Ứng dụng công nghệ sinh học y học I MỞ ĐẦU Công nghệ sinh học lĩnh vực công nghệ cao dựa tảng khoa học sống, kết hợp với quy trình thiết bị kỹ thuật nhằm tạo công nghệ khai thác hoạt động sống vi sinh vật, tế bào thực vật động vât để sản xuất quy mơ cơng nghiệp sản phẩm sinh học có chất lượng cao, phục vụ cho lợi ích, nhu cầu người đồng thời phát triển kinh tế - xã hội bảo vệ môi trường Ngày nay, công nghệ sinh học ứng dụng vào nhiều lĩnh vực sống: công nghiệp, nông nghiệp, y học Bằng kiến thức sinh học thực vật, động vật, nấm, vi khuẩn sử dụng "công nghệ DNA tái tổ hợp" nhà khoa học cố gắng tạo trồng, vật ni có suất chất lượng cao, loại thực phẩm, dược phẩm phục vụ cho việc chữa bệnh người công nghệ tế bào kĩ thuật chuyển gen phát triển Việt Nam Ở đây, bàn ứng dụng công nghệ sinh học y học Những ứng dụng Công nghệ sinh học (CNSH) y tế phân thành hai loại sau : (1) Những ứng dụng có liên quan đến việc thao tác tế bào, mơ, phận tồn thể ( chẳng hạn sinh sản hỗ trợ, kỹ thuật mơ nhân vơ tính ); (2) Những ứng dụng liên quan tới việc nhận dạng thực thi chức cấp phân tử ADN, protein enzym mối quan hệ chúng với phát sinh bệnh tật lẫn sức khoẻ II NHỮNG CÔNG NGHỆ MỚI NỔI 1.1 Y học hệ gen ( Genomic Medicine ) Hệ gen học môn chuyên nghiên cứu chức mối tương tác tất gen thể Y học hệ gen có nhiệm vụ nhận dạng gen tham gia làm phát sinh bệnh tật vạch chiến lược chữa trị dựa vào tri thức Đây môn giai đoạn phát triển ban đầu Khi việc lập Bản đồ hệ gen người hoàn thành vào năm 2000, nhiều chun gia nhanh chóng dự đốn có phát triển nhiều ứng dụng y học dựa vào gen Điều chưa thực hiện, đồ hệ gen người tuý cung cấp đồ phận (“Map of Parts”) Vẫn phải thu thập nhiều liệu nữa, cấp tế bào lẫn cấp quần thể Và điều quan trọng phải diễn giải nhiều liệu mong bước đầu hiểu mấu chốt phức tạp gen môi trường phát triển bệnh tật Mặc dù nhiệm vụ đặt phức tạp cần phải thu thập phân tích liệu khổng lồ, y học hệ gen hứa hẹn làm thay đổi ngành y tế trình phát triển dược phẩm- không nhanh trước người tưởng Những công nghệ lên tạo động lực cho phát triển y học hệ gen gồm: - Các cơng cụ chẩn đốn; - Các dược phẩm thích hợp với người; - Các liệu pháp dựa vào gen; 1.1.1 Cơng cụ chẩn đốn Các cơng cụ chẩn đốn nhanh tạo “làn sóng” quan trọng thứ ứng dụng lâm sàng y học hệ gen Có thể thấy trước tương lai, lực xét nghiệm gen đạt tới trình độ đo xác hàng chục, hàng trăm, hàng ngàn, chí hàng chục ngàn mARN (ARN Messenger-ARN thơng tin), protein thành phần phân tử nhỏ máu Những thành phần ( phần tử đánh dấu- “marker” ) khác loại bệnh, giai đoạn trình phát sinh bệnh Dự đốn nhận dạng xác phân tử đánh dấu có khả áp dụng phương pháp điều trị vào giai đoạn thích hợp bệnh Phần lớn phép xét nghiệm gen dùng để phát trục trặc di truyền trục trặc cá lẻ khuyết tật gen nhiễm sắc thể (ví dụ bệnh Học viên: Trần Văn Ứng dụng công nghệ sinh học y học Huntington chứng ưa chảy máu) Tuy nhiên, Dự án Hệ gen Người giúp nhận dạng dễ dàng loạt gen tham gia vào bệnh phức tạp ung thư, bệnh tim tiểu đường Phép xét nghiệm gen giúp hiểu biết dần tượng di truyền phức tạp, ngồi giúp ta hiểu có số người lại dễ bị mắc bệnh định, sở phát triển cơng cụ xét nghiệm thích hợp Khi chất gen bệnh phức tạp khám phá, dụng cụ chẩn đoán xét nghiệm gen trở nên rẻ kết hợp nhiều vào công tác y tế phép xét nghiệm gen trở thành cơng cụ đắc lực phổ biến Các công nghệ tạo