Nghiên cứu NASA giúp trồng cây sản xuất thuốc cho phi hành gia trong không gian

Trong nhiều năm qua, NASA đã tập trung nghiên cứu việc trồng rau quả tươi trên Trạm Vũ trụ Quốc tế nhằm hỗ trợ các phi hành gia trong những chuyến bay dài ngày. Mới đây, các nhà khoa học đã mở rộng phạm vi nghiên cứu khi xem xét khả năng các cây trồng cũng có thể sản xuất thuốc, giúp các phi hành gia chủ động điều chế các protein trị liệu cần thiết trong các sứ mệnh tương lai đến Mặt Trăng và Sao Hỏa, thay vì hoàn toàn phụ thuộc vào lượng thuốc mang theo từ Trái Đất.

Trong hai thập kỷ qua, các thí nghiệm trồng cây của NASA đã phát triển đáng kể. Ban đầu, nghiên cứu nhằm mục đích đánh giá khả năng sinh trưởng của cây trồng trong điều kiện vi trọng lực, đồng thời cung cấp thực phẩm tươi ngon, cải thiện chất lượng không khí bằng cách tái chế carbon dioxide thành oxy, và hỗ trợ sức khỏe tinh thần cho phi hành gia.

Sau thành công với việc trồng các loại rau như xà lách, củ cải và ớt trên Trạm Vũ trụ Quốc tế, nghiên cứu tiếp theo tập trung vào tiềm năng cây trồng sản xuất các hợp chất điều trị y học có giá trị thay vì chỉ đơn thuần làm thực phẩm.

Những chuyến bay kéo dài nhiều năm, như sứ mệnh có người đến Sao Hỏa, đặt ra nhiều thách thức y tế phức tạp không thể giải quyết đơn giản bằng việc mang thêm thuốc trước khi khởi hành. Ngoài ra, thuốc để lâu trong điều kiện vũ trụ dễ bị mất tác dụng do phải chịu tác động của môi trường và thời gian lưu trữ kéo dài.

Việc sản xuất thuốc ngay trên tàu vũ trụ sẽ giúp phi hành gia chủ động điều chế các loại thuốc cần thiết khi có sự cố y tế, giảm bớt sự lệ thuộc vào nguồn cung nhập từ Trái Đất vốn không thể cấp cứu kịp thời.

Nghiên cứu tập trung vào cây Nicotiana benthamiana, họ hàng gần của cây thuốc lá, được ưa chuộng trong công nghệ sinh học nhờ tốc độ sinh trưởng nhanh, dễ biến đổi gen và khả năng sản xuất protein số lượng lớn. Trên Trái Đất, loại cây này đã được dùng để sản xuất các loại vắc xin thí nghiệm và kháng thể điều trị.

Yếu tố thứ hai quan trọng là virus Cowpea mosaic virus (CPMV), một loại virus thực vật nhưng không lây nhiễm cho con người. CPMV được đánh giá vì khả năng vỏ protein có thể được kỹ thuật hóa nhằm ứng dụng trong y học như điều trị ung thư, phát triển vắc xin và phân phối thuốc chọn lọc. Trong nghiên cứu này, CPMV được dùng làm mô hình để tạo ra các hạt nano y học bên trong cây trồng.

Điểm đáng chú ý nhất trong nghiên cứu là phát triển thành công phương pháp thu gom các hạt nano trị liệu mà không cần thu hoạch và nghiền lá cây như truyền thống. Thay vào đó, kỹ thuật thâm nhập hỗ trợ chân không cùng ly tâm và lọc được áp dụng để thu hồi các hợp chất cần thiết. Vì cây không bị tiêu hủy, quá trình sinh trưởng vẫn tiếp tục, khả năng cho ra các lô sản xuất thuốc mới được nối dài, giúp tiết kiệm tài nguyên và phù hợp với các sứ mệnh dài ngày.

Mặc dù hiện các thí nghiệm chưa được thực hiện trên Trạm Vũ trụ Quốc tế, nhóm nghiên cứu đã tái tạo các điều kiện tương tự ngoài không gian trong phòng thí nghiệm, bao gồm vi trọng lực giả lập bằng thiết bị chuyên biệt, dao động nhiệt độ và stress oxy hóa nhằm mô phỏng tác động của bức xạ vũ trụ. Kết quả cho thấy cây vẫn sản xuất hiệu quả các hạt nano virus dưới các điều kiện khắc nghiệt, chứng tỏ khả năng ứng dụng thực tiễn của công nghệ.

Các căn cứ vũ trụ trên Mặt Trăng và các sứ mệnh có người lên Sao Hỏa đòi hỏi hệ thống y tế phải hoạt động độc lập với Trái Đất. Việc mang theo toàn bộ thuốc cần thiết cho nhiều năm là không khả thi do giới hạn trọng lượng cũng như không chắc chắn có thể xử lý mọi tình huống y tế bất ngờ.

Việc sử dụng cây trồng có khả năng sản xuất thuốc theo nhu cầu sẽ giúp tích hợp với hệ thống hỗ trợ sự sống, cung cấp thuốc điều trị tươi mới ngay tại chỗ, nâng cao an toàn cho phi hành gia và giảm bớt khối lượng thuốc vận chuyển từ Trái Đất.

Dù kết quả nghiên cứu rất tích cực, công nghệ vẫn đang ở giai đoạn chứng minh ý tưởng. Cần phải tiến hành thử nghiệm trong điều kiện thực tế ngoài không gian để đánh giá ảnh hưởng lâu dài của vi trọng lực và bức xạ lên cây trồng cũng như chất lượng thuốc tạo ra. Đồng thời, cần đảm bảo các thuốc sản xuất trong không gian đáp ứng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về an toàn và hiệu quả trước khi sử dụng cho phi hành gia.

Khi các cơ quan vũ trụ trên thế giới chuẩn bị cho những chuyến bay dài hơn ra khỏi quỹ đạo Trái Đất thấp, khả năng trồng các loại cây sản xuất thuốc bên cạnh thực phẩm sẽ đóng vai trò then chốt giúp con người chinh phục vũ trụ sâu. Mặc dù hiện phi hành gia chưa thực sự có "nhà máy dược phẩm" trên quỹ đạo, nghiên cứu mới nhất này chứng minh tiềm năng to lớn của cây trồng trong hỗ trợ sức khỏe và nâng cao khả năng tự chủ khám phá không gian.

Bài viết được biên tập với sự hỗ trợ của công cụ trí tuệ nhân tạo (AI), tổng hợp từ các nguồn tin dẫn bên dưới và đã qua kiểm duyệt của toà soạn Quang Minh Việt Nam.