Cùng tìm hiểu về máu nhân tạo - sự sống nằm trong bàn tay con người

Các bác sĩ và các nhà khoa học đã chế tạo ra rất nhiều cơ quan nhân tạo có thể thay thể cho các bộ phận cơ thể người vì lý do nào đó không thể hoạt động bình thường. Ví dụ như về cơ bản trái tim có cấu tạo giống như một máy bơm nên trái tim nhân tạo là một máy bơm giúp máu được đưa tới các nơi trong cơ thể. Tương tự như vậy, khớp gối thay thế là gối đỡ bằng kim loại và nhựa dùng cho khớp xương và sụn. Chân tay giả ngày càng có cầu trúc phức tạp, nhưng chức năng cơ bản cơ vẫn là thực hiện các hoạt động hàng ngày của tay và chân.

 

 

Tuy nhiên khi nói về máu nhân tạo, nhiều người cảm thấy khó có thể tưởng tượng nổi. Một lý do có thể kể đến là hầu hết mọi người cho rằng máu không đơn thuần chỉ là các mô liên kết mang oxy và chất dinh dưỡng. Thay vào đó, máu là đại diện cho cuộc sống. Nhiều nền văn hóa và các tôn giáo đề cao máu với ý nghĩa đặc biệt, và tầm quan trọng của nó thậm chí còn ảnh hưởng đến ngôn ngữ nói hàng ngày. Những cụm từ như “dòng máu”, “máu mủ ruột rà” hay “sôi máu”, “máu lạnh”… rất phổ biến trong nhiều ngôn ngữ, kể cả các ngôn ngữ không hề có liên quan đến nhau như tiếng Việt hay tiếng Anh chẳng hạn.

 

Lý do giải thích cho hiện tượng đó là máu mang ý nghĩa cao cả và tốt đẹp. Máu vô cùng thiết yếu đối với sự tồn tại của các loài vật có xương sống, kể cả con người. Máu mang oxy từ phổi đến tất cả các tế bào trong cơ thể và hấp thụ carbon dioxide mang trở lại phổi để đưa ngoài môi trường qua hô hấp. Máu còn cung cấp các chất dinh dưỡng từ hệ thống tiêu hóa và các kích thích tố từ hệ thống nội tiết tới các bộ phận của cơ thể. Nó đi qua thận và gan, loại bỏ và phá vỡ các chất thải và độc tố. Các tế bào miễn dịch trong máu giúp chúng ta ngăn chặn và chống lại các virus gây bệnh và nhiễm trùng. Các cục máu đông giúp ngăn ngừa tử vong do mất máu từ vết cắt nhỏ và xây xát.

 

 

Máu có hai thành phần chính – huyết tương và thành phần hữu hình. Các chất dinh dưỡng , hormone và chất thải mà máu vận chuyển đi khắp cơ thể được hòa tan trong huyết tương. Các thành phần hữu hình, là các tế bào và các bộ phận của các tế bào nằm trôi nổi trong huyết tương. Các thành phần hữu hình bao gồm tế bào bạch cầu,  một phần của hệ thống miễn dịch, và tiểu cầu -  đóng vai trò giúp máu đông lại khi ra khỏi cơ thể. Các tế bào hồng cầu đảm bảo chức năng quan trọng nhất của máu là vận chuyển oxy và carbon dioxide.

 

 

Số lượng hồng cầu trong máu rất nhiều, chiếm hơn 90% trong thành phần hữu hình. Tế bào hồng cầu có hình dạng như một đĩa lõm trên cả hai mặt, với diện tích bề mặt lớn giúp cho sự hấp thụ và giải phóng oxy tốt hơn. Lớp vỏ màng của tế bào hồng cầu là rất mong manh và không hề có nhân nên có thể dễ dàng đi qua các mao mạch nhỏ.

 

Tế bào hồng cầu không có nhân cũng tạo ra nhiều không gian hơn cho hemoglobin (Hb), một phân tử phức hợp vận chuyển oxy. Như vậy sẽ vận chuyển được nhiều oxi hơn. Hb cấu tạo từ thành phần protein có tên globin và bốn sắc tố gọi là hemes. Hemes sử dụng sắt để liên kết với oxy. Bên trong mỗi tế bào hồng cầu là khoảng 280 triệu phân tử hemoglobin.

 

Các tế bào miễn dịch, chất dinh dưỡng và protein trong máu đóng vai trò quan trọng để nuôi dưỡng và bảo vệ cơ thể nhưng nếu bạn bị mất nhiều máu, cơ thể sẽ thiếu hụt hệ thống vận chuyển oxy. Điều tối quan trọng lúc này là cần biết các tế bào của bạn đang nhận được đủ oxy hay chưa. Trong tình huống khẩn cấp, các bác sĩ thường sẽ truyền cho bệnh nhân dung dịch làm tăng thể tích  như nước muối, để bù đắp cho lượng máu bị mất đi. Điều này sẽ giúp khôi phục lại huyết áp bình thường và cho phép các tế bào hồng cầu còn lại tiếp tục vận chuyển oxy. Đôi khi, đây là biện pháp khá hữu ích cho tới khi các tế bào máu mới và thành phần khác  được sản sinh thêm. Nếu không, các bác sĩ có thể truyền máu để thay thế lượng  máu bị mất. Truyền máu là giải pháp phổ biến nhất được thực hiện khi tiến hành phẫu thuật. Tuy nhiên có một số thách thức có thể làm cho người bệnh không nhận đủ máu và đúng máu họ cần:

 

 

- Máu người cần lưu giữ ở nhiệt độ thấp trong tối đa 42 ngày. Điều này làm cho việc truyền máu trên xe cứu thương hoặc trên chiến trường trở nên khó khả thi. Một mình dung dịch làm tăng thể tích không đủ để giữ cho một bệnh nhân bị mất máu sống tới khi tới kịp bệnh viện.

