Các nhà khoa học tại Trường ĐH Yale đã thách thức ranh giới giữa sự sống và cái chết khi tìm cách hồi sinh các cơ quan nội tạng sau khi tim ngừng đập. Nghiên cứu có thể là bước tiến đột phá cho lĩnh vực y học cấy ghép.

Giành giật từng giây sự sống

Khi nhà thần kinh học Nenad Sestan, Trường Đại học Yale (Mỹ) điều chế hỗn hợp thuốc giúp hồi sinh não lợn bị cắt rời khỏi cơ thể, ông nhận thấy ranh giới giữa sự sống và cái chết không mong manh như tưởng tượng.

Kể từ khi nghiên cứu được công bố trên tạp chí khoa học Nature năm 2019, rất nhiều nhà khoa học từ khắp nơi trên thế giới đã tìm đến Sestan. Họ mong muốn ông có thể thử nghiệm cơ chế này để hồi sinh các bộ phận khác trong cơ thể như thận, tim...

Sestan kể lại: “Tôi là một nhà khoa học thần kinh. Trong những lúc trí tưởng tượng đi xa nhất, tôi cũng chưa từng nghĩ rằng mình sẽ nghiên cứu về thận, tim hay một cơ quan nội tạng khác ngoài não. Nhưng sự thiếu hụt cơ quan cấy ghép nội tạng đã thúc đẩy tôi cùng nhóm nghiên cứu”.

Riêng tại Mỹ, hàng năm hơn 6 nghìn bệnh nhân qua đời khi chờ ghép nội tạng và hơn 700 nghìn người chết vì các bệnh liên quan đến nội tạng.

Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) ước tính chỉ 10% số người trên toàn thế giới cần ghép tạng có thể đạt được mục đích. Tuy nhiên, hàng nghìn nội tạng được hiến tặng mỗi năm lại không thể sử dụng vì không được bảo quản ngay lập tức.

Đơn cử, vào năm 2012, tại Mỹ, gần 2.500 quả tim và hơn 1.600 lá phổi được cấy ghép thành công. Nhưng có đến gần 6.000 quả tim và hơn 6.500 lá phổi của người hiến tặng bị lãng phí.

Theo Sestan, sau khi tim ngừng hoạt động, các cơ quan trong cơ thể phải được bảo quản ngay lập tức để cấy ghép. Vì lý do này, hầu hết những người hiến tạng chết não được hỗ trợ kéo dài sự sống. Khi sự hỗ trợ kết thúc, các cơ quan thường được bảo quản bằng cách đặt trong thùng đá nhưng điều đó vẫn làm chậm quá trình trao đổi chất và hủy hoại tế bào.

Nghiên cứu của Sestan và các cộng sự giúp giành giật từng giây để nội tạng duy trì hoạt động cho đến khi được cấy ghép. Điều này có thể mở rộng cơ hội sử dụng các cơ quan được hiến tặng vì thời gian là nguồn tài nguyên quý giá nhất trong y học cấy ghép.

Cuối cùng sau gần 3 năm, nhóm của Sestan đã tìm ra phương pháp hồi sinh nhiều cơ quan trong cơ thể như tim, gan, não và thận ngay cả khi vật chủ đã qua đời một giờ đồng hồ và thi thể chưa được làm lạnh. Nghiên cứu được công bố vào tháng 8 trên tạp chí khoa học Nature.

Trong thực tế, khi tim ngừng bơm máu đi khắp cơ thể, não cùng các cơ quan khác không dừng hoạt động ngay lập tức. Các cơ quan phát triển nhờ hàng nghìn trạm năng lượng nhỏ bên trong mỗi tế bào, gọi là ty thể, giúp chuyển hóa thức ăn thành năng lượng rồi cung cấp năng lượng cho các hoạt động thiết yếu. Nhưng khi dòng máu ngừng chảy, được gọi là quá trình thiếu máu cục bộ, sự cân bằng này sẽ thay đổi.

