Công nghệ thay thế thử nghiệm trên động vật gần chín muồi, nhưng rào cản lớn nhất nằm ở thói quen khoa học

Trong gần hai thập kỷ kể từ mô hình phổi trên chip đầu tiên, các phương pháp thay thế động vật thí nghiệm đã tiến bộ vượt bậc và bắt đầu được cơ quan quản lý chấp nhận. Nhưng theo nhiều nhà khoa học, vấn đề mấu chốt hiện nay không còn là kỹ thuật, mà là quản lý thay đổi — từ quy trình kiểm định đến văn hóa nghiên cứu.

Một thiết bị chip sinh học trong suốt với các kênh vi lưu bên trong

Từ một chiếc chip biết "thở" đến áp lực từ cơ quan quản lý

Năm 2009, nhà sinh học tế bào Donald Ingber cùng đồng nghiệp tại Viện Wyss thuộc Đại học Harvard gửi bài báo tới tạp chí Science về mô hình phổi người nhân tạo. Thiết bị nhỏ hơn một chiếc USB, làm bằng tấm polymer trong suốt chứa các kênh hẹp được phủ tế bào phế nang và mạch máu. Khi không khí được bơm vào các buồng rỗng bên cạnh, thiết bị co giãn nhịp nhàng — nó "thở".

Ban biên tập Science vẫn do dự và đề nghị nhóm chạy thêm thí nghiệm trên chuột. Một năm sau, nghiên cứu mới được đăng tải và đến nay đã được trích dẫn gần 5.400 lần. Sự việc phản ánh thực tế: mô hình động vật từ lâu là mặc định của nghiên cứu y sinh hiện đại.

Gần đây, câu chuyện đã đổi chiều. Theo Ilka Maschmeyer, nhà nghiên cứu độc chất học chuyển dịch tại công ty công nghệ sinh học Đức TissUse, một hãng dược phẩm từng bị Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ (FDA) từ chối cấp phép thử nghiệm lâm sàng vì chỉ cung cấp dữ liệu từ động vật — FDA yêu cầu dữ liệu từ organ-on-a-chip hoặc phương pháp tương đương.

"Điều này vẫn còn hiếm, nhưng tôi nghĩ nó sẽ ngày càng phổ biến hơn."

NAMs là gì và vì sao chúng quan trọng?

Các phương pháp thay thế được gọi chung là NAMs — tùy ngữ cảnh là new approach methodologies, novel alternative methods hay nonanimal methods. Chúng bao gồm:

• Organoid: cấu trúc mô nuôi cấy mô phỏng cấu trúc, thành phần và chức năng cơ quan người
• Organ-on-a-chip: hệ vi lưu tái tạo phổi, tim, gan, thận, thậm chí nhau thai trên chip
• Hệ đa cơ quan: liên kết tới 10 cơ quan trên chip để mô phỏng sinh lý người
• Mô phỏng máy tính và trí tuệ nhân tạo phân tích dữ liệu, dẫn dắt vòng lặp thí nghiệm

Động lực không chỉ là đạo đức. Khoảng 92% thuốc vào thử nghiệm lâm sàng tại Mỹ không được phê duyệt, thường vì không hiệu quả hoặc không an toàn theo cách mô hình động vật không dự đoán được. Tỷ lệ thất bại còn cao hơn với thuốc tim mạch, ung thư và bệnh thần kinh.

Bước ngoặt chính sách

Năm 2022, Đạo luật Hiện đại hóa FDA 2.0 chính thức cho phép dùng NAMs trong nghiên cứu tiền lâm sàng. Năm 2025, FDA cam kết biến thử nghiệm động vật thành "ngoại lệ thay vì chuẩn mực". Tháng 9/2026, cơ quan này ban hành quy định thay cụm từ "thử nghiệm động vật" bằng "thử nghiệm phi lâm sàng" — mở đường rõ ràng cho tế bào người, chip cơ quan và mô hình máy tính.

Song song, Viện Y tế Quốc gia Mỹ (NIH) yêu cầu hồ sơ xin tài trợ nghiên cứu động vật phải tích hợp nghiên cứu phi động vật. Ủy ban châu Âu và Anh công bố lộ trình loại bỏ dần thử nghiệm trên động vật, còn OECD cập nhật hướng dẫn để mở rộng sử dụng NAMs.

Thách thức thật sự: kiểm định và chuẩn hóa

Theo Thomas Hartung, giám đốc Trung tâm Các phương pháp Thay thế Thử nghiệm Động vật tại Đại học Johns Hopkins:

"Quá trình chuyển đổi này phức tạp hơn nhiều so với bạn tưởng. Nó thiên về quản lý thay đổi hơn là về công nghệ."