 

- Các bác sĩ phải đảm bảo máu là đúng loại A, B, AB hoặc O - trước khi truyền cho bệnh nhân. Nếu bệnh nhân nhận loại máu không phù hợp, họ hoàn toàn có thể tử vong.

 

- Số lượng người cần máu tăng nhanh hơn số lượng người hiến máu.

 

- virus HIV và viêm gan siêu vi có thể gây nhiễm độc nguồn cung máu, mặc dù phương pháp thử nghiệm cải tiến đã giúp hạn chế phần nào tình trạng “máu bẩn” ở nhiều nước phát triển.

 

Những tồn tại nói trên lại chính là điểm mạnh của máu nhân tạo. Máu nhân tạo không đảm nhiệm tất cả các chức năng của máu thật - đôi khi nó thậm chí còn không thể thay thế được lượng máu bị mất. Thay vào đó, máu nhân tạo giúp vận chuyển oxy trong các tình huống mà các tế bào hồng cầu không thể thực hiện được. Vì lý do này, máu nhân tạo thường được gọi là liệu pháp oxy. Không giống như máu thật, máu nhân tạo được khử trùng để loại bỏ vi khuẩn và virus gây bệnh. Các bác sĩ có thể truyền cho bệnh nhân mà không cần quan tâm tới nhóm máu loại nào. Nhiều loại máu nhân tạo hiện nay có thời gian sử dụng hơn một năm và không cần phải được làm lạnh, khiến máu nhân tạo rất lý tưởng để sử dụng trong những trường hợp khẩn cấp và trên chiến trường. Vì vậy, mặc dù không thể hoàn toàn thay thế được cho máu người, máu nhân tạo vẫn là một phát minh tuyệt vời.

 

 

Trước đây, hầu hết các nỗ lực tạo máu nhân tạo đều đi đến thất bại. Trong thế kỷ 19, các bác sĩ đã tiến hành truyền cho bệnh nhân máu động vật, sữa, dầu và các chất lỏng khác bằng cách tiêm vào tĩnh mạch nhưng đều không thành công. Ngay cả khi nhóm máu được phát hiện vào năm 1901, các nhà khoa học vẫn không hề dừng lại. Thế chiến I, II và những phát hiện về virus viêm gan và virus gây suy giảm miễn dịch ở người (HIV) càng khiến nhân loại nỗ lực hơn trong việc tìm kiếm giải pháp thay thế máu người.

 

 

Các công ty dược phẩm đã phát triển một vài loại máu nhân tạo trong những năm 1980 và 1990, nhưng nhiều nghiên cứu đã bị bỏ dở giữa chừng sau hàng loạt cơn đau tim, đột quỵ và tử vong xảy ra khi tiến hành các thử nghiệm trên người. Một số công thức đầu tiên đã làm cho các mao mạch máu bị vỡ và huyết áp tăng vọt. Tuy nhiên, một số nghiên cứu về sau đã cho ra đời máu nhân tạo thay thế cho máu người,  được chia thành 2 nhóm –  một nhóm làm từ perflourocarbons (PFC) - có đặc tính bắt giữ oxy ở môi trường giàu oxy và nhả oxy ở môi trường nghèo oxy (giống hemoglobine) và chất vận chuyển oxy dựa trên hemoblogin (HBOC). Một số sản phẩm thuộc 2 nhóm kể trên đang tiến gần đến giai đoạn kết thúc thử nghiệm và sẽ sớm được đưa tới sử dụng tại các trung tâm y tế. Trong khi đó có một số sản phẩm khác đã được đưa vào sử dụng. Ví dụ, một loại HBOC - Hemopure hiện đang được sử dụng tại các bệnh viện ở Nam Phi, nơi sự lây lan của HIV đang đe dọa nguồn cung cấp máu. Hay Oxygent -  thuộc nhóm PFC đang trong giai đoạn thử nghiệm cuối cùng trên người ở châu Âu và Bắc Mỹ.

 

 

Hai loại máu nhân tạo nói trên tuy khác nhau về cấu trúc hóa học, nhưng cả hai đều hoạt động chủ yếu dựa trên nguyên tắc khuếch tán thụ động. Khuếch tán thụ động là di chuyển từ khu vực có nồng độ lớn hơn tới nơi có nồng độ thấp hơn cho đến khi đạt đến trạng thái cân bằng. Trong cơ thể con người, di chuyển oxy từ phổi (nồng độ cao) tới máu (nơi có nồng độ thấp hơn). Sau đó, một khi máu đã đến các mao mạch, oxy di chuyển từ máu (nồng độ cao hơn) đến các mô (nơi có nồng độ thấp hơn).

 

 

HBOC trông khá giống máu thật.  HBOC có màu đỏ sẫm hoặc đỏ tía và được làm ra từ hemoglobin đã được tiệt trùng, từ nhiều nguồn khác nhau: