Con người đang tăng tốc mạnh mẽ trước áp lực của COVID-19: Từ AI, vắc-xin đến chỉnh sửa gen và du hành vũ trụ

Khi Taavet Hinrikus có mặt tại WIRED Health 2021, một hội nghị trực tuyến quốc tế cùng với các bác sĩ, nhà công nghệ và chuyên gia y tế hàng đầu thế giới để bàn về cách đại dịch COVID-19 thay đổi ngành chăm sóc sức khỏe, anh đã kể lại một câu chuyện cũ.

Đó là một buổi sáng năm 2003, "tôi đang ở trong một hành lang thiếu ánh sáng ở ngoại ô Estonia, nơi từng thuộc Liên bang Xô Viết để cố gắng thực hiện cuộc gọi Skype đầu tiên. Máy tính của tôi không được trang bị micro. Tôi thậm chí tôi còn chẳng tìm ra vị trí để cắm tai nghe vào".

Hinrikus sau đó đã trở thành nhân viên đầu tiên của Skype và góp phần đưa nền tảng gọi điện trực tuyến này lên vị trí dẫn đầu thế giới.

Trước đây, nếu muốn gọi điện thoại quốc tế đường dài, bạn phải gọi trước đến tổng đài và nhờ nhà mạng kết nối cuộc gọi của bạn đến một nhà mạng khác rồi mới tới được người bạn muốn gọi. Nhưng bây giờ, bạn chỉ cần dùng Skype.

Để chuyển tiền quốc tế cũng vậy, bạn phải đến ngân hàng, đưa cho họ một số tiền theo tỷ giá hối đoái. Ngân hàng sẽ kết nối với một ngân hàng khác rồi mới chuyển số tiền cho người bạn muốn gửi. Nhưng cũng với một ứng dụng điện thoại tên là Wise, bây giờ bạn có thể làm điều đó trong tích tắc.

"Đây là ví dụ về những sản phẩm đã phát triển để trở nên tốt hơn gấp 10 lần trong vòng những năm qua", Hinrikus nói. "Vậy mà bây giờ khi đi khám bệnh, tôi có cảm giác chúng ta vẫn đang ở vào thập niên 90 của thế kỷ trước. Bạn đặt lịch hẹn qua điện thoại, bạn phải đi tới bệnh viện, đăng ký, đợi bác sĩ loanh quanh rồi lại phải đợi nhiều ngày mới có kết quả".

Hinrikus cho rằng lĩnh vực y tế đang dậm chân tại chỗ quá lâu khi công nghệ chưa đâm thủng được những hàng rào quan liêu. Quá trình khám bệnh hiện vẫn làm tốn thời gian của cả bệnh nhân và bác sĩ. Vì vậy, ông đã lập ra Certific, một công ty khởi nghiệp sức khỏe với mong muốn thay đổi điều đó.

Certific đã được sử dụng trong đại dịch tại Anh để cung cấp một nền tảng xét nghiệm COVID-19 tại nhà. Người dùng chỉ cần mở ứng dụng, xác minh danh tính của họ, đăng ký xét nghiệm và sẽ có người gửi cho họ một bộ kit lấy mẫu tới tận cửa.

Sau đó, người dùng sẽ xem video hướng dẫn tự lấy mẫu trên Certific và thực hiện thủ tục mà không cần tiếp xúc nhân viên y tế, không có nguy cơ lây nhiễm chéo. Mẫu bệnh phẩm của họ sẽ được thu thập và gửi tới phòng thí nghiệm PCR, nơi chúng được phân tích. Kết quả sẽ được trả ngay lập tức sau khi xét nghiệm PCR hoàn thành.

Người dùng sau đó sẽ được cấp một chứng nhận âm tính kỹ thuật số với mã QR. Và họ có thể dùng nó cho nhiều mục đích như đi làm, đi du lịch quốc tế mà không cần phải xét nghiệm lại trong thời gian ngắn.