điều kiện xét nghiệm ADN nhanh bao gồm chip, có khả đo mức biểu hàng vạn gen lần thử Chip ADN cơng nghệ có tác động tới cơng tác chẩn đốn Sự kết hợp Cơng nghệ sinh học Cơng nghệ Nano có triển vọng tạo dụng cụ chẩn đoán mạnh Chúng tạo khả quan sát mối tương tác phức tạp phân tử mức độ đặc thù nhiều Một số ứng dụng Cơng nghệ sinh học nano lĩnh vực chẩn đoán phân tử Các nhà nghiên cứu tin sau chip ADN hệ chip protein, hoạt động cấp nano Các chip có khả xét nghiệm nhiều protein phân tử gắn với protein ADN khác lần thử Năng lực có tầm quan trọng để xét nghiệm hiệu bệnh phức tạp liên quan đến nhiều gen đánh giá giai đoạn phát triển bệnh Những kỹ thuật có tên gọi “Vạch mô thức protein” ( Protein Pattern Profiling ) bắt đầu áp dụng để nhận dạng tiến triển số bệnh ung thư Dựa vào thuật tốn mơn Trí tuệ nhân tạo, nhà khoa học Mỹ bước đầu nhận dạng số mô thức ung thư nhờ xét nghiệm máu Một xét nghiệm bệnh ung thư buồng trứng đánh giá phụ nữ để làm giảm bệnh Các công nghệ hiển thị hình ảnh gần đặc biệt hứa hẹn Ví dụ, thiết bị chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI) giúp ta quan sát mô, phận chức chúng Các chuyên gia tin vịng năm tới có thiết bị chụp ảnh phân tử để quan sát biểu gen người ( công nghệ dùng cho động vật ) Điều không đem lại khả cho chẩn đốn mà cịn cho phép quan sát, đánh giá thời gian thực tác dụng nhiều loại dược phẩm liệu pháp gen Những hạt nano, đặc biệt điểm lượng tử ( Quantum Dot ) đóng vai trị quan trọng lĩnh vực phát triển phần tử đánh dấu sinh học (Biomarker) Điểm lượng tử cấu trúc tinh thể có tính chất phát quang chịu tác dụng tia laser Chúng dùng làm phần tử đánh dấu hiệu bệnh tật Không thuốc nhuộm hữu thường dùng làm tác nhân phát quang có cường độ ánh sáng suy giảm sau vài phút, điểm lượng tử phát sáng vài tuần lâu hơn, cho phép nhà nghiên cứu quan sát chức tế bào Chúng cho phép sử dụng đồng thời nhiều màu sắc 1.1.2 Gen dược học ( Pharmacogenetics ) Gen dược học: môn chuyên nghiên cứu ảnh hưởng khác biệt gen phản ứng cá nhân lên dược phẩm Một số phản ứng khác biệt cách bố trí gen Những người có cách bố trí gen đặc biệt khiến cho số loại thuốc công hiệu, cần áp dụng liều lượng cao thấp có hiệu Điều thể họ phân giải chất nhanh chậm Có số lượng lớn xác định hệ thống mà thể sử dụng để xử lý thuốc, hiểu biết chúng tăng cường lên việc xét nghiệm gen có khả giúp xác định lại loại dược phẩm cần bào chế liều lượng chúng Học viên: Trần Văn Ứng dụng công nghệ sinh học y học Ứng dụng thương mại Gen dược học chip ADN dùng để xét nghiệm enzym then chốt chịu trách nhiệm trình trao đổi chất thuốc Những enzym tìm thấy gan, tham gia vào trình trao đổi chất gần 40% tất loại thuốc bào chế Ứng dụng Gen dược học đóng vai trị quan trọng q trình phát triển dược phẩm, đặc biệt thử nghiệm lâm sàng Việc có khả sàng lọc xác cá nhân để thử nghiệm trước có tác động lớn tới cách thức thiết kế quản lý thử nghiệm để giảm bớt phí tổn 1.1.3 Các liệu pháp Người ta đặt nhiều hy vọng việc lập chuỗi hệ gen người tạo cách mạng cho trình phát minh dược phẩm Nhưng thực tế, hệ gen “danh mục phận” không không gen, mà liên hệ chúng với bệnh tật chưa biết Một khối lượng lớn thông tin tạo dạng ký sinh, nhà nghiên cứu chưa biết xác phận có liên quan đến bệnh Nếu thiếu kiến thức khơng thể phát triển liệu pháp gen thích hợp Bởi vậy, dự báo lạc quan trước lắng xuống hiểu biết nhiều tính