Khoảng 40 km về phía bắc ngoại ô Munich, nằm giữa con đường nối cảng hàng không quốc tế vào trung tâm thành phố là một cơ sở chăn nuôi nhỏ. Từ xa nhìn lại, nó trông chẳng khác nào một trang trại cũ kỹ đã bị bỏ quên từ thời Tây Đức.
Nhưng nếu tiến lại gần và nhòm qua những tấm kính cửa sổ, bạn sẽ thấy những căn phòng trong đó đều được sơn và lát gạch trắng xóa. Bên trong trang bị những thiết bị thí nghiệm hết sức hiện đại, đôi khi, bạn sẽ chỉ thấy chúng xuất hiện trong những bộ phim viễn tưởng.
Barbara Kessler, một bác sĩ thú y, đang tiến đến ngôi nhà mới phía sau trang trại. Cô cởi đôi giày thể thao của mình để nó ở ngoài, lấy thuốc sát trùng và xịt lên khắp chân tay một lượt. Bước chân qua một vạch kẻ bằng băng keo trên nền phòng tắm, Kessler trút bỏ tất cả những gì có thể mang vào từ thế giới bên ngoài: từ quần áo, đồng hồ cho tới trang sức và hoa tai.
Vị bác sĩ tắm, tẩy tế bào chết trên cả cơ thể, mặt mũi, tóc và da đầu. Cô thậm chí đã phải hi sinh mái tóc dài của mình chỉ để thuận tiện hơn cho những lần tẩy rửa thường xuyên ấy.
Tắm xong, Kessler tìm giữa chồng đồng phục một bộ đúng cỡ của mình: một chiếc quần đen, áo đỏ đô có cổ và dép Crocs. Ra tới phòng thay đồ, cô với thêm chiếc mũ len đen để che đi mái tóc, đồng thời cũng là để ngăn ngừa vi khuẩn lây lan từ đó.
Kessler sải bước xuống hành lanh để đến phòng giày, nơi cô cẩn thận bước vào trong một đôi ủng cao su ngập lên tận đầu gối. Rõ ràng, những đôi ủng sạch bóng ở đây đều phải được tẩy rửa hết sức kỹ càng sau mỗi lần có người đi chúng.
Tất cả những biện pháp phòng ngừa đều cần thiết, như thể Kessler chuẩn bị bước vào một căn phòng sạch vô trùng, như trong đơn vị chăm sóc đặc biệt của một bệnh viện. Nhưng khi cánh cửa được cô ấy mở ra, một thứ mùi ngai ngái không lẫn đi đâu được xộc tới. Đó là mùi của chuồng lợn.
Hóa ra, tất cả quy trình tẩy trùng và phòng ngừa nghiêm ngặt mà Kessler thực hiện ở đây - Trung tâm Mô hình Y tế Sáng tạo của Đại học Ludwig-Maximilians - đều chỉ nhằm để bảo vệ những con lợn.
Kessler lê đôi ủng bước qua cánh cửa, cô mở một cửa chuồng bằng sắt nhỏ để khoe những con lợn của mình. Từ sau cánh cửa, một con lợn nái nhỏ luồn ra ngoài và bắt đầu bản tính khám phá vốn có của nó.
Giống như tất cả những con lợn khác được giữ ở đây, con lợn nái này sẽ không bao giờ được đặt tên. Kessler sợ nếu đặt tên cho nó, rồi một lúc nào đó cô sẽ cảm thấy quá gắn bó với con lợn. Mà nhiệm vụ ở phòng thí nghiệm không cho phép.
Con lợn nái được dỗ dành để trở lại phía sau cánh cửa sắt. Nó giương đôi mắt long lanh hồn nhiên của mình, mọi cử chỉ, hành động và cả vẻ bề ngoài của nó trông chẳng khác nào những con lợn bình thường. Chỉ có điều cơ thể nó nhỏ hơn và một bí mật thực sự đang nằm sâu trong cơ thể nó.
Zoom vượt qua lớp lông mỏng, tới lớp bì dày, xuyên qua xương sườn vào bên trong các cơ quan nội tạng. Sau đó, bạn tiếp tục phải nhìn sâu vào các tế bào, phóng đại chúng lên hàng chục ngàn lần, cho tới khi những cuộn xoắn của gen hiện ra.
