Có thể đóng băng lão hóa trong cơ thể của chúng ta không?

Bên trong hành trình ngoài tầm với tìm kiếm một loại thuốc giúp bác sĩ cứu người trước khi quá muộn.

Buổi lễ diễn ra vào đêm trăng tròn tháng Hai, thời điểm được người Tây Tạng xem là lạnh nhất trong năm. Những vị sư mặc áo choàng cotton mỏng leo lên một mỏm đá cao khoảng 15.000 feet và ngủ trong tư thế đứa trẻ, trán chạm vào đá lạnh của dãy Himalaya. Giữa đêm khuya, nhiệt độ giảm xuống dưới mức đóng băng nhưng các vị sư vẫn ngủ yên bình, không hề run rẩy.

Đoạn phim ghi lại nghi lễ này tồn tại từ mùa đông năm 1985, khi một nhóm nhà nghiên cứu y học do bác sĩ tim mạch Herbert Benson thuộc Đại học Harvard dẫn đầu được phép làm quan sát viên tại một tu viện bên ngoài thị trấn Upper Dharamsala ở miền bắc Ấn Độ. Benson nhận được sự cho phép của Đức Đạt Lai Lạt Ma, người mà ông đã phát triển mối quan hệ thân thiết. Vị bác sĩ bị thôi thúc bởi mong muốn hiểu các cơ chế sinh lý học cho phép các vị sư tồn tại qua đêm như vậy. Cơ thể họ đã bước vào một trạng thái cần nhiều năm thực hành thiền định và luyện tập thể chất mà Đức Đạt Lai Lạt Ma gọi là phép màu. Nếu nghiên cứu của Benson được thực hiện ngày nay, rất có thể ông sẽ gọi đó là biostasis (trạng thái tĩnh sinh học).

Dàn nhạc sinh học bên trong chúng ta

Cơ thể chúng ta vận hành một cách chặt chẽ và tinh vi. Để duy trì sự sống, chúng ta cần một nguồn cung cấp oxy liên tục và nhiệt độ cơ thể chỉ được dao động trong giới hạn hẹp. Sốt cao có thể gây tử vong, cũng như hạ thân nhiệt nghiêm trọng. Cơ thể khỏe mạnh có nhịp tim ổn định và mức tiêu thụ oxy đều đặn – yếu tố mà bác sĩ dùng để đo tốc độ trao đổi chất. Nếu sự sống đang cháy trong ta là một bản giao hưởng, thì quá trình trao đổi chất chính là bản nhạc của nó – tổng thể hoàn hảo của mọi phản ứng hóa học xảy ra bên trong tế bào, được dàn dựng cẩn thận.

Nếu sự sống đang cháy trong ta là một bản giao hưởng, thì quá trình trao đổi chất chính là bản nhạc của nó.

Cho đến gần đây, ít nhất là dưới góc nhìn của y học phương Tây, nhịp sống này được xem là không thể thay đổi. Nhưng quan điểm đó đã thay đổi nhờ một sáng kiến bất thường – một chương trình do Cơ quan Nghiên cứu Dự án Quốc phòng Tiên tiến Hoa Kỳ (DARPA) tài trợ. Trong năm năm qua, DARPA đã tài trợ cho các nghiên cứu về biostasis, nhằm tạm dừng bản nhạc sinh học, rồi khôi phục nó vào một thời điểm chưa xác định, chính xác từ nơi nó dừng lại.

Một trong những hứa hẹn của nghiên cứu biostasis từ DARPA là khả năng tạo ra trạng thái đình chỉ sự sống hay ổn định sinh lý, được cung cấp dưới dạng thuốc – thay vì cần nhiều năm thiền định. Điều này khác với gây mê vì nó tác động đến tất cả các mô trong cơ thể, chứ không chỉ tạm ngưng ý thức và cảm giác đau. Biostasis nhằm mục tiêu đóng băng tức thời toàn bộ cơ thể – mà không cần làm lạnh.

Với biostasis, DARPA đã cắm lá cờ vào một lãnh thổ y học chưa được khám phá, yêu cầu các nhà nghiên cứu vượt ra ngoài giới hạn sức khỏe bình thường. Tristan McClure-Begley, cựu quản lý chương trình tại DARPA và là người sáng lập dự án biostasis, cho biết động lực chính là kéo dài giờ vàng – khoảng thời gian ngay sau khi một người bị chấn thương nghiêm trọng mà việc điều trị y tế và phẫu thuật có thể cứu sống họ. Với các chấn thương đầu và tủy sống, tổn thương không thể phục hồi sẽ xảy ra nếu việc hỗ trợ bị trì hoãn. Một loại thuốc biostasis dùng trên chiến trường có thể mua thêm thời gian cho binh lính bị thương, tăng cơ hội sống sót.

