Từ ếch đóng băng tới tiến bộ cấy ghép nội tạng người

Theo lời giải thích của chuyên gia sinh học Jack Layne thuộc ĐH Pennsylvania (Mỹ), 2/3 nước trong cơ thể ếch gỗ (tên khoa học là Rana sylvatica)đóng băng suốt thời gian ngủ đông. Tim của nó ngừng đập và quá trình hô hấp dừng lại như thể ếch đã chết. Trên thực tế, cơ chể chuyển hóa của chúng chậm lại, thân nhiệt giảm xuống còn âm 6 ^oC và âm 1 ^oC. Đến lúc này, tim và não ngừng mọi chức năng. Các chuyên gia nghiên cứu ếch đóng băng tin rằng chúng có được khả năng chịu đông lạnh cách đây chừng 15.000 năm, trong suốt thời kỳ băng hà.

Từ bí quyết chịu đông lạnh của ếch...

Khả năng chịu đông lạnh giúp ếch gỗ sống trong những điều kiện khí hậu khắc nghiệt ở Bắc Cực. Tuy nhiên, cũng có thể tìm thấy chúng ở Mỹ. Loài lưỡng cư này không thể sống sót nếu thân nhiệt của chúng giảm xuống dưới âm 6 ^oC. Thật may là sự dày đặc của tuyết và các chất cách ly khác giữ cho thân nhiệt của ếch không bao giờ giảm quá ngưỡng trên trong suốt thời kỳ ngủ đông. Yếu tố quan trọng đối với sự sống còn của ếch gỗ là một chất chống đông tự nhiên, ngăn các tế bào ếch mất nước quá mức trong quá trình đông lạnh.

Trong suốt tiến trình đông lạnh, khoảng 2/3 nước trong cơ thể ếch đóng băng. Phần còn lại, bao gồm cả nước bên trong tế bào, vẫn ở dạng lỏng. Gluco do gan ếch tạo ra hạ thấp điểm đóng băng của mô, tương tự amoniăc hạ thấp nhiệt độ đóng băng của chất lau kính chắn gió trên xe ôtô. Gluco hạn chế hình thành băng trong cơ thể và liên kết các phân tử bên trong tế bào ếch gỗ. Điều này giúp ngăn chặn tổn thương khi tế bào co lại.

Trong số ra gần đây trên tạp chí Discover,Boris Rubinsky (ĐH Califonia) đã công bố các bức ảnh về ếch gỗ đóng băng. Mặt cắt của gan ếch cho thấy nước vẫn còn trong tế bào. Ngoài ra, Rubinsky còn sử dụng hình ảnh cộng hưởng từ để nghiên cứu ếch. Bằng cách này, ông có thể quan sát toàn bộ tiến trình đông lạnh của một động vật sống khi nó xảy ra trong tự nhiên. Quá trình tan băng bắt đầu từ trong ra ngoài. Tim bắt đầu tan băng trước tiên rồi tới não và sau cùng là các chi. Trong tự nhiên và phòng thí nghiệm, tiến trình tan băng xảy ra trong vài giờ. Khi hoàn tất, ếch bắt đầu tái khởi động tim và nhảy nhót bình thường.

Khả năng trên của ếch là khác thường, song không phải là độc nhất vô nhị. Có một số loài côn trùng khác mà hầu hết chất dịch trong cơ thể chúng cũng đóng băng. Theo chuyên gia sinh học Layne, có 6 loài ếch Bắc Mỹ, một loài thằn lằn châu Âu và một nhóm rùa Bắc Mỹ cũng có khả năng đóng băng nhanh. Ông cho rằng cũng có thể phát hiện khả năng này ở một số động vật tại khu vực châu Á.

