Anthony Atala: In một quả thận người

Hiện nay, chúng ta đang đối mặt với một cơn khủng hoảng nghiêm trọng trong y học trong việc thiếu nội tạng cấy ghép. Sự thật là chúng ta đang có tuổi thọ cao hơn. Y học đã hoàn thành tốt nhiệm vụ khi kéo dài tuổi thọ của chúng ta. Vấn đề chính là, khi chúng ta già đi, các cơ quan nội tạng dễ bị hư hại hơn. Vì vậy, hiện nay chúng ta không có đủ nội tạng để xoay sở. Thực tế, trong 10 năm vừa qua, số lượng bệnh nhân cần ghép nội tạng đã tăng lên gấp đôi, trong khi đó, số lượng các ca cấy ghép hầu như không thay đổi. Đó đang là vấn đề cấp bách cho cộng động.

Đây là lúc lĩnh vực này được đưa vào ứng dụng, ngành mà chúng tôi gọi là y học tái sinh. Ngành này bao hàm nhiều lĩnh vực khác nhau. Bạn phải dùng đến giá thể, các vật liệu sinh học -- giống như các mảnh vải ghép thành chiếc áo choàng hay sơ mi của bạn -- nhưng là loại vật liệu có thể cấy ghép vào cơ thể bệnh nhân chúng sẽ hoạt động tốt và giúp bạn phục hồi. Hoặc chúng ta có thể sử dụng các tế bào, có thể là tế bào của chính bạn hay từ các cụm tế bào gốc khác. Hoặc dùng cả hai nguồn; chúng ta có thể sử dụng kết hợp vật liệu sinh học và các tế bào. Đó là thành tựu trong lĩnh vực đó ngày nay.

Thế nhưng đây không phải là một ngành mới. Một điều thú vị, có một quyển sách xuất bản từ năm 1938, tựa đề "Nuôi trồng các cơ quan nội tạng." Tác giả đầu tiên là Alexis Carrel, từng đoạt giải Nobel. Ông là người đã phát minh ra các kỹ thuật được dùng để khâu các mạch máu ngày nay. Một số loại mô mạch máu chúng ta dùng ngày nay cũng do Alexis thiết kế. Tuy vậy, tôi muốn các bạn hướng sự chú ý đến đồng tác giả: Charles Lindbergh. Đây chính là Charles Lindbergh, người đã dành hết cuộc đời hợp tác với Alexis tại Học viện Rockefeller tại New York trong lĩnh vực nuôi trồng nội tạng.

Nếu lĩnh vực này ra đời từ sớm như vậy, tại sao lại có quá ít thành tựu ứng dụng? Điều này phải kể đến có quá nhiều trở ngại. Nếu tôi phải lựa chọn ra 3 trở ngại, trở ngại đầu tiên chính là phải lựa chọn thiết kế sao cho bộ phận đó có thể vào cơ thể và hoạt động tốt trong thời gian dài. Với những tiến bộ ngày nay, chúng ta có thể giải quyết vấn đề đó rốt ráo. Trở ngại thứ hai là ở các tế bào. Chúng ta không thể nuôi cấy đủ số lượng tế bào ở ngoài cơ thể. Hơn 20 năm qua, chúng tôi chủ yếu hướng vào vấn đề này. Nhiều nhà khoa học thời nay có thể nuôi cấy nhiều loại tế bào -- cộng thêm chúng ta có tế bào gốc. Thế nhưng, ngay cả ở năm 2011 vẫn có một số loại tế bào nhất định không thể nuôi cấy từ bệnh nhân. Tế bào gan, tế bào thần kinh, tế bào tuyến tụy -- chúng ta vẫn chưa thể nuôi cấy những loại tế bào này. Trở ngại thứ ba là sự lưu thông máu, nguồn cung cấp máu để các cơ quan hay các mô có thể tồn tại ngay sau khi được tái tạo.

