Một nhóm phẫu thuật tại Viện cấy ghép Langone, Đại học New York, Mỹ cho biết họ vừa thực hiện thành công một thí nghiệm mang tính đột phá: Ghép một quả thận lợn sang cơ thể một người đàn ông 57 tuổi bị chết não.
Quả thận sau đó đã hoạt động suốt 32 ngày mà không hề bị đào thải. Nó sản xuất nước tiểu chỉ sau 4 phút hồi phục lưu thông máu, thể hiện khả năng lọc bỏ chất độc dựa trên nồng độ creatinine giảm xuống – một chỉ số dùng để đánh giá bệnh nhân suy thận.
Nhóm nghiên cứu cho biết đây là lần đầu tiên một quả thận lợn tồn tại được lâu như thế trong cơ thể người và họ vẫn đang tiếp tục theo dõi để xem nó có thể sống qua tháng thứ hai hay không?
Quả thận lợn này đã được ghép sang cho một người đàn ông 57 tuổi ở Mỹ bị chết não vào tháng 7. Hiện đã trải qua hơn 30 ngày, nó vẫn chưa bị cơ thể ông ấy đào thải. Ảnh: Viện Langone, Đại học New York.
Năm trước, chính nhóm nghiên cứu tại Viện Langone là những người đã ghép quả tim lợn đầu tiên trong lịch sử sang cho một bệnh nhân bị suy tim. Quả tim sau đó sống được trong cơ thể người đàn ông này khoảng 2 tháng.
Những nỗ lực ghép nội tạng lợn sang người nằm trong một lĩnh vực được gọi là cấy ghép dị chủng (xenotransplantation). Mặc dù đã có lịch sử hàng trăm năm, cấy ghép dị chủng mới chỉ đạt được những bước tiến đáng kể trong vài năm trở lại đây, nhờ vào kỹ thuật chỉnh sửa gen.
Chẳng hạn như bằng việc xóa bỏ gen lợn và thêm vào gen người, các nhà khoa học đã tạo ra được những con lợn có tim, thận và giác mạc phù hợp hơn để cấy ghép sang chúng ta.
Xenotransplantation được hi vọng sẽ giúp giải quyết tình trạng thiếu hụt nguồn cung nội tạng, qua đó, cứu sống hàng triệu bệnh nhân mỗi năm trên thế giới.
300 năm thất bại trong cấy ghép dị chủng
Cấy ghép dị chủng là một lĩnh vực có lịch sử lâu dài. Bác sĩ, tiến sĩ David Cooper, một trong những nhà tiên phong thế giới trong lĩnh vực này, nói rằng ý tưởng cấy ghép dị chủng đã ra đời từ thần thoại Hy Lạp.
Câu chuyện kể về Icarus và Dedalus, họ là hai cha con vị kiến trúc sư bậc thầy, những người đã xây dựng lên mê cung trên đảo Crete. Trong một cuộc chạy trốn khỏi quân đội Minos, Icarus và Dedalus đã nghĩ ra cách dùng sáp ong gắn lông chim lên tay để có thể bay.
Trong khi Icarus chết vì sáp ong tan chảy, Daedalus đã đào thoát thành công. Người ta nói tỷ lệ thành công của cấy ghép dị chủng có thể lên tới 50%, nhưng đó chỉ là trong thần thoại Hy Lạp.
Ngoài đời thực, con số đó xấp xỉ 0%.
Jean-Baptiste Denys truyền máu cừu cho một bệnh nhân năm 1667. Ảnh: Researchgate.
Y văn ghi lại một trong những thử nghiệm cấy ghép dị chủng đầu tiên được thực hiện vào năm 1667. Jean-Baptiste Denys, một bác sĩ người Pháp khi đó đã cố gắng truyền máu cừu sang cho một cậu bé 15 tuổi.
Bằng một cách thần kỳ nào đó, có lẽ lượng máu truyền không quá lớn, cậu bé này đã sống sót sau thủ thuật mà ngày nay chúng biết là hết sức nguy hiểm đó. Nó khiến Denys tiếp tục tin vào xenotransplant và thực hiện truyền máu cừu sang cho hai bệnh nhân nữa.
Nhưng khác với lần trước, lượng máu truyền nhiều hơn đã khiến cả hai bệnh nhân này tử vong và thủ thuật truyền máu động vật sau đó đã bị cấm.
Khi truyền máu động vật sang cho con người trở nên bất khả thi, các bác sĩ ở thế kỷ 19 bắt đầu thử nghiệm một hình thức xenotransplant mà họ cho là dễ tương thích hơn với con người: ghép da.
Lần lượt da thỏ, chó thậm chí cả chim bồ câu đã được ghép sang cho những bệnh nhân bỏng hoặc có vết loét không lành. Nhưng cũng giống như việc truyền máu, ghép da tiếp tục đánh dấu sự thất bại của ý tưởng xenotransplant.
Vào đầu thế kỷ 20, Serge Voronoff, một bác sĩ người Nga làm việc tại Pháp, đã nghĩ ra ý tưởng ghép tinh hoàn tinh tinh cho những người đàn ông lớn tuổi. Phẫu thuật được cho là có tác dụng lấy lại ham muốn tình dục cho họ, một loại Viagra của những năm 1920.
Để làm được điều đó, Voronoff đã lấy tinh hoàn tinh tinh, cắt ra từng lát rồi chèn chúng vào những vết rạch trên tinh hoàn người. Thủ thuật này được tính là một cấy ghép ở mức độ tế bào chứ không phải cơ quan. Ở Châu Âu và ở Mỹ, ít nhất vài trăm người đã lựa chọn phẫu thuật cấy ghép kiểu này và báo cáo rằng họ hài lòng với kết quả mang lại.
Sau đó, John Brinkley, một bác sĩ Mỹ không có bằng cấp đã làm điều tương tự với tinh hoàn dê. Mỗi ca phẫu thuật được Brinkley thực hiện với mức giá tương đương 9.000 USD ở tỷ giá hiện tại. Ý tưởng độc đáo đã biến ông ta từ một lang băm trở thành người giàu có và nổi tiếng. Chỉ có điều, không ít bệnh nhân của Brinkley sau đó đã chết.
Năm 1920, Serge Voronoff, một bác sĩ người Nga làm việc tại Pháp, đã nghĩ ra ý tưởng ghép tinh hoàn tinh tinh cho những người đàn ông lớn tuổi. Phẫu thuật được cho là có tác dụng lấy lại ham muốn tình dục cho họ. Ảnh: Amusingplanet.
Năm 1954 chứng kiến một bước tiến đột phá khi Joeseph E. Murray, một bác sĩ người Mỹ, đã thực hiện ca ghép thận người sang người đầu tiên và thành công. Bệnh nhân là một người đàn ông bị viêm thận mạn tính, đã nhận được một quả thận từ người anh em song sinh của mình và nó đã giúp ông ấy sống thêm 8 năm.
Sau đó, bởi nguồn nội tạng hiến tặng rất khan hiếm, các nhà khoa học lại bắt đầu quay trở lại với ý tưởng cũ: Họ tự hỏi liệu chúng ta có thể ghép nội tạng động vật sang cho con người được hay không?
Đây là lúc những câu chuyện kinh dị chính thức bắt đầu.
Vào những năm 1963-64, Keith Reemtsma, một giáo sư y khoa tại Đại học Tulane đã tuyển dụng 13 bệnh nhân suy thận và ghép cho họ những quả thận từ tinh tinh. Kết quả là đa số các bệnh nhân đã chết chỉ sau 2 tuần, duy nhất một người sống được tới 9 tháng.
Cùng khoảng thời gian đó, Thomas E. Starzl, một bác sĩ người Mỹ khác đã thử ghép gan tinh tinh sang cho các bệnh nhân trẻ tuổi mà ông nghĩ là họ có thể dung hòa tốt hơn các cơ quan nội tạng dị biệt.
Nhưng kết quả mà ông nhận được cũng tàn khốc không kém. Không có bất cứ bệnh nhân nào có thể sống sót, bất chấp ở thời điểm đó thuốc chống thải ghép cyclosporine đã được phát minh ra.
Năm 1983, một ca cấy ghép dị chủng nổi tiếng khác đã được tiến hành trên một bé gái sơ sinh mắc hội chứng tim trái giảm sản. Bé gái được đặt tên là Baby Fae đã nhận được một trái tim từ khỉ đầu chó. Ca cấy ghép ban đầu được đánh giá là thành công nhưng Baby Fae cuối cùng đã chết 21 ngày sau đó.
Baby Fae nhận được một quả tim từ khỉ đầu chó, nhưng cô bé đã mất sau 21 ngày cấy ghép dị chủng. Ảnh: Linda University.
Vấn đề lớn nhất với bất kể một ca cấy ghép nào, thậm chí là từ người sang người, là phản ứng từ hệ thống miễn dịch. Hệ miễn dịch từ chối và tấn công mọi cơ quan hiến tặng ngoại lai. Hiện tượng này được gọi là thải ghép.
Bệnh nhân ghép tạng từ người sang người muốn chống thải ghép phải uống thuốc ức chế và làm suy yếu hệ miễn dịch suốt đời. Thế nhưng, bởi sự khác biệt giữa nội tạng động vật và nội tạng người là quá lớn, ngay cả thuốc chống thải ghép cũng không có tác dụng.
Trừ khi chúng ta tìm ra cách có thể dung hòa những khác biệt trong gen đó.
Những con lợn biến đổi gen bây giờ đã mở ra tỷ lệ cược mới
Ý tưởng dung hòa những khác biệt trong bộ gen động vật và bộ gen người đưa các nhà khoa học rơi vào một lối mòn. Theo đó, họ nghĩ rằng các loài động vật linh trưởng, có họ hàng gần với con người, sẽ đem đến tỷ lệ thành công trong cấy ghép dị chủng cao hơn.