Con lợn này đã được chỉnh sửa gene để khiến nó "ít giống lợn hơn", có tất cả 4 DNA đã được thay đổi. Mục đích của các nhà khoa học khi làm điều này là để tạo ra những nội tạng mang gene người, nhưng được nuôi trong cơ thể một con lợn.
Nếu tất cả diễn ra suôn sẻ theo đúng kế hoạch, trái tim đang bận rộn bơm máu nuôi sống con lợn bé nhỏ này - một ngày nào đó - sẽ được lấy ra khỏi lồng ngực của nó, chuyển sang lồng ngực của một người. Con lợn sẽ hi sinh mạng sống của nó để cứu sống một người trong số chúng ta. Và nó sẽ chết mà không được đặt tên.
Ngay tại lúc này, nhiều loại mô khác nhau của lợn biến đổi gene đã được thử nghiệm, cấy ghép sang cho con người. Tại Trung Quốc, các nhà nghiên cứu đã cấy các tế bào đảo tụy sản xuất insulin từ lợn chỉnh sửa gene cho các bệnh nhân mắc tiểu đường.
Một nhóm nghiên cứu ở Hàn Quốc cho biết họ đã sẵn sàng thực hiện một ca ghép giác mạc lợn sang người, sau khi thủ thuật này được chính phủ chấp thuận.
Vừa tháng trước tại Bệnh viện Đa khoa Massachusetts của Mỹ, các nhà nghiên cứu tuyên bố rằng họ đã sử dụng da lợn chỉnh sửa gene để vá vết thương cho một bệnh nhân bị bỏng nặng. Kết quả là miếng da đã hoạt động hiệu quả như da người.
Các mô cơ thể lợn đã có thể thay thế cho mô cơ thể người, hoàn thành nhiệm vụ và sứ mệnh của chúng trên cơ thể của một loài sinh vật khác. Nhưng khi nói đến các cơ quan thiết yếu, quyết định sự sống chết của một bệnh nhân như tim hay phổi, các bác sĩ vẫn phải sử dụng cơ quan hiến tặng từ một người khác, mặc dù nguồn cung rất khan hiếm.
Bạn chưa thể cấy một trái tim lợn hay một lá gan lợn sang người được. Nhưng nếu một ngày giấc mơ đó trở thành hiện thực, những con lợn của Kessler ở đây, trong trang trại thí nghiệm ở Munich sẽ hoàn thành được sứ mệnh của chúng.
Trái tim, hai bên thận, hai lá phổi và gan của những con lợn này sẽ có một chủ nhân mới, là những bệnh nhân đang tuyệt vọng chờ đợi tạng ghép để cứu lấy tính mạng mong manh của mình.
Cô bé Baby Fae
Chỉ tính riêng tại Hoa Kỳ, mỗi năm đã có khoảng 7.300 người chết vì không tìm được tạng ghép phù hợp. Hai phần ba trong số đó là những người chỉ đang chờ một quả thận.
Trong nhiều trường hợp, hy vọng duy nhất mà những bệnh nhân này có được lại đến từ bi kịch của một người khác. Chẳng hạn như phải có ai đó gặp tai nạn giao thông và chết, sau đó, nội tạng của họ mới được thu lại để cứu sống những bệnh nhân đang chờ đợi.
Để giải quyết vấn đề khan hiếm trong nguồn tạng ghép, các bác sĩ phẫu thuật đầu tiên đã tìm đến khỉ. Bởi suy cho cùng, khỉ nằm trong bộ linh trưởng và chúng có vẻ giống chúng ta hơn cả.
Năm 1984, một bé gái được đặt tên là Baby Fae đã nhận được trái tim của một con khỉ đầu chó. Ca ghép hoàn toàn mang tính thử nghiệm, nhưng cô bé đã chết 20 ngày sau đó vì hệ thống miễn dịch tấn công trái tim được cấy ghép.
Cuộc sống ngắn ngủi và cái chết nhanh chóng của Baby Fae đã thu hút sự chú ý của cả công chúng và các nhà khoa học trên toàn cầu. Nhiều người lên án ý tưởng về sự vị kỷ của chúng ta: Tại sao con người phải giết chết một con khỉ, một người bạn, một người anh em để cứu lấy bản thân mình?