"Giải pháp bây giờ trông vẫn hơi giống một món đồ chơi, nhưng nó sẽ sớm trở thành một công cụ không thể thiếu trên toàn cầu", Hinrikus nói. "Khi những món đồ chơi bắt đầu được cải tiến với tốc độ đáng kể, thì những thứ từng bị chê cười sẽ trở thành một công cụ quyền lực".

Và điều đó cũng đúng với những công nghệ y tế khác đang được tăng tốc phát triển để đáp ứng với COVID-19. Đại dịch dường như đang đặt ra những "deadline" mà ở đó, tốc độ, sự tập trung cũng như áp lực đang giúp các nhà khoa học đạt được những tiến bộ chưa từng có. Dưới đây là những câu chuyện tương tự được kể lại tại WIRED Health 2021.

Benevolent AI là một câu chuyện điển hình cho thấy trí tuệ nhân tạo có thể giúp ích cho con người trong việc tăng tốc thử nghiệm sàng lọc thuốc. Công ty trí tuệ nhân tạo có trụ sở tại Anh đã tham gia vào cuộc đua chống lại virus ngay từ tháng 1 năm 2020, khi dịch bệnh mới đang xảy ra ở Trung Quốc và virus corona mới còn chưa được đặt tên chính thức.

Họ đã tìm hiểu bộ gen của nó và đưa các thông tin này chạy qua một thuật toán xử lý ngôn ngữ tự nhiên được chỉnh sửa cho các tập dữ liệu thông tin y sinh chứa các loại thuốc phù hợp với cơ chế lây nhiễm của virus.

Joanna Shields, Giám đốc điều hành của Benevolent AI cho biết mục tiêu của AI là sàng lọc qua hàng triệu các hợp chất và các loại thuốc hiện có, để xem loại thuốc hoặc hợp chất nào có thể thể ức chế sự xâm nhập của virus, ngăn chặn sự nhân lên của nó và tạo được phản ứng chống viêm để giúp hạn chế sự ảnh hưởng của cơn bão cytokine, nguyên nhân gây tử vong cho bệnh nhân COVID hay không.

Công việc nếu được thực hiện một cách thủ công bởi các nhà khoa học có thể tốn kém hàng năm trời. Nhưng với AI, kết quả gần như ngay lập tức được trả về. Chỉ sau vài tiếng đồng hồ chạy thuật toán, Benevolent AI đã có thể xác định được baricitinib, một loại thuốc điều trị viêm khớp dạng thấp sẽ có tác dụng với COVID-19.

"Chúng tôi đã khám phá ra loại thuốc này có đặc tính kháng virus, điều mà chưa một ai từng biết đến trước đây", Shields nói. "Nếu không có sự hỗ trợ của AI và máy học, sẽ không một nhà khoa học nào có thể phát hiện ra thuốc baricitinib có khả năng điều trị COVID-19".

Phát hiện của Benevolent AI khiến chính nhà sản xuất thuốc baricitinib, công ty dược phẩm Eli Lilly cũng phải bất ngờ.

Thử nghiệm lâm sàng sau đó đã được tiến hành để xác nhận baricitinib có hiệu quả lên tới 71% tỷ lệ tử vong ở bệnh nhân cao tuổi mắc COVID-19. Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) đã cấp phép sử dụng khẩn cấp cho baricitinib bên cạnh remdesevir để điều trị cho bệnh nhân tại Mỹ.

Shields cho biết baricitinib đánh dấu một cột mốc lần đầu tiên AI giúp con người tìm ra một loại thuốc đi đến thử nghiệm lâm sàng và được cấp phép. "Chúng tôi đã đi từ máy tính, qua những băng ghế phòng thí nghiệm và đến đầu giường bệnh nhân trong một thời gian kỷ lục", Shields nói.

Sự ưu việt của AI nằm ở chỗ nó có thể đào bới và phân tích một kho dữ liệu thông tin y sinh khổng lồ. "Các phương pháp thu thập dữ liệu truyền thống tốn rất nhiều thời gian, dễ xảy ra sai sót và tốn kém", Shields cho biết. "Các nhà khoa học một mình sẽ không thể tổng hợp và hiểu được hết tất cả những thông tin có trong vũ trụ khoa học rộng lớn".

Vì vậy, AI là thứ duy nhất có thể giúp con người làm được điều này. Các thuật toán học máy có thể giúp các nhà khoa học "thẩm vấn" lượng dữ liệu khổng lồ và đưa ra các giả thuyết chất lượng, có độ chính xác cao trong khoảng thời gian ngắn. Đó chính là một tương lai mới của nghiên cứu y học.

Khi Ugur Sahin, Giám đốc điều hành của công ty công nghệ sinh học BioNTech của Đức, lần đầu nói về vắc-xin COVID-19 mà họ đang phát triển, ông chỉ hi vọng nó đạt được hiệu quả 60%:

"Tôi biết rằng chúng tôi đã có được một loại vắc-xin gần như hoàn hảo, bởi vì chúng tôi hiểu mình phải làm gì để kích hoạt được hệ thống miễn dịch trên người. Nhưng điều mà chúng tôi chưa biết là liệu kẻ thù của chúng ta, chủng virus này sẽ đáp ứng với vắc-xin ở mức độ nào".

Thế nhưng chỉ vài tuần sau đó, dữ liệu thử nghiệm lâm sàng giai đoạn III của vắc-xin Pfizer-BioNTech đã xác nhận nó hiệu quả tới 95%. "Hóa ra chúng tôi đã có thể tấn công virus một cách chính xác và hiệu quả cao đến vậy", Sahin nói.

Đối với ông và các cộng sự thân thiết của mình, thành công này là kết quả của một cuộc hành trình bắt đầu từ 25 năm trước, khi Sahin lần đầu tiên biết đến công nghệ mRNA. "mRNA là một phân tử được các tế bào cơ thể người sử dụng để cung cấp thông tin cho quá trình sinh protein trong tế bào. 

Ý tưởng cơ bản của liệu pháp mRNA là sử dụng phân tử này để cung cấp thông tin đến các tế bào người. Tùy loại thông tin, bạn sẽ có một sản phẩm tương ứng. Nếu bạn cung cấp thông tin để dạy hệ thống miễn dịch về mầm bệnh, trong trường hợp này là một virus, bạn sẽ có được vắc-xin", Sahin giải thích.

Ứng dụng đầu tiên của công nghệ mRNA là trong liệu pháp điều trị miễn dịch ung thư. Vào cuối năm 2019, BioNTech đã tiến hành được rất nhiều chương trình nghiên cứu ung thư, trong đó có một chương trình nhằm phát triển vắc-xin cá nhân hóa cho từng bệnh nhân.

"Ý tưởng đằng sau đó là lấy một phần thông tin di truyền từ khối u và tạo ra vắc-xin trong thời gian ngắn nhất. Vắc-xin này có thể cho cá nhân hóa cho từng bệnh nhân", Sahin nói.

"Chúng tôi có khả năng thiết kế vắc-xin mRNA theo trình tự gen. Thông thường phải mất nhiều năm để làm được điều đó, nhưng chúng tôi đã thiết lập được các công nghệ cho phép tạo ra một loại thuốc chỉ trong vòng vài tuần".

Các loại vắc-xin mRNA vốn là một điều gì đó lạ lẫm với toàn thể nhân loại, cho đến khi đại dịch COVID-19 xuất hiện. BioNTech đã ngay lập tức chuyển hướng nghiên cứu của mình sang vắc-xin chống lại virus SARS-CoV-2.

"Chúng tôi bắt đầu bằng cách tạo ra 20 ứng cử viên vắc-xin", Sahin nhớ lại. Các ứng cử viên này được sàng lọc để đi tới thử nghiệm lâm sàng bắt đầu vào tháng 4 năm đó. BioNTech đã liên hệ với công ty dược phẩm Pfizer của Mỹ để giúp đẩy nhanh quá trình.

"Chúng tôi gọi nó là Dự án Lightspeed", Sahin nói. "Chúng tôi biết mình không có thời gian để lãng phí và chúng tôi sẽ làm điều đó nhanh nhất có thể, phá vỡ các quy tắc phát triển vắc-xin truyền thống - nơi bạn làm mọi việc theo trình tự, bạn không làm việc vào cuối tuần, bạn không làm việc buổi tối. Thay vào đó, chúng tôi xây dựng một chương trình 24/7 và tiến hành song song nhiều công việc".

Sau khi tìm ra được một ứng cử viên vắc-xin thành công, việc sản xuất nó trên quy mô lớn tiếp tục là một thách thức đối với BioNTech và Pfizer. "Vào cuối năm 2019, công nghệ đã cho phép chúng tôi sản xuất 10.000 liều vắc-xin. Nhưng chúng tôi sẽ phải mở rộng hệ số sản xuất đó lên khoảng 300.000 liều", Sahin nói.

Các thành phần vắc-xin khác nhau được sản xuất bởi các nhà sản xuất khác nhau trên toàn thế giới, vì vậy BioNTech đã phải tạo ra một mạng lưới hợp tác giữa nhiều công ty trên toàn cầu.

"Ví dụ, khi chúng tôi yêu cầu các công ty sản xuất cho chúng tôi các hạt nano lipid trên quy mô đó, họ nói rằng họ không thể làm được và sẽ mất 18 tháng", Sahin nói. "Nhưng chúng tôi biết mình cần phải nhanh hơn nhiều. Chúng tôi đã phải thúc giục tất cả các công ty khác làm việc như Lightspeed".

Nhìn về phía trước, Sahin biết thành tựu của anh ấy và BioNTech bây giờ đã đại diện cho một cột mốc quan trọng - sự chấp thuận của loại thuốc mRNA đầu tiên trong lịch sử. Và nó có thể thay đổi mọi thứ, bắt đầu một trang sử mới cho y học.

"Điều này sẽ mở ra một ngành công nghiệp hoàn toàn mới. Chúng tôi muốn phát triển các sản phẩm chữa bệnh truyền nhiễm và ung thư, nhưng chúng tôi cũng muốn xây dựng một loại hình công ty dược sinh học mới, để cung cấp các loại thuốc giúp giải quyết nhiều tình trạng bệnh tật đang đem lại cho nhân loại sự đau khổ. COVID-19 mới chỉ là bước khởi đầu", Sahin nói.

Giáo sư George Church, nhà hóa học đồng thời là một kỹ sư gen phân tử tại Đại học Harvard cho biết những đại dịch như COVID-19 có thể mở ra một hướng đi cho lĩnh vực chỉnh sửa gen người, nhằm bảo vệ nhân loại khỏi các loại bệnh tật truyền nhiễm từ virus.

Điều này có thể được thực hiện bằng cách tích hợp các đoạn codon của virus vào bộ gen người. Codon là các bộ ba nucleotide chịu trách nhiệm sản xuất ra protein. Nếu bạn có thể tích hợp codon của virus vào bộ gen người, bạn có thể tạo ra các protein của chúng, kích hoạt hệ miễn dịch và đề kháng với virus.

Nói cách khác, chính bộ gen của bạn sẽ trở thành một nhà máy sản xuất vắc-xin trọn đời cho cơ thể. Việc nạp codon vào bộ gen khi đó cũng giống như cài một phần mềm diệt virus cho máy tính.

"Một chiến lược để loại bỏ tất cả các loại virus là giải mã codon. Lấy một hoặc hai codon và hoàn toàn ánh xạ lại chúng thành một mã đồng nghĩa", Church nói. "Đây là cách để tạo ra một số lượng lớn các thay đổi trong bộ gen giúp bạn có khả năng chống lại gần như tất cả các loại virus. Chúng tôi hiện đang áp dụng điều này cho nhiều sinh vật và tất cả các loại virus. Chúng tôi nghĩ rằng nó có thể được áp dụng đối với bất kỳ sinh vật nào".

Điều đó có nghĩa là ông ấy ám chỉ tới cả con người. Trên thực tế, việc chỉnh sửa gen người hiện vẫn vấp phải rất nhiều rào cản về mặt đạo đức. Nhưng một số nhà khoa học cho biết lĩnh vực này đang phát triển rất nhanh và mọi thứ hoàn toàn có thể đổi chiều trong tương lai.

Chúng ta đang ở trong một cuộc cách mạng theo cấp số nhân về bộ gen, Church giải thích. "Ban đầu, việc giải mã một bộ gen của con người có giá 3 tỷ USD và không hữu ích về mặt lâm sàng. Nhưng chỉ trong vòng một thập kỷ, chúng ta đã làm giảm được chi phí đi 20 triệu lần và tăng chất lượng giải mã gen lên gấp 100.000 lần".

Các công cụ chỉnh sửa gen như CRSIRP cũng đã phát triển được đến một mức độ tinh vi nhất định, cho phép chúng ta chỉnh sửa gen người để tạo ra các liệu pháp chữa trị ung thư như liệu pháp miễn dịch CAR-T.

Một hướng nghiên cứu khác là sử dụng kỹ thuật chỉnh sửa gen để tạo ra các nội tạng cấy ghép phù hợp với bộ gen của bệnh nhân, do đó, không bị đào thải bởi hệ miễn dịch. "Điều này nhằm giải quyết cuộc khủng hoảng cấy ghép, nơi hàng triệu người có thể hưởng lợi từ một số loại liệu pháp tế bào hoặc nội tạng", Church nói.

Vì vậy trong một tương lai khi lĩnh vực gen phát triển đến một mức độ an toàn và hiệu quả nào đó, không chỉnh sửa gen người mới được gọi là phi đạo đức thay vì bị tranh cãi như hiện nay.

Beth Healey, một bác sĩ từng đến Nam Cực để nghiên cứu tác động của sự cô lập lên tâm sinh lý các phi hành gia cho biết: Đại dịch COVID-19 là một cơ hội để chúng ta quan sát các hiệu ứng đó ngay tại nhà và bên trong các bệnh viện.

"Tôi đã có mặt ở sân ga Concordia, Nam Cực. Ở đó, các phi hành đoàn phải chịu đựng nhiệt độ lên tới âm 80 độ C và hơn 105 ngày không nhìn thấy bất kỳ tia nắng mặt trời nào. Chúng tôi cũng hoàn toàn ngắt kết nối với phần còn lại của thế giới trong 9 tháng, ngay cả trong trường hợp khẩn cấp. Điều này thực sự thú vị đối với các cơ quan không gian bởi vì khi chúng ta muốn đi xa hơn và sâu hơn vào vũ trụ, các phi hành gia sẽ ngày càng bị cô lập", Healey nói.

Chuyến thám hiểm Concordia là một phần trong nghiên cứu của cô về những thách thức của sứ mệnh không gian trong tương lai. Mục đích chính của nó là tìm hiểu hành vi của con người sẽ thay đổi ra sao trong các chuyến đi bị cô lập này.

"Nhưng có một điểm quan trọng nữa, đó là khi các phi hành gia trở về nhà, chuyện gì sẽ diễn ra với họ", Healey nói. "Bản thân tôi thực sự rất hào hứng khi được trở về nhà, nhưng tôi nghĩ rằng nhiều người trong chúng tôi cảm thấy khá lạc lõng. Đây là điều mà bạn có thể liên tưởng tới tình trạng của đại dịch hiện tại, những gì có thể xảy ra khi các quốc gia mở cửa trở lại và mọi người thoát khỏi sự cô lập".