DARPA đã phát động lời kêu gọi tài trợ nghiên cứu phát triển thuốc biostasis, và Viện Kỹ thuật Sinh học Lấy Cảm Hứng Từ Tự Nhiên Wyss thuộc Đại học Harvard là một trong những đội phản hồi. Lời kêu gọi này của DARPA thật sự thú vị vì nó quá khác thường, Don Ingber – giám đốc sáng lập Viện và là giáo sư tại các trường y và kỹ thuật của Harvard – cho biết. Không có điểm khởi đầu, không có mục tiêu hay phương pháp sàng lọc thuốc nào rõ ràng, ông nói thêm. Điều đáng kinh ngạc là, dù không có tiền lệ học thuật hay lịch sử nghiên cứu nào để dựa vào, loại thuốc biostasis đầu tiên đã được đề xuất thành công vào đầu năm nay.

SNC80, tên của loại thuốc phân tử nhỏ này, lần đầu được thử nghiệm trên nòng nọc Xenopus. Đây là loài lưỡng cư máu lạnh có thể dễ dàng thao tác trong phòng thí nghiệm và là mô hình hữu ích để phỏng đoán hệ thần kinh và miễn dịch của người. Chúng có đầu to tròn chứa não và tủy sống, cùng một cái đuôi để bơi. Nòng nọc có tim đập, mang và ruột – các cơ quan chính đóng vai trò làm chỉ dấu cho những gì có thể xảy ra với các cơ quan tương đương ở người. Khả năng bơi của nòng nọc là một phép thử nhanh và hiệu quả cho biostasis.

Một liều rất nhỏ của hợp chất này, thấm qua làn da trong suốt của nòng nọc, khiến chúng bơi chậm lại, nhịp tim giảm một nửa và mức tiêu thụ oxy – chuẩn vàng để đo tốc độ trao đổi chất – giảm xuống còn một phần ba so với bình thường. Quan trọng nhất, các tác động này có thể đảo ngược. Trong vòng một giờ sau khi ngừng thuốc, nòng nọc lại bơi tung tăng trong đĩa petri. Theo hiểu biết của các nhà nghiên cứu, không có cơ quan chính nào của nòng nọc bị ảnh hưởng xấu bởi thuốc.

Megan Sperry – nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Viện Wyss, người dẫn đầu nghiên cứu với nòng nọc – giải thích rằng các phân tử SNC80 có thể xuyên qua tất cả mô trong cơ thể nòng nọc, bao gồm cả ruột, mang và cơ xương. Đây là một loại thuốc tác động đến toàn bộ sinh vật, có khả năng can thiệp vào một cơ chế sinh học cốt lõi, nhằm ngừng mọi quá trình sinh học một cách không phân biệt. Sau đó, các nhà khoa học phát hiện SNC80 làm chậm hoạt động của ty thể – nhà máy năng lượng của mọi tế bào – ngừng các quá trình trao đổi chất mà không gây tổn hại mô. Điều quan trọng, theo Sperry, là thuốc không gây độc tính.

Từ động vật ngủ đông đến tu sĩ Tây Tạng

Việc ngắt tạm thời trao đổi chất không phải là điều chưa từng thấy trong tự nhiên. Phần lớn cảm hứng sinh học đến từ việc nghiên cứu sâu về các loài động vật ngủ đông. Ví dụ, gấu nâu sống ở Alaska có thể chủ động điều chỉnh trao đổi chất xuống mức thấp trong mùa đông, giảm nhịp tim xuống còn 4 nhịp mỗi phút và hạ thân nhiệt xuống dưới 40 độ F. Loài ếch gỗ Rana sylvatica còn có thể đóng băng hoàn toàn để vượt qua mùa đông vùng Bắc Cực.

Có lẽ màn biểu diễn ấn tượng nhất của biostasis, không nằm ngoài sự chú ý của DARPA, được thực hiện bởi loài chuột gai sa mạc. Với đôi tai tròn, đôi mắt đen lấp lánh như dầu và bộ lông vàng, chúng có khả năng như các siêu anh hùng trong truyện tranh. Không chỉ là loài động vật có vú duy nhất được biết đến có khả năng tái tạo mô – mọc lại da, tuyến mồ hôi, lông và thậm chí cả sụn gần như không để lại sẹo – trong lúc nguy cấp, chúng có thể rơi vào trạng thái hôn mê toàn thân trong 6–7 giờ mỗi lần. Chúng có thể làm điều này giữa cái nóng sa mạc châu Phi – một ví dụ hiếm hoi về hôn mê như phản ứng với nhiệt, thay vì lạnh.