Chúng tôi đang sử dụng vật liệu sinh học. Đây là một loại vật liệu sinh học. Chúng tôi có thể đan, dệt hay tạo hình chúng như các bạn thấy ở đây. Thiết bị này hoạt động tựa như máy làm kẹo bông gòn. Các bạn có thể thấy chất lỏng được bơm vào, tạo ra cấu trúc sợi giống như kẹo bông gòn để tạo ra cấu trúc thể ống như thế này, đây chính là vật liệu sinh học chúng ta có thể dùng để giúp cơ thể tự tái sinh từ tế bào của chính mình. Đó chính xác là những gì chúng tôi đã làm.

Đây là một bệnh nhân nhập viện với một cơ quan nội tạng đã hư hại, chúng tôi đã tạo ra một trong những vật liệu sinh học thông minh, và dùng vật liệu đó để thay thế và phục hồi cơ quan của bệnh nhân. Những gì chúng tôi đã làm là dùng vật liệu sinh học như một chiếc cầu để các tế bào của cơ quan đó có thể bước qua chiếc cầu, nói nôm na, để lấp đầy những khoảng trống và giúp tái tạo phần mô bị hư tổn. Và đây là bệnh nhân đó, 6 tháng sau, kết quả chụp X-quang cho thấy phần mô tái sinh, đã hoàn toàn hồi phục khi kiểm tra dưới kính hiển vi. Chúng tôi có thể chỉ dùng đến tế bào. Đây là những tế bào chúng tôi thu thập được. Đây là những tế bào gốc chúng tôi tạo ra từ các nguồn nhất định, và chúng tôi có thể định hướng chúng thành tế bào tim. Chúng bắt đầu đập trong môi trường nuôi cấy. Có nghĩa là chúng biết nhiệm vụ của mình. Thông tin di truyền giúp tế bào nhận biết mình phải làm gì, và chúng bắt đầu đập theo nhịp cùng nhau. Ngày nay, rất nhiều thử nghiệm lâm sàng sử dụng các loại tế bào gốc khác nhau để chữa bệnh tim. Và hiện đang được thử nghiệm ở bệnh nhân.

Hoặc nếu chúng tôi phải dùng đến các cấu trúc lớn hơn để thay thế các cơ quan có kích thước lớn, chúng tôi có thể dùng tế bào từ bệnh nhân, hay từ một cụm tế bào nào đó, cùng với vật liệu sinh học, giá thể, kết hợp với nhau. Như vậy, khái niệm cơ bản là nếu một cơ quan nào đó bị thương hay hư hại, chúng tôi sẽ trích ra một mẩu rất nhỏ của cơ quan đó, nhỏ hơn kích thước nửa con tem. Chúng tôi sẽ trích xuất các tế bào, và nuôi cấy chúng bên ngoài cơ thể. Chúng tôi sẽ dùng một giá thể từ vật liệu sinh học, vẫn vậy, cũng giống như một mảnh vải ghép thành áo bạn. Chúng tôi sẽ tạo hình vật liệu đó, và dùng các tế bào bao phủ bên ngoài giá thể đó từng lớp một -- giống như làm một chiếc bánh ngọt nhiều tầng, nói nôm na như vậy. Chúng tôi sẽ đưa chiếc bánh vào một thiết bị tương tự như lò hấp để tạo thành cơ quan đó và mang ra trình làng. Đây là một van tim mà chúng tôi đã tái tạo. Như bạn thấy ở đây, chúng tôi có giá thể của một van tim và chúng tôi gieo cấy tế bào lên đó, và chúng tôi mang ra thử nghiệm. Các bạn có thể thấy những cấu trúc lá đóng mở -- của van tim này vốn đang được dùng trong các thí nghiệm khoa học để có thể ứng dụng vào các nghiên cứu sau này.

Một kỹ thuật khác mà chúng tôi đã áp dụng cho các bệnh nhân có dính dáng đến bàng quang. Chúng tôi trích ra một mảnh rất nhỏ từng bàng quang của bệnh nhân -- nhỏ hơn kích thước của nửa con tem. Chúng tôi nuôi cấy các tế bào bên ngoài cơ thể, tạo giá thể, bao bọc giá thể với tế bào -- tế bào của bệnh nhân, hai loại tế bào khác nhau. Chúng tôi đặt cấu trúc đó vào thiết bị lò vi sóng với môi trường tương tự như trong cơ thể người -- 37 độ C, 95 phần trăm oxy. Một vài tuần sau, chúng ta có một bàng quang tái tạo có thể được cấy ghép vào cơ thể bệnh nhân. Đối với các bệnh nhân như thế này, chúng tôi thật ra chỉ ráp nối các vật liệu với nhau. Chúng tôi dùng phương pháp tạo hình ảnh 3 chiều nhưng chúng tôi vẫn làm nên những vật liệu sinh học này thủ công.