phức tạp nhiệm vụ đặt ra, Mặc dù tràn ngập liệu, xu hướng tiến tới rời bỏ mơ hình phát triển dược phẩm dạng “quả bom tấn” hoá chất để chuyển sang sản xuất dược phẩm sinh học thích hợp với cá nhân Gần 16% dược phẩm bào chế từ 1997 dựa vào Công nghệ Sinh Học Theo dự báo số nhà quan sát, tới năm 2015, tỷ lệ tăng lên 40% Dự báo có sở, lẽ 30% số dược phẩm phát triển sản phẩm sinh học Chỉ có số dược phẩm trị liệu gen nhằm vào mục tiêu cụ thể đưa thị trường Hai dược phẩm biết đến nhiều Herceptin chữa ung thư vú Glecvec chữa bệnh bạch cầu Những dược phẩm phục vụ cho số người có gen đặc thù Ví dụ, Herceptin kháng thể đơn dòng, nhằm vào tế bào ung thư biểu thị mức loại protein có tên HER-2 Chỉ có khoảng 25-30% số người bị ung thư vú có loại gen loại thuốc bào chế tỏ có nhạy cảm Tuy nhiên, phát triển gần đây, nhà nghiên cứu phát liệu pháp thành cơng Glecvec, có khoảng 15-20% bệnh nhân sử dụng loại dược phẩm sau năm trở nên nhờn thuốc Sở dĩ loại enzym mà dược phẩm tác dụng vào trở nên kháng thuốc Kinh nghiệm dựa vào dược phẩm đưa thị trường cho thấy liệu pháp hệ gen phần lớn nhằm vào phận bệnh nhân Việc đưa dược phẩm thị trường tốn tốn nhiều thời gian Do vậy, dược phẩm phục vụ cho phận nhỏ số bệnh nhân mắc bệnh công ty dược phẩm không thu nhiều lợi nhuận Một hy vọng nhận dạng xác nhóm người có gen mục tiêu giai đoạn thử nghiệm lâm sàng giúp việc thử nghiệm nhanh đỡ tốn phí 1.1.4 Liệu pháp dựa vào gen Liệu pháp dựa vào gen hay gọi tắt liệu pháp gen gen “một kỹ thuật điều trị, gen thực chức nạp vào tế bào mục tiêu để sửa chữa sai sót bẩm sinh cung cấp chức cho tế bào” Nếu nạp thành công, tế bào sản xuất protein trị liệu để thay bổ sung cho gen bị hư hỏng xử lý ảnh hưởng bệnh bị mắc ung thư Những ứng dụng liệu pháp gen hứa hẹn giúp thể sản xuất phân tử trị liệu cách lâu bền Thoạt đầu, người ta cho trục trặc gen di truyền mục tiêu hiển nhiên để liệu pháp gen nhằm vào Tuy nhiên, khó khăn lớn nảy sinh việc: (1) Nạp gen mục tiêu vào loại tế bào đặc thù Học viên: Trần Văn Ứng dụng công nghệ sinh học y học (2) Đảm bảo để tế bào sản xuất loại protein trị liệu (3) Tìm phương pháp để tránh phản ứng tiêu cực hệ miễn dịch Bởi vậy, liệu pháp gen chưa đạt tiềm dự đoán Phần lớn thử nghiệm liệu pháp gen nhằm vào bệnh ung thư Cơng trình “Dự báo Cơng nghệ” Nhật Bản nêu tới năm 2017, liệu pháp gen để chữa trị ung thư sử dụng phổ biến Cho tới nay, có sản phẩm trị liệu gen nhận giấy phép sử dụng thị trường Trung Quốc, Gendicine Sản phẩm sử dụng vectơ adenovirus để mang gen P53 vào tế bào khối u 1.1.5 Giao thoa ARN Giao thoa ARN (RNAi) tác nhân vơ hiệu hóa gen ( Gene Silencing ), coi công nghệ đầy hứa hẹn mà giới nghiên cứu thương mại quan tâm Một công trình then chốt cho thấy số phân tử ARN có cơng dụng làm “vơ hiệu hóa” biểu thị gen Đây tiến quan trọng gần sinh học Ngay từ phát ra, RNAi chứng tỏ cơng cụ thí nghiệm hữu ích để kiểm định mục tiêu dược phẩm Tuy nhiên, lý thuyết, ứng dụng khả vơ hiệu hóa gen chữa trị bệnh có liên quan đến hoạt tính gen nhiều gen Nó có tiềm giảm bớt nguy biểu thị mức vật liệu gen nạp vào thể, tránh phát triển thành khối u Theo dự báo, thị trường RNAi tăng 31,5%/năm, đạt giá trị 328 triệu USD vào năm 2010 ( giá trị vào năm 2003 48 triệu USD ) Phần lớn tăng trưởng có lẽ nhờ việc sử dụng RNAi làm công cụ thí nghiệm Tuy nhiên, tháng 8/2004, loại dược phẩm dựa vào RNAi đăng ký cấp