Biến không gian thành nhà máy y sinh: Hành trình đưa thử nghiệm mô tim và võng mạc lên quỹ đạo

Trong lịch sử chinh phục không gian, Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) từng được xem là đỉnh cao của kỹ thuật cơ khí và vật lý thiên văn. Tuy nhiên, qua hơn một phần tư thế kỷ vận hành, tiền đồn này đang chuyển mình thành một phòng thí nghiệm y sinh đặc biệt. Sự xuất hiện của các chuyến hàng tiếp tế công nghiệp, tiêu biểu như sứ mệnh SpaceX SpX-35 do NASA phối hợp triển khai, đã đánh dấu mốc quan trọng cho xu hướng sản xuất y sinh ngoài Trái Đất. Tại đây, môi trường vi trọng lực cung cấp điều kiện vật lý lý tưởng mà các phòng thí nghiệm dưới mặt đất không thể tạo ra, giúp giải quyết triệt để rào cản lắng đọng vật liệu để chế tạo các cấu trúc sinh học tinh vi như võng mạc nhân tạo hay mô tim ba chiều. [1]

Cột mốc một phần tư thế kỷ nghiên cứu ngoài Trái Đất

Hành trình đưa các thí nghiệm sinh học lên quỹ đạo không diễn ra trong một sớm một chiều. Trong hơn 25 năm qua, Trạm Vũ trụ Quốc tế đã đón nhận sự hợp tác từ các nhà khoa học thuộc hơn 110 quốc gia, thực hiện thành công hơn 4.000 thí nghiệm trong môi trường vi trọng lực. Những nghiên cứu này không chỉ chuẩn bị cho các chuyến bay dài ngày tới Mặt Trăng trong chương trình Artemis hay xa hơn là Sao Hỏa, mà còn đem lại nhiều ứng dụng thiết thực cho y học mặt đất. [1]

Trong chuyến hàng tiếp tế SpX-35, tàu vũ trụ Dragon của SpaceX được phóng lên bằng tên lửa Falcon 9 từ Bệ phóng 40 tại Trạm Lực lượng Vũ trụ Mũi Canaveral ở Florida. Sau khi rời mặt đất mang theo hơn 2.800 kg (tương đương hơn 6.300 pound) hàng hóa và thiết bị, con tàu sẽ tự động ghép nối vào cổng hướng ra không gian của phân đoạn Harmony trên trạm. Sự kiện này tiếp nối truyền thống đưa các thiết bị phân tích hiện đại nhất lên quỹ đạo để khai thác các đặc tính vật lý độc đáo của môi trường không trọng lực. [1]

Công nghệ chế tạo võng mạc nhân tạo từng lớp mỏng

Một trong những trọng tâm y sinh của chuyến hàng này là thí nghiệm LambdaVision-1, tập trung vào việc sản xuất võng mạc nhân tạo trong môi trường vi trọng lực. Dưới tác động của trọng lực Trái Đất, quá trình lắng đọng các phân tử sinh học khi tạo màng mỏng thường bị biến dạng hoặc phân bố không đều do hiện tượng chìm đọng tự nhiên. Điều này làm giảm chất lượng và độ ổn định của các mảnh ghép thị giác. [1]

Trái lại, môi trường vi trọng lực làm giảm đáng kể sự lắng đọng vật liệu, cho phép các nhà khoa học xếp chồng từng lớp mỏng cực kỳ đồng đều và vững chắc. Những tấm võng mạc nhân tạo được chế tạo trên quỹ đạo có tiềm năng phục hồi thị lực cho các bệnh nhân mắc các bệnh võng mạc nan y hiện chưa có phương pháp điều trị dứt điểm trên Trái Đất. Đây là bước tiến quan trọng minh chứng cho việc dùng không gian làm môi trường sản xuất thiết bị y tế cao cấp. [1]

Nuôi dưỡng mô tim 3D và mạng lưới mạch máu phức tạp

Bên cạnh thiết bị hỗ trợ thị giác, thí nghiệm Stellar Spheroids lại mở ra hướng đi mới cho việc nuôi trồng mô cơ quan. Nghiên cứu này đánh giá ảnh hưởng của vi trọng lực lên sự phát triển và chức năng của các mô hình mô tim người ba chiều. Trên Trái Đất, việc nuôi cấu trúc tế bào 3D gặp khó khăn do tế bào có xu hướng sụp đổ dưới trọng lượng của chính mình nếu không có bộ khung nhân tạo phức tạp. [1]

Trên không gian, môi trường lơ lửng tạo điều kiện cho các tế bào tim phát triển tự nhiên hơn, giúp các nhà nghiên cứu đánh giá liệu vi trọng lực có cải thiện việc hình thành các mạng lưới mạch máu tiên tiến hay không. Kết quả từ Stellar Spheroids kỳ vọng hỗ trợ tạo ra các mô hình mô tim thực tế hơn phục vụ nghiên cứu bệnh lý, đồng thời thử nghiệm thuốc trên quy mô lớn hơn cho các chuyến bay vũ trụ tương lai. [1]

Bối cảnh đa dạng: Từ giải phẫu não đến vật liệu kính thế hệ mới

Không chỉ dừng lại ở tim và mắt, hành trình nghiên cứu y sinh và vật liệu trên trạm vũ trụ còn mở rộng sang các cấu trúc thần kinh phức tạp. Thí nghiệm MINDS sử dụng các khối cơ quan não nhỏ (brain organoids) để hiểu rõ hơn về tình trạng viêm liên quan đến các bệnh thoái hóa thần kinh. Bằng cách kết hợp tế bào từ nhiều người trong mô hình tổ hợp organoid, nghiên cứu phản ánh chính xác sự đa dạng của bệnh nhân, từ đó tìm kiếm các mục tiêu điều trị mới cho Alzheimer, Parkinson và xơ cứng rải rác. [1]

Song song với y học, môi trường quỹ đạo còn giúp hoàn thiện công nghệ vật liệu thông qua thí nghiệm ELF-Unconventional Glass 2. Nghiên cứu quan sát hành vi của thủy tinh nóng chảy làm từ các nguyên tố phi truyền thống trong điều kiện vi trọng lực. Các mẫu thủy tinh rắn sau khi thu hồi về Trái Đất sẽ phục vụ phân tích chi tiết, hướng tới tạo ra vật liệu kính có độ bền cao hơn, đặc tính quang học cải tiến để ứng dụng cho tàu vũ trụ và nhà ở trên không gian. [1]

Vòng tuần hoàn giữa quỹ đạo và Trái Đất

Sau khi tàu Dragon cập bến dưới sự giám sát của các phi hành gia NASA như Anil Menon và Jessica Watkins, con tàu sẽ neo đậu tại trạm khoảng một tháng trước khi trở về Trái Đất. Chuyến trở về không chỉ mang theo dữ liệu và mẫu sinh học từ các thí nghiệm y sinh mà còn chở theo các linh kiện kỹ thuật quan trọng như khớp nối hỏng của cánh tay robot Canadarm2 hay bộ đồ vũ trụ cần đại tu trên mặt đất. [1]

Hành trình khép lại bằng cú đáp xuống Thái Bình Dương, mang về các mẫu vật vô giá cho các đội ngũ nghiên cứu mặt đất. Những kết quả thu được từ võng mạc nhân tạo LambdaVision-1 hay mô tim Stellar Spheroids cho thấy môi trường ngoài không gian không còn là nơi xa xôi chỉ dành cho khám phá thiên văn, mà đã trở thành một phần gắn liền với sự phát triển của y học hiện đại. [1]