Khi Healey trở lại London từ Nam Cực, cô đã phải tập hòa nhập lại cuộc sống ở quê nhà và điều chỉnh lại nhiều khía cạnh bình thường của cuộc sống: Cô cảm thấy lúng túng trong một xã hội mà xung quanh có nhiều người. Cô cảm thấy lo lắng khi đi xe buýt, phải học lại cách lái xe.

"Cuộc sống ở Nam Cực rất đơn giản, bạn không có những phiền nhiễu mà bạn có trong một cuộc sống bình thường", Healey nói. "Vì vậy, tôi cũng như nhiều người khác đã phải vật lộn khi cố gắng quay trở lại cuộc sống vốn có của mình. Có quá nhiều sự hỗn loạn ở đó, khi phải đưa ra các quyết định chẳng hạn như lựa chọn 1 trong số 60 nhãn hiệu bột giặt".

Trên thực tế, đó không phải chỉ là vấn đề tâm lý. Trước khi tham gia thí nghiệm ở Nam Cực và sau khi trở về, Healey và các tình nguyện viên đã được chụp cắt lớp não và cộng hưởng từ để kiểm tra những thay đổi có thể xảy ra.

"Chúng tôi đã thấy những thay đổi về chức năng trong não khi quét MRI sau khoảng thời gian cách ly", Healey nói. "Không phải là bạn quên cách để làm những việc thường ngày, chỉ là bạn trở nên kém hiệu quả hơn một chút khi làm chúng. Tôi thấy mình có chút chậm chạp và vụng về. Và tôi rất thất vọng khi quên cả số PIN của mình. Nhiều người đã cảnh báo tôi điều đó có thể xảy ra. Nhưng tôi vẫn không tin nổi mình lại gặp phải vấn đề đó".

Tuy nhiên, vẫn có những mặt tích cực trong hoàn cảnh bị cô lập đến cùng cực. Một ví dụ là về ý thức cộng đồng có thể được đổi mới. "Chúng ta có thể có những mục tiêu chung, một mục tiêu mà tất cả chúng ta đang hướng tới". Healey nói.

Cô cảm thấy điều này một cách đặc biệt rõ ràng sau khi trở lại London và làm việc tại khu điều trị tích cực ICU dành cho bệnh nhân COVID-19. "Điều trị bệnh nhân nhiễm COVID-19 đã thực sự mang chúng tôi lại gần với nhau như một hệ thống chăm sóc sức khỏe. Tôi thực sự hy vọng rằng tình bạn thân thiết đó vẫn sẽ tiếp tục sau đại dịch".

Một khía cạnh tích cực khác mà Healey nhấn mạnh là cái mà các phi hành gia gọi là hiệu ứng tổng quan. Sự cô lập cho phép họ ngừng bị cuốn vào những gì xảy ra thường ngày, trong cuộc sống dưới Trái Đất, và bắt đầu đánh giá lại ý nghĩa của mọi thứ, bao gồm cả cuộc sống của họ.

Vì vậy, trong khoảng thời gian bị cô lập vì giãn cách xã hội, mọi người có thể có được những góc nhìn mới mẻ hơn về thế giới cũng như cuộc đời của chính mình. "Hầu hết tất cả chúng ta chưa từng đến Nam Cực, nhưng bạn có nghĩ đại dịch đã đem đến cho chúng ta một cơ hội thực sự để lùi lại một bước, tách biệt khỏi cuộc sống hàng ngày và nghĩ về những gì chúng ta muốn làm trong tương lai, và cách chúng ta muốn tương lai đó sẽ diễn ra như thế nào?".

Tham khảo Wired