Tờ Washington Post khi đó đã đăng tải ý kiến của một bác sĩ tim mạch, gọi lĩnh vực cấy ghép dị chủng là một "chủ nghĩa phiêu lưu mạo hiểm của y học". Một bài báo khác đăng trên Tạp chí y đức, đã chạy tiêu đề "Baby Fae: Một ca mổ của loài cầm thú".
Phản ứng dữ dội của công chúng đã khiến các nhà khoa học và các công ty công nghệ sinh học phải đổi hướng phát triển của lĩnh vực cấy ghép dị chủng. Đến thập niên 1990, họ chọn lợn như một loài động vật tiềm năng mới.
Suy cho cùng, chúng ta đang ăn khoảng 1,5 tỷ con lợn mỗi năm. Vậy việc lấy nội tạng của chúng để cứu người dường như cũng dễ được chấp nhận hơn khi nói trên khía cạnh đạo đức.
Về mặt khoa học, các cơ quan nội tạng của lợn cũng có kích thước gần giống với con người. Trên khía cạnh giải phẫu học cũng tương tự. Và một điều quan trọng nữa là một con lợn đạt được tới kích thước trưởng thành nhanh hơn linh trưởng rất nhiều, chúng chỉ mất vỏn vẹn 6 tháng.
Chỉ có một vấn đề nảy sinh, những con lợn chứa virus. PERV (Porcine endogenous retrovirus) là những virus có sẵn trong bộ gen lợn từ thời cổ xưa. Các virus này có thể được tìm thấy trong bất kể một DNA nào của lợn. Mặc dù ở trạng thái bất hoạt, chúng có thể hoạt động trở lại khi lây nhiễm sang loài khác.
Bởi vậy, khi có ý định ghép nội tạng lợn sang người, PERV trở thành một rào cản lớn. Chúng ta biết rằng một khi virus lây từ động vật sang người, nó có thể trở thành thảm họa.
Hầu hết các đại dịch của thế giới, từ HIV, cúm gia cầm cho tới SARS, MERS và Zika đều bắt nguồn từ động vật. Một ca cấy ghép dị chủng có thể cứu sống một mạng người, nhưng với sự có mặt của PERV, nó cũng tiềm ẩn nguy cơ tạo ra một dịch bệnh giết chết hàng ngàn người khác.
Hơn nữa, chỉ bằng các kỹ thuật di truyền đơn giản có sẵn tại thời điểm đó, việc cấy ghép thử nghiệm nội tạng lợn sang khỉ đã không thành công. Những cơ quan chỉ tồn tại được một thời gian ngắn trong cơ thể chúng.
Về mặt di truyền, cấy chép nội tạng từ gia súc sang cho linh trưởng chẳng khác nào lắp một cái cối xay vào bánh ô tô. Chúng đơn giản là những thứ quá xa lạ và không thể trùng khớp được.
Phải tới hai thập kỷ sau nữa, những tiến bộ trong kỹ thuật di truyền mới thắp lại một hi vọng cho các nhà khoa học nghiên cứu cấy ghép dị chủng. Hai năm trước, trong một nghiên cứu đăng trên tạp chí Science, một nhóm các nhà khoa học tại công ty công nghệ sinh học eGenesis của Mỹ tuyên bố họ đã có thể sử dụng công cụ chỉnh sửa gene CRISPR để loại bỏ sạch PERV khỏi những mô tế bào lợn.
Câu hỏi được tranh luận nhiều nhất vào lúc này chỉ là: Chính xác có bao nhiêu gene chúng ta cần chỉnh sửa để khiến những con lợn này vượt qua được bức tường ngăn cách giống loài?
Theo đuổi hướng tiếp cận số lượng lấy chất lượng, eGenesis cho biết họ đã chỉnh sửa hàng chục gene trên những con lợn được nuôi ở một cơ sở liên doanh ở Trung Quốc. Sử dụng công cụ chỉnh sửa gene CRISPR, eGenesis đã tạo ra những con lợn có mức độ biến đổi lớn nhất từng xuất hiện.