Giờ đây chúng tôi tìm ra nhiều phương pháp tốt hơn để tái tạo những cấu trúc này từ các tế bào. Giờ đây chúng tôi áp dụng một kỹ thuật mà đối với các tạng đặc, ví dụ như gan, chúng tôi sẽ lấy những phần gan bị đào thải. Như bạn biết, rất nhiều cơ quan không hề được dùng đến, mà sẽ bị đào thải. Chúng tôi lấy những mẫu gan này, vốn sẽ không được dùng đến, và bỏ chúng vào một thiết bị giống như máy giặt để rửa sạch những tế bào. Hai tuần sau, bạn có một vật thể trông như một lá gan. Bạn có thể cầm lá gan trên tay, nhưng nó không hề có tế bào, chỉ là khung xương của lá gan. Chúng tôi sẽ phủ đầy khung xương này với tế bào, mà vẫn bảo vệ những mạch máu. Chúng tôi đã phủ đầy những mạch máu trước với tế bào mạch máu của bệnh nhân và sau đó cho các tế bào gan thấm dần vào bên trong nhu mô. Tôi vừa cho các bạn xem quá trình tạo ra một lá gan người vừa mới tháng trước sử dụng kỹ thuật mới này.

Một kỹ thuật khác mà chúng tôi sử dụng là kỹ thuật in. Đây đích thực là một máy in phun để bàn, thế nhưng nó không dùng mực, mà dùng các tế bào. Các bạn có thể thấy ở đây, đầu in nhiệt đang trong quá trình hoạt động để in ra cấu trúc này, cần đến 40 phút để hoàn thành bản in. Một trục nâng 3D sẽ dịch xuống một lớp tế bào mỗi khi đầu in nhiệt quét qua xong. Cuối cùng bạn sẽ có một cấu trúc hoàn chỉnh. Chỉ cần lấy nó ra khỏi máy in và đưa vào cấy ghép. Đây là một mô xương các bạn sẽ được thấy trong trang này, nó cũng được in từ một chiếc máy in phun và cấy ghép vào đây. Đây là tất cả những phần xương mới tạo ra từ kỹ thuật này.

Một kỹ thuật mới mà chúng tôi đang nghiên cứu hiện tại, thế hệ kỹ thuật mới trong tương lai, là tạo ra những chiếc máy in phức tạp hơn. Như chiếc máy mà chúng tôi đang thiết kế sẽ cho phép chúng tôi in thẳng lên người bệnh nhân. Các bạn thấy ở đây -- tôi biết điều này nghe có vẻ buồn cười, nhưng đó chính là phương thức hoạt động của nó. Bởi vì trong thực tế, những gì bạn có thể nghĩ đến sẽ là cho bệnh nhân nằm trên giường bệnh với vết thương, và rồi bạn dùng máy scan, cấu trúc như một chiếc giường phẳng kết hợp máy scan. Như bạn thấy, ở bên phải trang, bạn sẽ dùng một kỹ thuật scan trước hết nó sẽ quét qua vết thương trên người bệnh nhân và truyền tín hiệu về để các đầu in phun tuần từ in ra những lớp tế bào cần thiết lên thẳng người bệnh nhân.

Đây chính là cách chiếc máy hoạt động. Đây là chiếc máy scan đang trong quá trình quét qua vết thương. Sau khi hoàn thành công việc, nó sẽ truyền tín hiệu về các lớp tế bào, cho biết chính xác vị trí của từng lớp. Bạn có thể thấy ở đây chúng tôi đã làm thử nghiệm trên một vết thương giả lập. Và chúng tôi dùng gel, để sau này có thể tách lớp gel ra và nghiên cứu. Sau khi các tế bào được in lên người bệnh nhân chúng sẽ bám chắc vào vị trí đó. Đây là một kỹ thuật mới vẫn còn đang trong quá trình hoàn thiện.

Chúng tôi cũng đang nghiên cứu các máy in phức tạp hơn nữa. Trong thực tế, trở ngại lớn nhất của chúng tôi là các tạng đặc. Tôi không biết các bạn có nhận ra hay không, 90% các bệnh nhân đang chờ nội tạng cấy ghép thực ra chỉ cần một quả thận. Bệnh nhân đang chết đi từng ngày bởi vì chúng ta không có đủ nguồn cung cấp nội tạng. Cho nên điều trở ngại -- là những nội tạng to, nhiều mạch máu, cần nhiều nguồn cung cấp máu, và tất nhiên là nhiều tế bào. Vì vậy chúng tôi áp dụng chiến lược này -- đây là một máy quét CT, dùng tia X -- và chúng tôi quét từng lớp tế bào một, sử dụng công nghệ phân tích hình ảnh dựa trên trắc lượng hình thái trên máy tính và công nghệ dựng hình 3D để áp dụng ngay cho thận của những bệnh nhân này. Chúng tôi sẽ có thể dựng hình của những quả thận này, tạo mô hình quay 360 độ để nghiên cứu quả thận với các đặc tính chính xác về thể tích, và chúng tôi sẽ có thể lấy những thông tin này và định dạng chúng thành dữ liệu vi tính cho máy in. Khi chúng tôi quét qua các lớp của cơ quan nội tạng, từng lớp một sẽ được phân tích; và như các bạn thấy ở đây, thông tin của mỗi lớp đó sẽ được gởi qua một máy tính và thiết kế ra một cơ quan mới cho bệnh nhân. Đây là chiếc máy in ngoài đời. Và đây là lúc nó đang trong quá trình in.

Trên thực tế, chúng tôi có mang chiếc máy đó đến đây. Như vậy khi chúng ta đang trao đổi, bạn có thể nhìn thấy chiếc máy in nằm ở hậu trường. Đây chính là chiếc máy in đã in ra cấu trúc quả thận mà bạn vừa thấy. Việc in một quả thận cần khoảng 7 tiếng, và nó đã bắt đầu quá trình in được khoảng 3 tiếng rồi. Tiến sĩ Kang sẽ bước lên sân khấu và cho các bạn xem một trong những quả thận chúng tôi đã in ra trước khi đến đây. Mang đôi găng vào đã. Cám ơn. Lùi về phía sau. À, đôi găng có vẻ hơi nhỏ so với tay tôi, nhưng không hề gì. Các bạn có thể thấy quả thật được in ra từ sớm hôm nay.

(Vỗ tay)

Quả thận này có vẻ không được chắc lắm. Tiến sĩ Kang đã hợp tác với chúng tôi trong công trình nghiên cứu này và là một phần của nhóm nghiên cứu chúng tôi. Cám ơn tiến sĩ Kang. Tôi rất cảm kích điều đó.

(Vỗ tay)

Đây là một thế hệ kỹ thuật mới. Các bạn đã được tận mắt nhìn thấy chiếc máy in trên sân khấu. Thật sự có một kỹ thuật mới đang được nghiên cứu. Thực tế là, chúng tôi đã có lịch sử dài trong những thành tựu như thế này. Tôi sẽ chia sẻ một đoạn phim kể về những kỹ thuật đã được áp dụng trên bệnh nhân.

Đây là một đoạn phim rất ngắn -- chỉ khoảng 30 giây -- về một bệnh nhân được nhận một cơ quan nội tạng.