Các động vật khác sử dụng nhiều cơ chế để đối phó với giá lạnh, từ ngủ đông cho tới di cư. Vậy tại sao ếch lại đóng băng? Layne tin rằng đối với ếch gỗ, đóng băng có liên quan tới chiến lược sinh sản. Phần lớn các loài chịu được đông lạnh thích sinh sản vào đầu mùa xuân. Chúng đẻ trứng trong ao hình thành từ tuyết tan chảy. ếch gỗ phải nhanh chóng chiếm lĩnh những ao này, bởi ao sẽ khô cạn trong mùa hè và cơ hội sinh sản không còn. Các loài ếch ngủ đông sâu song không đóng băng phải mất nhiều thời gian hơn để thoát khỏi quá trình ngủ đông.

Đến đông lạnh con người

Nhiều nhà khoa học đặt vấn đề, liệu con người có thể khai thác khả năng chịu đông lạnh của ếch gỗ hay không? Theo lời giải thích của Jon Costanzo thuộc ĐH Miami , ếch và rùa là động vật có xương sống, có nhiều điểm chung với động vật có vú, chẳng hạn cấu trúc mô cũng như cơ quan. Vậy nếu như ếch có thể chịu được đóng băng mọi cơ quan của nó cùng một lúc, liệu chúng ta có thể áp dụng cơ chế đó cho người? Một tiềm năng ứng dụng mà Rubinsky và các nhà nghiên cứu khác quan tâm chính là lĩnh vực cấy ghép nội tạng. Hiện có khoảng 50.000 người Mỹ chờ cấy ghép tim, song chỉ thỏa mãn được 3.000 người. Trong trường hợp cấy ghép tim người, bác sỹ chỉ có 5-6 giờ từ lúc tim được lấy ra khỏi cơ thể người hiến tặng cho tới khi cấy nó vào cơ thể bệnh nhân.

Hạn chế trên làm cho bác sỹ không thể tiến hành nhiều ca cấy ghép, đặc biệt là khi người nhận ở cách xa người hiến tặng. Làm chậm quá trình chuyển hóa của cơ quan hiến tặng thông qua kỹ thuật đông lạnh giống của ếch có thể là một giải pháp. Chẳng hạn kéo dài thời gian từ 6 tiếng lên 24 tiếng có thể giúp nhiều người được ghép tạng. Rubinsky đã gặt hái được một số thành công. Năm 1999, ông và cộng sự đã bảo quản gan chuột trong tình trạng đóng băng từng phần rồi làm tan băng và cấy vào cơ thể chuột nhận. Một trong những con chuột được cấy ghép sống sót trong năm ngày. Gần đây hơn, Rubinsky và cộng sự thuộc Trung tâm y tế Sheba (Ixraen) đã đạt được nhiều tiến bộ trong việc đóng băng tim chuột. Tuy nhiên, con đường phía trước vẫn còn nhiều chông gai khi ứng dụng kỹ thuật trên cho người.

Theo nhà nghiên cứu Costanzo thuộc ĐH Miami , giới nghiên cứu vẫn chưa đạt được nhiều tiến bộ với các cấu trúc phức tạp hơn. Ông tin rằng khoa học sẽ thu được nhiều ích lợi bằng cách bắt chước giống tự nhiên nhiều hơn nữa. Trong quá khứ, các kỹ thuật rất khác biệt với những điều động vật đang làm. Cách đây 50 năm, chẳng ai ngờ sẽ có chất bảo quản mô đông lạnh dành cho phôi thai và tinh trùng. Do vậy, nghiên cứu tương lai có thể dẫn tới nhiều ứng dụng hữu ích, chẳng hạn như phục hồi dòng máu sau khi bị tắc nghẽn. Một số người cũng quan tâm tới ếch và thắc mắc liệu có thể bảo tồn sự sống cho con người bằng cách đông lạnh toàn bộ cơ thể của người hay không. Hiện chưa ai nói là không, song chắc chắn phải mất một thời gian dài.

Nguồn: KH&ĐS số 26 (1744), ngày 01/4/2005