Vào năm 2015, nhà đồng sáng lập và nhà khoa học trưởng Luhan Yang của họ đã chứng minh rằng cô có thể thực hiện 62 lần chỉnh sửa đồng thời, được sử dụng để vô hiệu hóa các virus tự nhiên ẩn nấp trong bộ gene của lợn.
Ngoài ra, Yang cho biết công ty của cô hiện đã có thể đẩy số chỉnh sửa lên gấp hai lần (cả cắt và thêm gene) để làm cho các nội tạng lợn ít có nguy cơ bị đào thải miễn dịch. Cô đã gọi những con lợn của mình là động vật biến đổi gene tiên tiến nhất trên Trái Đất.
Tiếp cận theo hướng lấy chất lượng bù số lượng, các nhà khoa học Đức chỉ chỉnh sửa 3 gen quan trọng nhất trong những con lợn họ nuôi ở Munich. Mục tiêu là giữ được cho nội tạng của chúng không bị thải ghép trong các thử nghiệm trên khỉ đầu chó và tiến tới là trên người.
Gene đầu tiên trong số 3 gene này đã bị loại bỏ, đó là một gene sản xuất một loại đường gọi là galactosyltransferase. Chỉnh sửa gen này sẽ ngăn được hệ thống miễn dịch của người nhận từ chối ngay lập tức cơ quan được cấy sang từ loài khác.
Thay đổi thứ hai liên quan đến việc bổ sung một gene biểu hiện CD46 từ con người vào lợn, đó là một loại protein giúp hệ thống miễn dịch tấn công những kẻ xâm lược ngoại lai đồng thời kìm chế nó không gây ra những phản ứng thái quá và các bệnh tự miễn.
Cuối cùng gen thứ ba là một gen sản sinh thrombomodulin, một protein giúp ngăn ngừa các cục máu đông hình thành và phá hủy cơ quan được cấy ghép.
Eckhard Wolf, người điều hành trang trại ở Trung tâm Mô hình Y tế Sáng tạo của Đại học Ludwig-Maximilians cho biết: Chỉ chỉnh sửa một số lượng nhỏ các gen có thể giúp cho việc kiểm soát và đo lường hiệu quả trở nên tốt hơn.
Nếu sự cố có xảy ra, mà thường là nó sẽ xảy ra trong một ca cấy ghép di chủng vào thời điểm này, các nhà khoa học có thể biết chính xác vấn đề đó nằm ở đâu. Càng can thiệp sâu rộng vào bộ gen của lợn, có càng nhiều chỉnh sửa thì tỷ lệ xảy ra lỗi hoặc các vấn đế sẽ càng cao.
"Tai thời điểm này, bạn đang ở trong một tình huống mà chính bạn cũng không biết việc chỉnh sửa gen sẽ dẫn đến hậu quả gì", Wolf nói.
Kích thước của trái tim
Năm 2018, những con lợn ở Munich cuối cùng cũng đến ngày phải thực hiện sứ mệnh của chúng. Mười bốn trái tim đã được lấy ra khỏi lồng ngực lợn, cấy sang cho 14 con khỉ đầu chó trong một thử nghiệm. Hai trong số 14 con khỉ đầu chó này đã sống sót được trong sáu tháng, biến chúng trở thành những con vật sống lâu nhất với trái tim có được từ một loài động vật khác.
Nghiên cứu được báo cáo trên tạp chí Nature vào tháng 12 năm ngoái. Trong đó, các nhà khoa học Đức đã mô tả thành công của họ là một cột mốc quan trọng trên con đường tiến tới cái đích, cấy ghép tim dị chủng trên người.
Trong số năm con khỉ đầu tiên nhận được trái tim từ lợn, bốn con đã chết trong vòng một hoặc hai ngày. Con khỉ thứ năm đã chết sau một tháng khi trái tim nó nhận được trở bệnh. Nhưng đến đợt hai của thử nghiệm, Wolf và nhóm của ông đã thực hiện được một bước cải tiến.
Bruno Reichart, một bác sĩ phẫu thuật ghép tim về hưu đã tìm ra cách làm ngập quả tim lợn trong một hỗn hợp các chất dinh dưỡng, kích thích tố và tế bào hồng cầu từ khi nó được trích xuất ra khỏi cơ thể lợn cho tới khi nó hoạt động hoàn toàn bên trong cơ thể một con khỉ.