(Phim) Luke Massella: Tôi bị bệnh rất nặng. Tôi đã phải nằm liệt giường. Tôi không thể đến trường. Điều đó làm tôi thấy mình thật đáng thương. Tôi không thể ra ngoài và chơi bóng rổ mỗi giờ chơi mà không cảm thấy như mình sẽ bất tỉnh mỗi khi chơi xong. Bệnh của tôi rất nghiêm trọng. Tôi sẽ phải đi lọc máu thường xuyên suốt phần đời còn lại, và tôi thậm chí chẳng muốn nghĩ đến việc cuộc đời mình sẽ như thế nào nếu mình lâm vào tình cảnh đó. Vì vậy, sau cuộc giải phẫu, tôi cảm thấy cuộc đời tốt đẹp hơn rất nhiều. Tôi đã có thể làm được nhiều thứ. Tôi có thể đấu vật trong trường. Tôi còn trở thành đội trưởng của đội tuyển trường, thật tuyệt làm sao. Tôi đã có thể trở thành một đứa trẻ bình thường với bạn bè xung quanh. Và bởi vì họ dùng tế bào của chính tôi để tạo nên bàng quang cho tôi, nó sẽ hoàn toàn thuộc về tôi. Nó sẽ thuộc về tôi suốt cuộc đời này, và tôi cảm thấy yên tâm.

(Vỗ tay)

Juan Enriquez: Các thí nghiệm đôi khi thành công và thật tuyệt khi điều đó xảy ra. Luke, xin mời.

(Vỗ tay)

Vâng, Luke, từ tối hôm qua trở về trước, lúc nào là lần cuối cùng bạn gặp Tony?

LM: 10 năm trước, khi tôi được phẫu thuật -- và thật tuyệt khi được gặp ông ấy.

(Cười)

(Vỗ tay)

JE: Hãy kể chúng tôi nghe về những việc bạn đang làm.

LM: Giờ tôi đang theo học Đại học Connecticut. Tôi là sinh viên năm nhì và đang học về viễn thông, TV và truyền thông đại chúng. Và cơ bản là cố sống như một đứa trẻ bình thường, như tôi ngày trước vẫn thường mơ ước. Thế nhưng mơ ước khó thành hiện thực khi tôi bị dị tật chẻ đôi cột sống bẩm sinh, thận và bàng quang của tôi không hoạt động được. Tôi đã phải giải phẫu 16 lần và mọi thứ trở nên vô vọng khi tôi bị suy thận vào năm 10 tuổi. Lần giải phẫu đó đã giúp tôi trở thành như ngày hôm nay và đã cứu cuộc đời tôi.

(Vỗ tay)

JE: Và Tony đã thực hiện hàng trăm cuộc giải phẫu như thế?

LM: Theo như tôi biết, ông ấy làm việc rất hăng say trong phòng thí nghiệm của mình và đưa ra những ý tưởng táo bạo. Theo tôi biết, tôi là một trong 10 người đầu tiên được giải phẫu. Khi tôi lên 10, tôi vẫn chưa biết được điều đó kì diệu như thế nào. Tôi chỉ là một đứa trẻ, và tôi chỉ, "Ừm. Thì đi vậy. Mình sẽ đi giải phẫu." (Cười) Tất cả những gì tôi muốn chỉ là muốn khỏe mạnh hơn, và tôi vẫn không biết được sự kỳ diệu của nó cho đến khi tôi trưởng thành và chứng kiến những điều kỳ diệu ông ấy đang làm.

JE: Khi bạn bất ngờ nhận được cuộc gọi này -- Tony không thích hoa trương, chúng tôi đã phải tốn nhiều công để thuyết phục một người khiêm tốn như Tony cho phép chúng tôi mời Luke đến đây. Vâng Luke, khi bạn đến gặp các giáo sư trong ngành viễn thông -- bạn đang theo học ngành thông tin liên lạc -- để xin phép được đến tham dự TED, vốn cũng có chút dính dáng đến thông tin liên lạc, họ đã phản ứng như thế nào?

LM: Hầu hết các giáo sư đều ủng hộ và họ còn nói, "Nhớ chụp hình và cho tôi xem clip khi nó được đăng lên mạng," và "Rất mừng cho cậu." Cũng có vài người khá kiên quyết, nhưng tôi đã nói nói chuyện với họ. Tôi cứ cho họ qua một bên.

JE: Vâng, được gặp bạn là một hân hạnh và đặc ân. Cảm ơn rất nhiều. (LM: Cảm ơn rất nhiều.)

JE: Cảm ơn, Tony.

(Vỗ tay)