Đại dịch Covid-19 đã chứng kiến một bước đột phá chưa từng thấy trong nghiên cứu và phát triển dược phẩm, khi các loại thuốc và vắc-xin được phát triển với thời gian rút ngắn hơn bao giờ hết.
Nhưng các tiến bộ của y học chưa dừng lại ở đó. Mới đây, các nhà khoa học cho biết họ vừa có thêm một công cụ mới giúp tăng tốc độ phát triển vắc-xin và sản phẩm dược phẩm lên hơn 1 triệu lần, trong khi chi phí thì lại được giảm thiểu đến mức tối thiểu.
Nó giống như việc chỉ sử dụng 1 lít nước thay cho cả đại dương và 1 kg vật liệu sinh học thay cho cả dãy Himalaya cộng lại. Với việc tiết kiệm như vậy, phương pháp này được cho là thứ mà mọi công ty công nghệ sinh học đều thèm muốn.
Phòng thí nghiệm thu nhỏ trên một đầu kim
Nếu bạn chưa biết thì để tìm kiếm các dược phẩm như vắc-xin mới, nhà sản xuất thường xuyên phải sàng lọc hàng nghìn phân tử hoá học và sinh học.
Quá trình "quét" này cho phép họ xác định khoảng vài chục ứng viên có tiềm năng, sau đó mới tiến hành tới các thử nghiệm chuyên sâu hơn để tìm ra được loại thuốc lý tưởng trong hàng chục hợp chất đó.
Về cơ bản, nó giống như cách quân đội sàng lọc hàng chục vạn ứng viên của mình, qua từng vòng sơ tuyển và đặc tuyển để tìm ra một siêu chiến binh duy nhất, một "Captain America" hay một "Winter Soldier".
Thật may là trong quân đội, những ứng viên có thể trả lời người tuyển chọn. Với các hợp chất thì khác, chúng không thể lên tiếng.
Do đó, công việc của các kỹ sư hoá sinh là phải tưới các hợp chất này qua hàng ngàn chiếc ống nghiệm, với hàng trăm thí nghiệm khác nhau trước khi biết hợp chất đó có phù hợp để làm thuốc hay không.
Quá trình này không chỉ mất thời gian và công sức, mà còn tiêu tốn rất nhiều loại hoá chất đắt tiền. Bây giờ, một nhóm các nhà khoa học liên ngành ở Đan Mạch đã phát triển được một phương pháp sàng lọc mới được gọi là "phản ứng tổng hợp chất chứa nano lipidic tổ hợp hạt đơn dựa trên phản ứng tổng hợp qua trung gian DNA" – viết tắt là SPARCLD.
SPARCLD cho phép các thí nghiệm hóa sinh có thể diễn ra trên quy mô nano. Cụ thể, hơn 40.000 phân tử hoá học có thể được tổng hợp và phân tích trên một khu vực nhỏ chỉ bằng đầu của một chiếc tăm xỉa răng.
Đúng vậy, bạn không nghe nhầm đâu, là đầu của một chiếc tăm hoặc đầu của một cây kim. Bởi ở kích thước nano, mọi thứ đều vô cùng nhỏ, 1 nm có kích thước bằng 1 phần triệu của 1 mét, hay nhỏ hơn 1 mm 1.000 lần.
Trong phương pháp của các nhà nghiên cứu Đan Mạch, họ sẽ tạo ra những bong bóng nano vô cùng nhỏ, chúng có thể hoạt động thay cho những ống nghiệm thông thường. Với công nghệ nano DNA, nhiều thành phần có thể được trộn lẫn với nhau trong các ống nghiệm siêu nhỏ này, và cho phép các thí nghiệm sàng lọc hợp chất diễn ra trong thế giới nanomet.
"Bởi thể tích rất rất nhỏ, lượng vật liệu tiết kiệm được có thể được ví như thay vì dùng tất cả nước trong các đại dương thì giờ chỉ cần 1 lít, thay vì sử dụng cả một ngọn núi như đỉnh Everest thì giờ chỉ cần 1 kg", Nikos Hatzakis, Phó Giáo sư tại Khoa Hóa học, Đại học Copenhagen, cho biết.
SPARCLD có thể cho ra hàng ngàn kết quả thí nghiệm chỉ trong vòng 7 phút.
Mọi công ty dược phẩm đều khao khát có nó
Như đã nói kỹ thuật SPARCLD được phát triển bởi một nhóm các nhà khoa học liên ngành. Công trình được dẫn dắt bởi phó giáo sư Hatzakis và phó giáo sư Stefan Vogel đến từ Đại học Nam Đan Mạch.
Nó cũng có sự tham gia của hàng chục nhà khoa học khác đến từ nhiều lĩnh vực khác nhau, từ hóa sinh tổng hợp, công nghệ nano, tổng hợp DNA, hóa học tổ hợp và thậm chí cả công nghệ máy học, một nhánh của trí tuệ nhân tạo (AI).
SPARCLD đánh dấu một bước tiết kiệm chưa từng có về công sức, vật liệu cũng như nhân lực và năng lượng. Vì chi phí kinh tế đó, các hãng dược phẩm lớn bây giờ chắc chắn sẽ để ý đến nó.
Mette G. Malle, một ứng viên tiến sĩ tại Đại học Harvard, Hoa Kỳ tham gia vào dự án cho biết: "Bất kỳ bạn đang phát triển, tổng hợp hay đánh giá một loại dược phẩm nào, việc rút ngắn được thời gian, tiết kiệm năng lượng và nhân lực cũng rất quan trọng".
Hơn nữa kết quả mà các thí nghiệm trên SPARCLD cho ra cũng rất nhanh, chỉ mất trung bình khoảng 7 phút. "Chúng tôi nghĩ đây là yếu tố chính để ngành dược phẩm đế mắt và muốn triển khai nó trong thực tế", Malle nói.
Nhưng nhóm nghiên cứu không cho biết cụ thể họ đã được liên lạc bởi công ty dược phẩm nào.
Phó giáo sư Nikos Hatzakis tại Khoa Hóa học, Đại học Copenhagen.
"Chúng tôi phải giữ kín mọi thứ vì chúng tôi không muốn mạo hiểm để người khác xuất bản điều gì đó tương tự trước chúng tôi. Vì vậy, chúng tôi không thể tham gia vào các cuộc trò chuyện với ngành dược phẩm hoặc với các nhà nghiên cứu khác cũng đang mong muốn sử dụng phương pháp này trong các ứng dụng khác nhau của họ", phó giáo sư Hatzakis nhấn mạnh.
Tuy nhiên, ông ấy có thể kể tên một số ứng dụng khả thi: "Tôi cá khá chắc là các nhóm công nghiệp dược và nhóm nghiên cứu học thuật liên quan đến tổng hợp phân tử dài như polyme là những người đầu tiên có khả năng áp dụng phương pháp này".
Theo mô tả của Hatzakis, các công ty muốn tổng hợp phân tử dài sẽ bao gồm những công ty dược làm việc với vắc-xin RNA và các công nghệ sinh học quan trọng như chỉnh sửa gen CRISPR. Đó sẽ là nơi mà SPARCLD tỏ ra có ích trước nhất.
Toàn bộ công trình này đã được đăng trên tạp chí Nature Chemistry.