sáng chế, Công ty Acuity Pharmaceutical Mỹ phát triển Một trở ngại lớn cho liệu pháp RNAi vấn đề nạp gen 1.1.6 Các công nghệ nạp gen Nạp gen trị liệu vào tế bào trở ngại kỹ thuật lớn liệu pháp gen Có số phương pháp nạp gen tiềm phương pháp có nhược điểm ưu điểm Trước đây, virus lành tính thường dùng để tải gen trị liệu vào tế bào Các nhà khoa học lợi dụng khả tự nhiên virus việc truyền ADN vào tế bào Tuy nhiên, virus làm phát sinh vấn đề gây độc hại, gây phản ứng miễn dịch viêm nhiễm Do đó, phương pháp khác thay virus tìm kiếm Ví dụ, nhà nghiên cứu thử nghiệm đưa trực tiếp ADN vào tế bào sử dụng tế bào gốc làm vectơ Hiện nay, thử nghiệm tiến hành tế bào gốc để chữa trị bệnh hệ tuần hồn Mục đích đặt đưa gen khoẻ mạnh vào máu để tạo thành tế bào gốc, từ chuyên biệt thành tất tế bào máu Các nhiễm sắc thể nhân tạo người (HAC) coi cơng nghệ có tiềm 1.1.7 Vacxin Trong số biện pháp can thiệp y tế, vacxin phương pháp có từ lâu tốn kém, có tác động lớn tới cơng tác chăm sóc sức khoẻ cộng đồng Cơng nghệ đạt nhiều tiến nhờ hiểu biết gia tăng chất vi khuẩn lây nhiễm, tiếp tục phát triển động lực số bệnh đặt thách thức cho y học, chẳng hạn AIDS, sốt rét cúm Sự nhấn mạnh gần đến nguy xảy chiến tranh sinh học thúc đẩy công tác phát triển vacxin Từ thập kỷ 80, nhiều vacxin hoàn thiện đưa ra, kể chủng loại tạo công nghệ gen giới Những vacxin phát triển theo phương pháp truyền thống để phòng chống bệnh lây nhiễm cấp tính Tuy nhiên, loại vacxin trị liệu lên, thiết kế cho bệnh nhân bị lây nhiễm , với mục đích tăng cường phản ứng miễn dịch Những vacxin trị liệu thử Học viên: Trần Văn Ứng dụng công nghệ sinh học y học nghiệm lâm sàng để chữa bệnh khơng lây nhiễm, ví dụ để tăng phản ứng miễn dịch chủng loại khối u ung thư Hiện nay, chưa có loại vacxin trị liệu đưa thị trường, có số ứng dụng dùng thử nghiệm lâm sàng quy mô nhỏ Trong số vacxin trị liệu có được, loại tiên tiến để chống bệnh ung thư, đồng thời có trọng gia tăng để chống HIV/AIDS chữa bệnh thần kinh Cũng có quan tâm ngày tăng đến lĩnh vực vacxin ADN, ADN dùng thay cho protein để tạo phản ứng miễn dịch Về lý thuyết, vacxin ADN có số ưu điểm so với vacxin khác Ví dụ, vacxin ADN có tác dụng từ bên tế bào, có tiềm tạo phản ứng mạnh hy vọng có khả chống lại loại virus biến đổi liên tục, chẳng hạn virus cúm Tuy nhiên, cho dù có thành cơng động vật, thử nghiệm lâm sàng ban đầu người cho thấy vacxin AND không đủ công hiệu Điều dẫn tới việc tìm kiếm sử dụng cơng nghệ cận kề, chẳng hạn dùng vectơ virus để làm phương tiện dẫn nạp điều có hứa hẹn nhiều Hiện có số vacxin ADN giai đoạn thử nghiệm lâm sàng 1.2 Y học tái sinh ( Regenerative Medicine ) Sự lên môn Y học tái sinh dấu hiệu thay đổi khuôn mẫu, từ chỗ trọng thay mô sang sửa chữa tái sinh mô bị bệnh lão hố, phận hư hỏng, thơng qua phương pháp sinh học Dự báo từ đến 2025, biện pháp tái sinh dựa vào tế bào thâm nhập vào y tế để chữa trị bệnh Alzheimer, Parkinson, tiểu đường bệnh tim Lâu dài hơn, mục tiêu cuối đặt tái sinh hoàn toàn phận Một số động lực then chốt khiến gia tăng hoạt động nghiên cứu môn bao gồm thiếu hụt nghiêm trọng phận thay thế, máu mơ; tình trạng dân số già nhanh chóng nước phát triển Các công nghệ nơron phát triển nhanh ứng dụng tiềm lên, tạo khả cho người tàn phế sử dụng tín hiệu từ não để cử động chân tay giả (cũng thiết bị bên xe lăn, bàn phím máy tính v.v ) Về