Có lý do chính đáng khiến các phi hành gia thường không ở lại Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) quá sáu tháng: vi trọng lực không tốt cho cơ thể con người. Trong số nhiều tác động, nó có thể làm dẹt nhãn cầu và khiến ngón tay, khuôn mặt sưng phồng, gây ra những cơn đau đầu dữ dội do máu, nội tạng và tế bào phản ứng khác thường so với trên Trái Đất.

Tuy nhiên, cũng chính vì những lý do đó, không gian có thể là nơi lý tưởng để nghiên cứu — và một ngày nào đó, điều trị — bệnh ung thư.

Năm nay, các khối u được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm trên Trái Đất sẽ được đưa lên ISS như một phần của dự án nghiên cứu đầu tiên sử dụng các cơ quan nhân tạo để thử nghiệm ung thư trong không gian. Các nhà khoa học tại Đại học Wake Forest đang phát triển các xét nghiệm sàng lọc ung thư nhanh hơn và nhạy hơn. Tuy nhiên, ý nghĩa lớn hơn của thí nghiệm có thể nằm ở chỗ nó là bước thử nghiệm cho hàng loạt dự án y sinh học khác đang được lên kế hoạch trong môi trường vi trọng lực — nơi kích thích sự phát triển của tế bào.

“Vi trọng lực là một chất xúc tác. Mọi căn bệnh, mọi biểu hiện sinh học — tất cả những gì chúng tôi muốn nghiên cứu đều có thể xảy ra nhanh hơn,” Davide Marotta, giám đốc chương trình Sản xuất Sinh học Trong Không gian của ISS National Laboratory, cho biết. “Thay vì chờ 10 tháng, bạn có thể lên không gian trong 10 ngày để thấy cùng một hiệu ứng sinh học,” ông nói thêm.

Trên Trái Đất, lực hấp dẫn làm chậm quá trình phát triển của ung thư vì tế bào thường phải bám vào bề mặt để hoạt động và phát triển. Nhưng trong không gian, các cụm tế bào ung thư có thể mở rộng theo mọi hướng như bong bóng — tương tự như men nở hoặc chùm nho, theo lời giáo sư Shay Soker, giám đốc khoa học của Viện Y học Tái tạo tại Wake Forest.

Do bong bóng tế bào phát triển lớn hơn và nhanh hơn trong không gian, các nhà nghiên cứu cũng có thể dễ dàng thử nghiệm các chất bám quanh rìa bong bóng. Các nhà khoa học tại Đại học Notre Dame đang tận dụng đặc điểm này để phát triển một phương pháp xét nghiệm ung thư ngoài không gian chỉ cần một giọt máu. Công trình này dựa trên loạt thí nghiệm về sự hình thành bong bóng đã được tiến hành trên ISS.

“Nếu công nghệ bong bóng của chúng tôi được thương mại hóa và giảm chi phí, việc sàng lọc ung thư có thể được phổ cập hơn — và ai cũng có thể hưởng lợi,” Tengfei Luo, nhà nghiên cứu tại Notre Dame và là người tiên phong phát triển công nghệ, chia sẻ với tạp chí Upward của ISS. “Chúng tôi có thể tích hợp nó vào các kỳ khám sức khỏe hàng năm. Nghe có vẻ xa vời, nhưng hoàn toàn khả thi.”

Bảo vệ sức khỏe của phi hành gia khỏi các rủi ro của du hành vũ trụ cũng là một ưu tiên lớn đối với các nhà nghiên cứu y sinh học hợp tác với NASA. Trên ISS và các sứ mệnh không gian khác, phi hành gia không chỉ phải đối mặt với các thay đổi sinh lý do vi trọng lực mà còn cả bức xạ vũ trụ — có thể làm đột biến DNA trong tế bào người.

Phi hành gia Frank Rubio đang giữ kỷ lục NASA về thời gian liên tục dài nhất trong không gian với 371 ngày, trong khi kỷ lục toàn cầu thuộc về phi hành gia Nga Valeri Polyakov với 437 ngày liên tiếp — một chuyến đi mà ông tình nguyện thực hiện để chứng minh con người có thể sống sót trong thời gian đủ dài để đi và về từ sao Hỏa. Tuy nhiên, nguyên tắc chung của NASA là các phi hành gia nên hạn chế tối đa thời gian ở trên quỹ đạo để giảm rủi ro sức khỏe.

“Khi các phi hành gia trở về Trái Đất, họ gặp khó khăn ngay cả khi chỉ di chuyển quanh nhà,” Ben Soares, nhà nghiên cứu y học không gian tại Đại học Boston, cho biết. “Ngay cả việc ngồi vào ghế cũng cần đến các nhóm cơ. Tất cả suy giảm khi không sử dụng.”

Một nghiên cứu về cặp anh em sinh đôi phi hành gia Scott và Mark Kelly cho thấy Scott già đi nhanh hơn so với người anh em vẫn ở lại Trái Đất. Vi trọng lực cũng làm thay đổi di truyền của Scott, bật hoặc tắt một số gene nhất định.

Nguy cơ ung thư cũng cao hơn với các phi hành gia, không chỉ vì bức xạ gây đột biến DNA. Màng tế bào được nâng đỡ bởi các protein nhỏ gọi là vi ống (microtubule) giúp giữ hình dạng tế bào. Khi lực hấp dẫn thay đổi — dù trên ISS lực hấp dẫn chỉ yếu hơn Trái Đất khoảng 10% — cấu trúc tế bào cũng thay đổi theo.

Trên Trái Đất, các vi ống giúp đảm bảo nhiễm sắc thể sao chép chính xác. Nhưng trong tình trạng vi trọng lực, các vi ống bị biến dạng, có thể dẫn đến phân chia tế bào bất thường, làm tăng khả năng hình thành ung thư.

“Bạn có thể nghĩ các phi hành gia chỉ đang trôi nổi trong không gian, nhưng tất cả các vi ống và biến dạng lớn ở màng tế bào ngoài thay đổi rất nhanh khi tiếp xúc với môi trường vi trọng lực,” Soares cho biết. “Ngày càng có nhiều người tự hỏi liệu những thay đổi này có đang xảy ra ở cấp độ gene hay không.”

Tuy nhiên, chính những tác động di truyền này cũng mở ra cơ hội độc đáo cho các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm các phương pháp chẩn đoán và điều trị mới. Ví dụ, nếu các nhà khoa học xác định được gene nào bị tắt trong môi trường vi trọng lực, họ có thể kích hoạt hoặc vô hiệu hóa gene đó một cách nhân tạo để điều trị cho bệnh nhân ung thư trên Trái Đất.

Nghiên cứu dược phẩm cũng có thể được hưởng lợi. Khi đưa lên quỹ đạo, các công ty dược có thể đẩy nhanh đáng kể quá trình thử nghiệm và đánh giá, vốn thường mất nhiều năm trước khi Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm (FDA) phê duyệt. Theo ông Marotta từ Phòng thí nghiệm Quốc gia ISS, khi chi phí thử nghiệm trong không gian giảm, phương pháp này có thể trở thành cách đánh giá nhanh các loại thuốc mà không cần phải chờ nhiều năm để thử nghiệm trên nhiều nhóm dân cư.

“Mỗi người phản ứng khác nhau với cùng một loại thuốc,” Marotta nói. “Chúng ta có hiện tượng kháng thuốc, thất bại trong điều trị, v.v… Trong khi đó, chi phí du hành không gian sẽ ngày càng thấp hơn trong tương lai.”

Bệnh nhân ung thư đang hóa trị cũng có thể tiết kiệm được thời gian quý báu. Trên Trái Đất, họ thường phải ngồi truyền thuốc trong khoảng 30 phút trước khi thuốc phát huy tác dụng vì phần lớn các loại thuốc không dễ tan trong nước. Nhưng các nhà khoa học tại Merck phát hiện rằng, trong môi trường không gian, thuốc điều trị ung thư nổi tiếng pembrolizumab (tên thương mại Keytruda) có thể được tiêm bằng mũi tiêm thông thường, vì các phân tử kết tinh lớn vốn thường kết tụ lại sẽ lơ lửng trong môi trường vi trọng lực.

Tuy vậy, Merck vẫn chưa tìm ra cách tiêm thuốc này trên Trái Đất. Tương tự, phương pháp xét nghiệm máu do các nhà nghiên cứu tại Đại học Notre Dame phát triển hiện chỉ hoạt động trong môi trường không gian, do vẫn chưa có cách mô phỏng hiệu quả vi trọng lực tại Trái Đất.