Thách thức lớn nhất trong việc phát triển thuốc biostasis cho con người là tìm ra một hợp chất có thể tác động lên toàn bộ cơ thể, ảnh hưởng nhiều loại mô và cơ quan một cách nhẹ nhàng nhưng sâu sắc. Nhóm Harvard đã thử nghiệm tác động của SNC80 lên các cơ quan nhân tạo – các vi mạch chứa tế bào người sống mô phỏng các cơ quan. Họ cũng thử nghiệm trên mô người như ruột và gan, cũng như trên các cơ quan và chi lợn nguyên vẹn. Kết quả rất đáng chú ý – một trái tim lợn sống có thể được bảo quản lâu gấp đôi so với kỹ thuật truyền thống sử dụng làm lạnh cơ học. Và trái tim lợn gần như to bằng tim người, Ingber nói. Vậy đó có lẽ là điều ấn tượng nhất mà chúng tôi làm được.

Một loại thuốc biostasis hoàn hảo sẽ là thứ không làm xáo trộn sự hài hòa trong quá trình trao đổi chất cũng như kết nối phức tạp giữa các mô trong cơ thể. Ingber thừa nhận SNC80 chưa phải là loại thuốc hoàn hảo đó. Nhưng giống như nhiều quá trình phát triển thuốc khác, đây là một khởi đầu tốt. SNC80 là bước đầu tiên hướng đến các hợp chất có thể làm chậm trao đổi chất một cách có thể đảo ngược, ông nói. Và chúng tôi đã xác định được các phiên bản mới của phân tử này mạnh hơn. Thuốc hiện tại hoạt động ở cấp độ mô và cơ quan riêng lẻ. Bước tiếp theo là làm cho thuốc hoạt động ở cấp độ toàn cơ thể.

Hành trình hồi xuân của các tu sĩ Tây Tạng

Herbert đã thuyết phục được các vị sư mà ông quan sát ở tu viện Rumtek xa xôi tham gia vào một nghiên cứu y học. Ngồi xếp bằng trong một gian phòng nghi lễ không có sưởi, các vị sư đồng ý đeo mặt nạ đặc biệt trong khi thiền định hằng ngày, được nối với thiết bị đo hô hấp. Điều này cho phép các bác sĩ thu thập lượng nhỏ khí thở ra để phân tích hàm lượng oxy. Điều đáng chú ý là họ phát hiện rằng trong nhiều phương pháp thiền khác nhau, trao đổi chất lúc nghỉ có thể được tăng lên đến 61% và giảm xuống đến 64% – mức giảm này tương đương với tác dụng của SNC80 lên nòng nọc Xenopus.

Tôi hỏi Ingber nghĩ gì về các vị sư, những người đã chứng minh rằng có thể làm chậm trao đổi chất toàn cơ thể con người. Ở cấp độ cao, bạn có lẽ đúng khi cho rằng hệ thần kinh có liên quan đến tất cả những điều này, ông nói. Nhưng việc sử dụng oxy chỉ là một phần của trao đổi chất. Một vị sư Tây Tạng sẽ tỉnh dậy nếu bạn gõ nhẹ vào người họ. Vậy nên đó không hoàn toàn là trạng thái hôn mê, nhưng chắc chắn là bước đầu tiên hướng đến việc làm chậm trao đổi chất – điều hoàn toàn có thể thực hiện trong thời gian ngắn.

Mục tiêu ban đầu của nghiên cứu biostasis – tạo ra trạng thái đình chỉ sự sống đủ lâu để đến các hành tinh xa xôi hay sống sót sau giờ vàng của chấn thương thảm khốc – vẫn còn ngoài tầm với. Nhưng không hoàn toàn vô vọng. Dù sao thì, chúng ta cũng là động vật. Theo tôi thấy, Ingber nói, những loài như sóc đất Alaska có thể rơi vào trạng thái hôn mê và không cần ăn trong thời gian dài. Gấu có thể ngủ đông. Mùa hè vừa rồi tôi nghĩ về chim ruồi và bướm – chúng rơi vào trạng thái hôn mê mỗi tối.

Khi các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu liệu pháp đưa con người vào trạng thái hôn mê toàn thân, có lẽ họ nên một lần nữa quan sát kỹ nghi lễ của các vị sư Tây Tạng, đang thiền định giữa trời lạnh mùa đông. Họ trông yên bình và mãn nguyện như những cánh bướm vậy.