lâu dài, cơng nghệ chí có khả kích hoạt phận bị liệt Dưới đề cập đến phát triển tương lai kỹ thuật mô: Để sản xuất quy mô lớn sản phẩm kỹ thuật mơ địi hỏi phải có kiến thức kết hợp số lĩnh vực R&D : y học, vật liệu học, sinh học kỹ thuật Các nhiệm vụ địi hỏi kỹ thuật mơ bao gồm: - Tạo nguồn tăng cường tế bào dòng tế bào ( Cell Line ); - Phát triển giàn giáo ( Scaffold ) vật liệu sinh học để nuôi cấy tế bào ( đáp ứng nhu cầu nuôi cấy thể ống nghiệm ); - Biểu thị nạp phân tử sinh học để điều chỉnh tăng trưởng, chuyên biệt hoá tế bào; - Giải pháp khắc phục phản ứng hệ miễn dịch; - Chế tạo thiết bị phản ứng sinh học hệ thống bảo quản sản xuất quy mô lớn phục vụ cho khâu sản xuất Rõ ràng, lĩnh vực Công nghệ sinh học Lĩnh vực phức tạp, giải pháp cho nhiệm vụ nêu giai đoạn phát triển khác Ví dụ, phát triển ứng dụng vật liệu sinh học mức độ tiên tiến so với hiểu biết sinh sôi chuyên biệt hoá loại tế bào Cho tới có số sản phẩm kỹ thuật mơ vươn thị trường Hiện thị trường có khoảng chục loại sản phẩm thay da tạo kỹ thuật mơ Cũng có mặt số sản phẩm khác cịn chưa hồn thiện sụn, xương, van tim Khả áp dụng cấu trúc đa tế bào tạo kỹ thuật mơ đạt thành cơng Đó vấn đề liên quan đến phản ứng miễn dịch kiến thức hạn chế điều chỉnh Học viên: Trần Văn Ứng dụng công nghệ sinh học y học trì chức tế bào Vẫn phải khắc phục số vướng mắc KH&CN trước thực thi hứa hẹn kỹ thuật mô Dưới đề cập đến số vấn đề chủ yếu 1.2.1 Tìm kiếm tế bào Một vấn đề quan trọng phát triển kỹ thuật mô tìm kiếm tăng cường tế bào dịng tế bào Tế bào dịng tế bào lấy từ nguồn khác Chúng lấy từ thể bệnh nhân, từ người cho hiến (Donor) từ lồi khác Chúng lấy từ dạng tách biệt (những tế bào vừa chiết xuất, với tuổi thọ xác định) dòng tế bào, địi hỏi phải tạo mơi trường ni cấy ống nghiệm nguồn thu nhận tế bào có biến đổi tiếp thành dạng tế bào khác, hứa hẹn tế bào gốc Tế bào gốc tế bào có khả tiếp tục phân chia phát triển thành loại mô khác nhau, khiến cho chúng đặc biệt có nhiều hứa hẹn cho ứng dụng y học Tế bào gốc lấy từ phơi (ESC), hay cịn gọi tế bào mầm, coi có tiềm Tuy nhiên, ESC làm phát sinh vấn đề đạo đức Các tế bào gốc trưởng thành (Adult) có mặt phận thể (ví dụ gan, hệ thần kinh trung ương, tụy…) trọng nghiên cứu Mặc dù tế bào gốc trưởng thành khơng có khả tương tự ESC việc phát triển thành nhiều loại tế bào khác, có khả chúng tham dự vào q trình tái sinh phận Ví dụ, gần quan sát thấy tế bào gốc số tế bào tủy xương khơng chun biệt hóa thành tế bào hồng cầu, mà thành tế bào gan, cấy vào gan Tuỷ xương chứa tế bào gốc có tiềm chun biệt hố thành xương, sụn tim Hoạt động nghiên cứu liệu pháp dựa vào tế bào gốc giai đoạn sơ khai Các nhà khoa học cịn phải tiếp tục khắc phục số khó khăn KH&CN trước đạt ứng dụng lâm sàng, bao gồm: - Hiểu biết chế điều chỉnh tăng trưởng chuyên biệt hoá tế bào gốc thành mô; - Hạn chế nguy tế bào gốc chuyên biệt hoá thành tế bào ung thư; - Khắc phục chối bỏ hệ miễn dịch phát sinh bệnh nhân nhận tế bào gốc từ thể khác, ESC Nhiều quốc gia, đặc biệt Trung Quốc, Singapo Anh đầu tư mạnh cho nghiên cứu tế bào gốc Nước Mỹ vấn đề liên quan đến trị, tơn giáo đạo đức nên kinh phí Liên bang tài trợ hạn chế cho nghiên cứu ESC 1.2.2 Vật liệu sinh học, phân tử sinh học công nghệ giàn giáo Vật liệu sinh học kỹ thuật mô dùng để hỗ trợ hướng dẫn tăng trưởng tế bào cấu trúc chiều đặc thù, thường gọi “giàn giáo” Một giàn giáo lý tưởng bắt chước chức ma trận ngoại bào (ECM), tức tạo cho tế bào cấu trúc hỗ trợ bao gồm protein, carbohydrat phân tử tín hiệu Hoạt động nghiên cứu trọng vào phát triển vật liệu sinh học có tính chất học cần thiết ( chẳng hạn khả chịu tải, khả phân hủy Mối quan tâm chủ yếu kết hợp phân tử tín hiệu kích hoạt (chẳng hạn protein có chức tác nhân tăng trưởng) vào giàn giáo vật liệu sinh học Nghiên cứu việc dẫn nạp phân tử sinh học chịu ảnh hưởng mạnh phát triển công nghệ véctơ trị liệu gen Khả kết hợp phân tử kích hoạt vào giàn giáo giải phóng có điều khiển tác nhân tăng trưởng cho phù hợp với điều kiện sinh lý khâu then chốt tiến công nghệ Khía cạnh thiết kế cấu trúc giàn giáo có tầm quan trọng khơng để phát triển vật liệu sinh học Một phát triển công nghệ có hứa hẹn đem lại tiến lĩnh vực tạo nguyên mẫu nhanh (Rapid Prototyping) in ba chiều Công nghệ in chiều, với công nghệ chụp cắt lớp hay chụp cộng hưởng từ tạo khả có mơ hình động xác Học viên: Trần Văn Ứng dụng công nghệ sinh học y học phận hệ mạch chúng Một trở ngại kỹ thuật lớn để tái sinh phận mô nhân mao mạch Công nghệ in chiều, với khả lập mơ hình xác hệ thống sinh vật, coi giải pháp đặc biệt hứa hẹn Cơng nghệ Nano sinh học có dấu hiệu giúp khắc phục trở ngại Ví dụ, kỹ thuật chế tạo vi mô giúp vi tiểu hình hố giàn cho kỹ thuật mơ, cho phép kiểm sốt cấp vi mơ bề mặt tế bào cách hiệu để mô tác dụng thành mạch Các polyme sinh học chế tạo với kênh kích thước mao mạch có triển vọng ống dẫn có hiệu để hình thành mạch máu Một ứng dụng trước mắt thay mô động mạch tim bị hư hỏng 1.2.3 Thiết kế kỹ thuật sản xuất Sau khẳng định tính khả thi kỹ thuật để tái sinh mơ, cần phải khắc phục thách thức quan trọng thiết kế kỹ thuật tiến hành việc sản xuất quy mô lớn Các sản phẩm kỹ thuật mơ ni cấy ngồi thể phụ thuộc vào việc phát triển công nghệ thiết bị phản ứng, thiết bị quan trọng để bảo quản tế bào mô trước đưa vào sử dụng lâm sàng Có số vấn đề cần giải sau: - Làm thích ứng cơng nghệ thiết bị phản ứng có để có khả tăng cường tế bào xản suất mô ba chiều quy mô lớn; - Sử dụng thiết bị phản ứng làm thiết bị hỗ trợ phận thể; - Xây dựng chiến lược hỗ trợ lưu thông máu mô tạo; - Phát triển thiết bị phản ứng sinh học mô môi trường sinh lý Cho dù tế bào nuôi cấy ống nghiệm hay thể làm nảy sinh vấn đề phát triển tương lai Người ta quan tâm nhiều đến trường hợp nuôi cấy mô chỗ (In Situ) nhờ tế bào tiêm vào, có ưu điểm không cần phải mô môi trường sinh lý nhân tạo Nếu tế bào phải tạo bên ngồi thể để thành mơ cấy ghép trước hết phải lấy tế bào thích hợp bệnh nhân Nếu tế bào lấy từ thể bệnh nhân cần phải có hệ thống nuôi dưỡng kèm theo Điều đem lại vấn đề luật pháp, đồng thời tốn 1.2.4 Các phận sinh học nhân tạo Sự phát triển phận sinh học nhân tạo thực chất dùng tạm thời thời gian chờ bệnh nhân hồi phục có phủ tạng người hiến-đã có nhiều tiến Các phận sinh học nhân tạo lấy plasma bệnh nhân cần cấy ghép lưu chuyển tế bào bên thể thiết bị phản ứng thông qua tế bào khỏe bệnh nhân Công nghệ coi chiếm vị trí trung gian liệu pháp tế bào tái sinh toàn bộ phận Hiện tại, loại thiết bị gan nhân tạo sử dụng tế bào gan người thiết bị sử dụng tế bào gan lợn q trình thử nghiệm lâm sàng 1.3 Cơng nghệ sinh học hỗ trợ sinh sản 1.3.1 Công nghệ tử cung nhân tạo Sự phát triển công nghệ tử cung nhân tạo (Artificial Womb) giai đoạn sơ khai Nhóm nghiên