĩnh vực bảo quản cơ quan.
Hãy tiếp tục theo dõi Sine để cập nhật những bước tiến tiếp theo của công nghệ bảo quản và ghép tạng.