Để được công nhận, một NAM phải cho kết quả nhất quán ở bất kỳ phòng thí nghiệm nào trên thế giới, phải là sản phẩm thương mại, sản xuất hàng loạt và đáp ứng tiêu chí hiệu năng rất chi tiết. Những khác biệt nhỏ trong hydrogel làm giá đỡ mô cũng có thể tạo ra kiểu phát triển tế bào hoàn toàn khác.

Chi phí kiểm định cũng là rào cản lớn. Nghiên cứu của Emulate cần 870 chip và lực lượng lao động tương đương 16 nhân viên toàn thời gian trong 16 tuần. Muốn mở rộng phê duyệt sang nhóm thuốc khác, nhóm nghiên cứu phải làm lại từ đầu.

Bằng chứng ban đầu khá tích cực

• Hệ gan-on-a-chip của Emulate phát hiện đúng khoảng 7/8 loại thuốc an toàn trên động vật nhưng gây độc cho gan người
• Mô phỏng máy tính tế bào tim người của Đại học Oxford và Janssen đạt độ chính xác 89% trong phát hiện hợp chất gây loạn nhịp tim, so với 75% của nghiên cứu trên động vật

Tuy vậy, nhà sinh học tính toán Christian Maass (ESQlabs) cho rằng lĩnh vực này vẫn thiếu một phép so sánh trực diện thuyết phục với mô hình động vật:

"Tôi yêu những gì chúng ta đang làm. Nhưng chúng ta chưa đưa ra được bằng chứng rằng mình làm tốt hơn hoặc tốt bằng mô hình động vật."

Bài học từ... thử nghiệm sốt ở thỏ

Ví dụ điển hình nhất về sức ỳ văn hóa: xét nghiệm hoạt hóa monocyte dùng tế bào máu người được phát triển và kiểm định từ giữa thập niên 1990 để thay thế thử nghiệm tiêm chất vào tai thỏ. Phải đến năm 2010, Dược điển châu Âu mới chấp nhận nó làm phương pháp thay thế — và đến nay thỏ vẫn được dùng rộng rãi trên toàn cầu.

Theo Kathrin Herrmann, đồng nghiệp của Hartung tại Johns Hopkins:

"Yêu cầu chính thức có thể biến mất, nhưng kỳ vọng không chính thức vẫn tồn tại."

Các nhà phản biện, biên tập tạp chí và hội đồng tài trợ vẫn quen nhìn dữ liệu động vật, chưa quen với NAMs. Khảo sát của Herrmann với các nhà nghiên cứu trẻ cho thấy họ lo ngại đề xuất chỉ dùng NAM bị coi là rủi ro, bị áp lực phải "thêm một thí nghiệm động vật" để tăng độ tin cậy, và lộ trình sự nghiệp trở nên bấp bênh.

Con đường phía trước

Các chuyên gia nhấn mạnh vai trò của đào tạo và chuyển giao thế hệ. Các khóa học trực tuyến của Hartung trên Coursera đã thu hút khoảng 12.000 học viên. Giáo sư Joseph Wu (Đại học Stanford), đồng sáng lập Greenstone Biosciences, đã thuyết phục công ty chia sẻ miễn phí thư viện dòng tế bào gốc cho giới học thuật.

Ông nhận định: "Những học viên này sẽ mở phòng thí nghiệm riêng, sẽ vào ngành công nghiệp, sẽ thay thế lớp người cũ."

Nếu đủ thời gian, tài trợ, ưu đãi, đào tạo và hợp tác, văn hóa nghiên cứu có thể chuyển dịch. Ngoài lĩnh vực độc chất học, NAMs còn mở ra hiểu biết mới về bệnh viêm ruột, sinh non và điều trị nhiễm virus — những điều khó có thể khám phá trên động vật. Hartung gọi đây là "chức năng ngọn hải đăng" dẫn đường cho các lĩnh vực nghiên cứu khác.

"Đột nhiên, mọi con đập đều đã mở."

Với độc giả Việt Nam theo dõi lĩnh vực công nghệ y sinh, đây là xu hướng đáng chú ý: các trung tâm nghiên cứu trong nước và khu công nghệ cao TP.HCM, Hà Nội có thể tận dụng làn sóng này để đầu tư vào nền tảng organ-on-a-chip và mô hình AI, vừa giảm chi phí, vừa rút ngắn thời gian đưa thuốc ra thị trường.