cứu Mỹ tách lấy tế bào từ thành tử cung ni cấy phịng thí nghiệm Họ sử dụng hoocmơn nhân tố tăng trưởng kỹ thuật nuôi cấy mô Những phôi cấy ghép vào tử cung nhân tạo sống tới 14 ngày Trái lại, nhóm Nhật Bản tách lấy bào thai dê đặt vào túi chất dẻo suốt, chứa nước ối, trì nhiệt độ thể; bào thai sống tới 10 ngày Tử cung nhân tạo mở triển vọng “sinh” hoàn toàn bên thể 1.3.2 Sàng lọc lựa chọn phôi Học viên: Trần Văn Ứng dụng cơng nghệ sinh học y học Chẩn đốn gen trước cấy phôi (PGD) kỹ thuật in vitro (trong ống nghiệm), theo phơi non phân tích để kiểm tra đặc trưng gen nhiễm sắc thể xác định lựa chọn tương ứng để cấy vào thể bệnh nhân PGD lần thực vào năm 1989 áp dụng khoảng 50 bệnh viện khắp giới, phần lớn Mỹ Công nghệ dùng để tránh bệnh di truyền chứng ưa chảy máu (Haemophilia) hội chứng Lesch Nyhan, bất bình thường nhiễm sắc thể bệnh Down Turner Tuy nhiên, trước áp dụng tin cậy đặc trưng bệnh tật phức tạp, cần phải có phát minh quan trọng xoay quanh vấn đề mối quan hệ kiểu gen kiểu hình, nhân tố môi trường số bệnh biểu sinh Công nghệ PGD có nhược điểm, thực lần phôi, điều hạn chế nghiêm trọng tới việc xét nghiệm nhiều đặc trưng Tuy nhiên, kỹ thuật có tên khuếch đại ADN giúp khắc phục nhược điểm Khuếch đại ADN kỹ thuật mới, gần hồn thiện để áp dụng Cuối năm 2002, 331 trẻ em đời với giúp đỡ kỹ thuật lựa chọn tinh trùng Hiện tại, công nghệ giúp tăng khả sinh theo ý muốn, với xác suất 90% gái 75% trai 1.4 Y học Nâng cao Cơng nghệ sinh học cịn áp dụng cho mục đích tăng cường thêm đặc tính khơng thuộc y học Những tiến hiểu biết đặc trưng di truyền phức tạp hoạt động não đem lại tiềm ứng dụng lĩnh vực Hiện nước phát triển lưu hành nhiều loại dược phẩm liên quan đến “lối sống” (“Lifestyle”), nhằm cải thiện diện mạo, không nhằm chữa bệnh Một số xu hướng tạo sở cho phát triển loại dược phẩm bao gồm tình trạng già dân số, gia tăng tuổi thọ điều quan trọng thay đổi quan niệm Trong giới ngày nay, nhiều “hội chứng” liên quan đến tuổi già mà trước coi bình thường, trở nên khó chấp nhận nhiều người họ muốn khắc phục biện pháp can thiệp y tế Ngồi ra, ngành có xu hướng sản xuất loại dược phẩm để tăng cường lực thể chất tinh thần Những tiến công nghệ tiềm diễn lĩnh vực sau : - Ngăn chặn tình trạng lão hoá; - Nâng cao thể lực; - Nâng cao đặc trưng gen: trẻ em thiết kế (Designer Babies), với đặc trưng cần thiết; - Nâng cao khả nhận thức/trí nhớ a Dinh dưỡng Những động lực thúc đẩy hoạt động nghiên cứu lĩnh vực thực phẩm dinh dưỡng bao gồm: (1) Chi phí ngày gia tăng dịch vụ y tế; (2) Tình trạng dân số ngày già đi; (3) Sự gia tăng bệnh liên quan đến lối sống (như béo phì, tiểu đường…) Bên cạnh nhân tố này, nước phát triển có xu hướng vươn tới biện pháp tự chuẩn đốn phịng ngừa cách sử dụng thực phẩm lối sống để trì sức khoẻ quản lý bệnh tật Những lĩnh vực nghiên cứu thực phẩm có tác động quan trọng tới tương lai: - Thiết kế thực phẩm ăn để giảm trọng lượng thể; - Hoàn thiện phương pháp nhận dạng đánh giá thành phần thực phẩm chức giảm bớt nguy bị mắc bệnh mãn tính; - Nâng cao dưỡng chất nơng sản thơng qua GM nhân giống trồng có hỗ trợ phần tử đánh dấu; Học viên: Trần Văn Ứng dụng công nghệ sinh học y học - Đánh giá ảnh hưởng trình chế biến, bảo quản GM giá trị dinh dưỡng thực phẩm; - Phát triển thành phần thực phẩm có tác dụng cải thiện lượng mỡ máu Thực phẩm chức thức ăn bổ dưỡng Hiện có