Ba cá thể khỉ đầu chó được điều trị bằng phương pháp này đã sống được lần lượt trong 18, 27 và 40 ngày.
Năm con khỉ đầu chó cuối cùng cũng trải qua một quy trình tương tự, và được sử dụng thêm thuốc ức chế miễn dịch. Hai con đã sống được tới ngày thứ 182 và 195. Chúng lẽ ra còn có thể sống sót lâu hơn nữa, nếu các nhà khoa học không quyết định đưa chúng đến một cái chết nhân đạo, bởi việc cho khỉ đầu chó uống thuốc thải ghép dần trở thành bất khả thi.
Bạn sẽ không thể giữ một đường truyền tĩnh mạch trong cơ thể một con khỉ đầu chó suốt sáu tháng. Những con khỉ cũng sẽ không uống những viên thuốc bạn đưa cho chúng. Giống như những đứa trẻ, những con khỉ này sẽ phản ứng mạnh khi phải uống bất cứ thứ gì đó có mùi vị của thuốc.
Reichart nói rằng ông đang làm việc để tạo ra một hệ thống phân phối thuốc tốt hơn, cho phép kéo dài điều trị chống thải ghép trên khỉ đầu chó ít nhất một năm. Một khi chúng sống được một năm, Reichart nói cấy ghép dị chủng sẽ sẵn sàng để thử nghiệm trên người.
Tuy nhiên, giữa lúc thử nghiệm trên khỉ đầu chó đang tiến tới thành công, Wolf và Reichart nhận thấy một vấn đề mà họ không lường trước được: Trái tim được thu hoạch từ những con lợn con - để đảm bảo kích thước của chúng phù hợp với khỉ đầu chó, bây giờ, tiếp tục lớn lên như thể chúng vẫn còn sống trong cơ thể một con lợn 270 kg.
Trái tim được cấy ghép đã phát triển quá mức mong đợi, nó nặng hơn tới 62% so với trái tim nguyên bản của một con khỉ đầu chó. Trong một số trường hợp, chính việc trái tim lợn lớn lên đã đè ép lên các cơ quan nội tạng khác và gây ra cái chết cho những con khỉ đầu chó trong thử nghiệm.
Và đó là lý do những con lợn trong trang trại ở Munich chỉ nặng bằng một nửa so với lợn thường. Kessler nói rằng Wolf đã tiến tới một giải pháp, chỉnh sửa gen những con lợn ở đây bằng CRISPR, tắt một gen sản sinh hormone tăng trưởng (GHR) của động vật, khiến chúng không thể nặng thêm nữa.
Những con lợn nái ở đây chỉ phát triển đến khoảng 79 kg, so với 180 kg là cân nặng trung bình của một con lợn nái. Một trong số những con lợn nái đang quay mặt vào tường, nó đang mang bầu, Kessler nói.
Con lợn nái này đã được lai giống với một con lợn đực lớn như bình thường, nhưng một nửa lợn con trong lứa mà nó chuẩn bị đẻ ra được mong đợi là sẽ không có gen GHR.
Cái giá của những mạng sống
Chi phí tiêu tốn để tạo ra một con lợn chỉnh sửa gen, sau đó, khiến nó đáp ứng được các tiêu chuẩn của Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ và các cơ quan khác điều chỉnh việc cấy ghép nội tạng từ lợn sang người trên khắp thế giới không hề rẻ.
Mỗi Thứ Hai và Thứ Ba đầu tuần, Kessler và các đồng nghiệp của mình đều sẽ phải thu trứng lợn bị giết mổ từ các lò mổ địa phương. Sau đó, trứng này được dùng để thụ tinh với vật liệu di truyền mà các nhà khoa học mong muốn để phục vụ nhân bản phôi lợn.
Để giảm thiểu nhiễm trùng, mỗi lứa lợn mới đều đã được thụ tinh nhân tạo trong đĩa thí nghiệm. Sau đó, phôi được cấy vào trong một con lợn cái. Nó sẽ phải sinh mổ, và ngay sau khi chào đời, con lợn con bị tách khỏi mẹ.