Thế nhưng bác sĩ David Cooper, giám đốc chương trình Cấy chép dị chủng tại Trường Y khoa Birmingham, Đại học Alabama đã phản đối điều đó.
Theo ông, các loài linh trưởng không phải là động vật hiến tạng tốt nhất cho con người. Chẳng hạn, một trái tim khỉ sẽ thất bại trong việc bơm máu cho toàn bộ cơ thể, không phải vì nó không được chấp nhận, mà từ chính kích thước quá nhỏ của nó.
Dựa trên tỷ lệ nội tạng, bác sĩ Cooper cho rằng lợn mới là loài có tiềm năng nhất đối với chúng ta. Chúng có những quả tim, gan và thận phù hợp để cấy ghép. Trong khi, việc dung hoàn hệ miễn dịch giữa lợn và người là khả thi.
Bác sĩ David Cooper, giám đốc chương trình Cấy chép dị chủng tại Trường Y khoa Birmingham, Đại học Alabama, người tiên phong trong cấy ghép dị chủng nội tạng lợn. Ảnh: Đại học Alabama.
Vào những năm 1990, bác sĩ Cooper đã phát hiện ra sự khác biệt chính khiến nội tạng lợn thường bị đào thải bởi hệ miễn dịch người là do sự có mặt của alpha-1,3-galactose (alpha-gal), một phân tử đường trên bề mặt tế bào.
Vì nhiều loài vi sinh vật cũng biểu hiện alpha-gal trên bề mặt tế bào của chúng, cơ thể người sản sinh ra rất nhiều kháng thể chống lại phân tử này. Chỉ cần 1% những kháng thể này là đủ gây ra sự đào thải cấp tính trong vòng vài phút đối với nội tạng lợn khi chúng dương tính với alpha-gal.
Do đó, bác sĩ Cooper lập luận rằng chúng ta phải tìm ra cách tẩy bỏ được alpha-gal khỏi tế bào lợn, khi đó, những nội tạng của loài động vật này mới có khả năng sống lâu hơn trong cơ thể con người.
Từ cuối thế kỷ 20, nhiều công ty công nghệ sinh học và hãng dược phẩm lớn đã phát triển các chương trình nghiên cứu lợn biến đổi gen. Novartis, hãng dược khổng lồ của Thụy Sĩ đã chi hơn 1 tỷ USD để nghiên cứu cách tạo ra những con lợn có nội tạng "sạch alpha-gal", tương thích với con người.
Hai công ty công nghệ sinh học của Anh là Genzyme và PPL Therapeutics sau đó cũng tham gia vào cuộc đua. Nhưng vì nhiều lý do, cả ba công ty này đã đóng cửa chương trình nghiên cứu của mình vào đầu những năm 2000.
Sự rút lui của các hãng dược phẩm lớn vô tình đã đem đến cơ hội cho Revivicor, một công ty start-up nhỏ của United Therapeutics có trụ sở tại Virginia. Thành lập vào năm 2003, Revivicor đã có 17 năm kiên trì với ý tưởng trước khi phát triển thành công những con lợn không có alpha-gal trên tế bào vào năm 2020.
Cách những con lợn GalSafe được Revivicor tạo ra với nội tạng có thể cấy ghép sang con người. Ảnh: Genk.
Những con lợn này được tạo ra bằng cách phân lập tế bào phôi, sau đó dùng kỹ thuật chỉnh sửa gen CRISPR để cắt vào phần gen chịu trách nhiệm sản sinh alpha-gal trên lợn. Sau đó, các nhà khoa học tại Revivicor sẽ sử dụng kỹ thuật chuyển nhân tế bào soma (SCNT) để nuôi những phôi lợn chỉnh sửa gen thành lợn trưởng thành.
SCNT chính là kỹ thuật đã được các nhà khoa học trước đó tạo ra cừu Dolly, động vật có vú nhân bản đầu tiên trên thế giới vào năm 1996. Nó liên quan đến việc chuyển nhân đã được chỉnh sửa gen vào một quả trứng lợn, có nhân trước đó đã bị loại bỏ.
Trứng này sau đó được chuyển sang một con lợn nái mang thai hộ. Sau khi trứng phát triển thành bào thai rồi thành lợn con, con lợn sẽ được đẻ tự nhiên và sinh ra với các tế bào không có alpha-gal.
Các nhà khoa học tại Revivicor đặt tên những con lợn này của họ là GalSafe. Tháng 12 năm 2020, GalSafe đã được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) chấp thuận là một dòng lợn có gen được chỉnh sửa phù hợp cho mục đích trị liệu tiềm năng trên con người, bao gồm cấy ghép dị chủng.
Ngay sau khi nhận được giấy phép từ FDA, Revivicor đã thúc đẩy một loạt các chương trình hợp tác với các cơ sở nghiên cứu ở Mỹ để thử nghiệm ghép nội tạng lợn GalSafe sang cho bệnh nhân. Trong đó, họ đã gửi những quả thận lợn và tim lợn của mình tới Đại học New York để thực hiện 2 ca cấy ghép mang tính bước ngoặt.