hoạt động nghiên cứu mạnh mẽ toàn cầu để tăng cường hiểu biết hiệu thực phẩm chức thành phần chúng để tối ưu hố tình trạng sức khoẻ phòng ngừa bệnh tật b Dưỡng gen học (Nutrigenetics) Làn sóng thứ hai lĩnh vực y học thích hợp cho cá nhân, sau lĩnh vực Dược gen học (Pharmagenetics) Dưỡng gen học Thực phẩm yếu tố góp phần lớn vào khả bị mắc bệnh mãn tính cấu trúc gen người nhân tố quan trọng cho khả Giữa Dược gen học Dưỡng gen học có mối quan hệ kết với Mục tiêu mơn tương tự nhau: làm cho liệu pháp thích hợp với cá nhân, phịng ngừa quản lý bệnh tật Yếu tố then chốt tạo khác biệt Dưỡng gen học nghiên cứu dưỡng chất là: Dưỡng gen học có nhiệm vụ phân tích so sánh phản ứng cá nhân ăn, vào áp dụng loại thức ăn thích hợp Từ thay mô sang sửa chữa tái sinh Những xu hướng lên Y học tái sinh dấu hiệu cho thấy thay đổi khuôn mẫu, từ chỗ trọng đến việc thay mô sang phương pháp dựa vào sinh học nhiều để sửa chữa tái sinh mô Xu hướng cho thấy tiến tới biện pháp giải phẫu xâm phạp (Invasive) Cũng có xu hướng việc phát triển thiết bị công nghệ thần kinh tái sinh, chẳng hạn chân tay giả điều khiển ý nghĩ thiết bị giúp đỡ người tàn phế Những phát triển bắt đầu làm nhồ ranh giới “người” “máy móc” Từ việc phát triển dược phẩm hoá chất sang dược phẩm sinh học Một xu hướng lên cho thấy thay đổi khn mẫu, từ mơ hình phát triển dược phẩm dạng “bom tấn” hoá chất, dùng chung cho tất cả, sang phát triển chế phẩm sinh học thích hợp cho cá nhân ( chẳng hạn dược phẩm bào chế cho người có kiểu gen ( Genotype ) đặc biệt, liên quan đến bệnh đặc thù ) Từ điều trị sang nâng cao: Các cơng cụ để thực chẩn đốn phân tử ( chip ADN, công nghệ chụp ảnh…) phát triển nhanh Các xu hướng lên phát triển liệu pháp sinh học, dược phẩm thực phẩm thích hợp với cá nhân củng cố vững cơng nghệ chẩn đốn gen Dự đốn cơng nghệ chẩn đốn-kết hợp với, ví dụ, biện pháp trị liệu gen hướng mục tiêu-sẽ đem lại sóng thứ ứng dụng thương mại cho y học hệ gen Sự lên ngành mới, ví dụ ngành phân phối thuốc: Khi Công nghệ sinh học phát triển, lĩnh vực kỹ thuật phức tạp lên, đòi hỏi giải pháp Điều dẫn tới lên ngành công nghiệp để hỗ trợ ứng dụng Sự tăng trưởng ngành phân phối thuốc ví dụ Những liệu pháp, dó sử dụng cấu trúc sinh học kích thước lớn thể đặt thách thức, lên lĩnh vực lớn, nhằm giải vấn đề phân phối chúng cho hiệu Sàng lọc lựa chọn phôi: Một loạt phương pháp xét nghiệm phôi trước đây, chẳng hạn phương pháp chẩn đoán gen trước cấy (PGD) vấp phải trở ngại Những xu hướng cơng nghệ lên tín hiệu cho thấy có nhiều phép thử nghiệm gen phôi đặc trưng di truyền phức tạp, liên quan đến nhiều gen Qua thông tin trên, ta thấy công nghệ sinh học mang lại nhiều giải pháp mông đợi cho y học Các nhà khoa học dự đoán kỉ kỉ bùng nổ công ghệ sinh học Học viên: Trần Văn ... chúng Học viên: Trần Văn Ứng dụng công nghệ sinh học y học Ứng dụng thương mại Gen dược học chip ADN dùng để xét nghiệm enzym then chốt chịu trách nhiệm trình trao đổi chất thuốc Những enzym tìm... nguyên mẫu nhanh (Rapid Prototyping) in ba chiều Công nghệ in chiều, với công nghệ chụp cắt lớp hay chụp cộng hưởng từ tạo khả có mơ hình động xác Học viên: Trần Văn Ứng dụng công nghệ sinh học. .. di truyền mục tiêu hiển nhiên để liệu pháp gen nhằm vào Tuy nhiên, khó khăn lớn n? ?y sinh việc: (1) Nạp gen mục tiêu vào loại tế bào đặc thù Học viên: Trần Văn Ứng dụng công nghệ sinh học y học