Những giới hạn này làm dấy lên câu hỏi: Liệu một ngày nào đó, bệnh nhân có thể được điều trị trong không gian để tận dụng lợi thế của môi trường không trọng lực? Theo giáo sư Soker, đây không phải là ý tưởng hoàn toàn viển vông, dù ông thừa nhận chi phí hiện tại là quá cao. ISS hiện chỉ có bảy phi hành gia và SpaceX được cho là thu khoảng 55 triệu USD cho mỗi hành khách du lịch không gian trong chuyến đi kéo dài từ ba đến tám ngày ở quỹ đạo thấp. Hy vọng là chi phí này sẽ giảm mạnh trong tương lai.

Bước tiến lớn tiếp theo, theo Soker, là xây dựng một cơ sở nghiên cứu quay quanh Trái Đất chuyên điều trị ung thư và các bệnh nghiêm trọng khác.

“Có thể chúng ta sẽ xác định được bệnh nhân nào thực sự có thể hưởng lợi từ môi trường không gian,” ông nói. “Nếu bạn sắp bỏ ra vài triệu đô để điều trị ung thư, thì bạn cần chắc chắn rằng điều đó thực sự mang lại hiệu quả.”

Một ngày nào đó, vi trọng lực thậm chí có thể giúp bệnh nhân hồi phục sau phẫu thuật nhanh hơn so với trên Trái Đất, Soker nói thêm.

“Làm lành vết thương trong môi trường áp suất cao diễn ra nhanh hơn. Đó là cơ sở của điều trị oxy cao áp.”

Tuy nhiên, trước khi mơ đến thế hệ phòng thí nghiệm mới quay quanh quỹ đạo, các nhà nghiên cứu hiện đang chịu áp lực phải tận dụng phòng thí nghiệm không gian duy nhất họ đang có — vốn cũng sẽ không còn tồn tại lâu nữa. ISS dự kiến sẽ bị phá hủy vào năm 2030, sau hơn ba thập kỷ hoạt động, điều đó có nghĩa là các nhà khoa học chỉ còn vài năm nữa để chạy đua trong hy vọng tạo ra đột phá y học.

“Trạm ISS đã hoàn thành sứ mệnh của nó,” Soker nói.

Nhiệm vụ then chốt hiện nay, theo Soker, là các nhóm nghiên cứu như của ông phải cho ra kết quả thực tiễn, đủ để mở khóa các nguồn tài trợ cho giai đoạn tiếp theo của nghiên cứu y sinh ngoài không gian.

Các nhà khoa học cũng đang hưởng lợi từ sáng kiến Cancer Moonshot của chính phủ Mỹ — một chương trình đổ ngân sách vào các nghiên cứu nhằm giúp cả bệnh nhân trên Trái Đất lẫn phi hành gia.

Trong thí nghiệm của Wake Forest, dự kiến được phóng lên không gian vào mùa xuân năm sau, các nhà khoa học sẽ lấy hai mẫu mô ung thư từ khoảng 20 bệnh nhân. Một mẫu sẽ giữ lại trên Trái Đất, mẫu còn lại sẽ được gửi lên ISS, để theo dõi sự khác biệt. Thử nghiệm sẽ được hoàn tất trong vòng một tuần, để tránh các tác động từ bức xạ vũ trụ.

Nếu thành công, theo Soker, đây có thể là tiền đề cho các xét nghiệm chẩn đoán ung thư trong không gian dành cho công chúng — có thể sẽ được triển khai trên trạm không gian y sinh học mới sau khi ISS ngừng hoạt động.

“Liệu chúng ta có thể thiết kế một trạm vũ trụ chuyên điều trị ung thư và có thể cả các bệnh khác?” Shoker tự hỏi, rồi trả lời chính mình: “Các tập đoàn dược phẩm lớn chắc chắn sẽ ủng hộ chương trình này.”

Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) dự kiến sẽ bị ngừng hoạt động vào năm 2030. Trước thời điểm đó, các nhà nghiên cứu đang chạy đua để tận dụng môi trường vi trọng lực nhằm phát triển các phương pháp xét nghiệm và điều trị ung thư tiềm năng. Ảnh: NASA