Kessler nói rằng các hệ thống kiểm soát này có thể cho ra đời những lứa lợn không mầm bệnh trong tương lai, với chi phí gấp khoảng 10 lần so với việc nuôi một con lợn để lấy thịt.
Ngay lúc này, trang trại ở Munich đang nuôi dưỡng khoảng 120 con lợn trưởng thành đã được chỉnh sửa gen và 150 con lợn con. Đó là một trang trại rất nhỏ so với những trang trại nuôi hàng triệu con lợn thịt, nhưng chỉ có ở trong một cơ sở thí nghiệm như thế này, các nhà khoa học mới tạo ra được những con lợn đủ tiêu chuẩn để thu hoạch nội tạng cấy ghép.
Lĩnh vực cấy ghép dị chủng sẽ tiến nhanh đến cái đích cuối cùng của nó, nếu không gặp phải những trở ngại về nguồn đầu tư. Chính phủ Đức hiện không tài trợ cho dự án của Wolf. Trong khi, mọi dự án khoa học đột phá đều cần những nguồn lực lớn để phát triển.
Bên trong trang trại ở Munich, những con lợn đang sống 24/7 trong một môi trường được duy trì sạch nhất có thể. Chúng được hít thở không khí đã được lọc theo tiêu chuẩn HEPA, loại bỏ 99,97% các hạt trong không khí có đường kính 0,3 micromet.
Thức ăn của chúng được chiếu xạ để diệt sạch vi khuẩn. Những nhà khoa học làm việc ở đây như Kessler đều phải tuân thủ một quy trình phòng sạch trước khi tiến tới chăm sóc hay làm việc với những con lợn.
Các nhà nghiên cứu đã vận động tài trợ trong nhiều năm để xây dựng một hàng rào lớn bao quanh khu vực. Hàng rào sẽ giữ cho những con lợn rừng hoang và cả những mầm bệnh đang lây nhiễm chúng không thể xuất hiện trong khu đất của Trung tâm Mô hình Y tế Sáng tạo của Đại học Ludwig-Maximilians.
Reichart nói rằng hiện ông chỉ cần thêm tiền tài trợ để hoàn thành nốt một thử nghiệm cuối cùng, giữ cho những con khỉ đầu chó sống trọn vẹn một năm với quả tim lợn. Như vậy là đủ để thuyết phục các cơ quan quản lý cho phép ông tiến tới thử nghiệm lâm sàng trên người.
Không chỉ có Reichart ở Munich, các nhóm nghiên cứu cấy ghép dị chủng khác trên khắp thế giới cũng đang đạt được những bước tiến bộ lớn.
Tại Florida, Joseph Tector, một bác sĩ phẫu thuật người Mỹ mới chuyển đến Đại học Miami, nói rằng ông chỉ cần thời gian để xây dựng một cơ sở nuôi lợn chỉnh sửa gen như của Wolf ở Munich. Nếu những con lợn được kiểm soát một cách nghiêm ngặt hơn, Tector sẽ sẵn sàng thử nghiệm ghép thận lợn sang người.
Đại học Alabama-Birmingham hiện cũng có một cơ sở nuôi lợn để hỗ trợ cấy ghép dị chủng. Các chuyên gia và bác sĩ ở đây đang nhắm đến việc thu hoạch cả thận và tim của những con lợn này. Thử nghiệm đầu tiên mà họ thực hiện có thể sẽ nhắm tới đối tượng, là những đứa trẻ mắc dị tật tim bẩm sinh.
Trở lại Munich, Reichart nói rằng ông không mong đợi sẽ chiến thắng cuộc đua. Nhưng sau hàng thập kỷ nghiên cứu, Reichart tin rằng ông đã tiến tới rất gần một thử nghiệm cấy ghép dị chủng trên người. Nếu không phải người đầu tiên, Reichart tin rằng mình cũng sẽ là một trong số những bác sĩ tiên phong ghi tên mình vào lịch sử.
Nếu vậy, những con lợn đang được nuôi trong trang trại ở Munich lúc này là sẽ những ứng cử viên đầu tiên phá vỡ được bức tường ngăn cách giữa các loài. Những con lợn sau đó sẽ bắt đầu phục vụ chúng ta trong một sứ mệnh cao cả hơn: Cứu sống những bệnh nhân thay vì cứu đói.