Khi mức năng lượng trong cơ thể liên tục giảm mạnh, các tế bào liên tục thải ra canxi và natri để duy trì hoạt động. Tuy nhiên, do ty thể không thể tạo thêm năng lượng cho quá trình này, các tế bào sẽ ngừng hoạt động. Canxi, natri và nước sẽ tràn vào các cơ quan trong cơ thể.

Canxi tăng lên sẽ kích hoạt các enzym phá vỡ DNA và phá hủy các ty thể. Quá trình này gọi là Apoptosis, hay chết tế bào theo chương trình, bao gồm một chuỗi các bước dẫn đến việc tế bào tự hủy diệt (tự sát). Trong khi các phân tử như hydrogen peroxide, superoxide... làm vỡ màng tế bào.

Thời điểm này, nếu làm hô hấp nhân tạo sẽ gây ra làn sóng phá hủy thứ hai, tàn khốc hơn. Đó là mạch máu bị rò rỉ, mô sưng lên và tế bào chết nhanh hơn.

Các nhà nghiên cứu so sánh hiện tượng này với sự đổ nát do động đất, sau đó là sóng thần. Để chống lại quá trình này, nhóm của Sestan đã tìm cách kiểm soát mạch máu và oxy truyền đi khắp cơ thể dù tim đã ngừng bơm máu.

Nhà thần kinh học Nenad Sestan, tác giả chính của nghiên cứu.

Điều chế hỗn hợp

Trong thử nghiệm khoa học, nhóm của Sestan đã gây ngừng tim ở lợn và giữ nguyên xác trên bàn mổ ở nhiệt độ phòng trong một giờ. Sở dĩ họ chọn loài vật này vì cơ quan nội tạng của chúng có nhiều điểm tương đồng về kích thước với con người.

Sau một giờ trôi qua, các nhà nghiên cứu gắn ống truyền tĩnh mạch vào thi thể con lợn và truyền dung dịch OrganEx vào hệ tuần hoàn. Dung dịch này là một hỗn hợp do nhóm của Sestan điều chế, chứa axit amin, vitamin, chất chuyển hóa, hỗn hợp thuốc gồm 13 hợp chất khác nhau... để tăng cường sức khỏe tế bào, giảm căng thẳng, ngăn chặn viêm nhiễm...

Dung dịch này còn trộn với máu của chính con vật và được truyền vào cơ thể trong 6 giờ với sự hỗ trợ của một thiết bị y tế, tương tự như thiết bị tim phổi ECMO. Thiết bị này có các máy bơm đặc biệt để đưa OrganEx đi khắp cơ thể và bộ phận lọc máu để lọc chất độc, các cảm biến để theo dõi áp suất và lưu lượng chất lỏng...

Với một ủy ban cố vấn và chuyên gia theo dõi, các thí nghiệm tuân thủ các tiêu chuẩn đối xử nhân đạo với động vật. Những con vật được gây mê và tiêm thuốc ức chế thần kinh để ngăn chúng tỉnh lại.

Kết quả kiểm tra các lát cắt não, tim, gan và thận được xử lý bằng OrganEx dưới kính hiển vi cho thấy chúng giống mô khỏe mạnh hơn là mô phân hủy. Các cơ quan của lợn được điều trị bằng OrganEx đã khôi phục lại các chức năng cơ bản và duy trì cấu trúc tế bào, đồng thời ngăn chặn quá trình chết của tế bào. Ngoài ra, các tế bào tim bắt đầu đập và các tế bào gan tiếp tục hoạt động.

Tuy nhiên, trái tim khỏe mạnh ở mức độ nào vẫn còn cần nghiên cứu nhiều hơn. Nhưng nhìn chung, nghiên cứu mới đã tìm ra giải pháp giúp bảo quản và hồi sinh các cơ quan trong cơ thể sau khi bệnh nhân qua đời. Từ đó, nghiên cứu mở ra bước tiến cho lĩnh vực y học cấy ghép.