Sắp qua rồi cái thời các chuyên gia dược phẩm phải mò mẫm trong các phòng thí nghiệm hàng tháng trời để tìm ra một công thức thuốc đạt công hiệu tối ưu đối với bệnh tật. Những người bảo vệ động vật cũng sẽ vui mừng khi biết rằng không bao lâu nữa các thử nghiệm trên mô phỏng tin học sẽ thay thế hoàn toàn thử nghiệm ở động vật.
Phòng điều chế thuốc thời vi tính hóa
Trước mặt là những màn hình máy vi tính đang thể hiện trên 3 chiều cấu trúc của một enzym, các giáo sư của Trung tâm Nghiên cứu dược phẩm Roche ở Bale (Thụy Sĩ) đang mê mải làm việc. Khung cảnh khác hẳn các trung tâm nghiên cứu dược phẩm cổ điển với những ống nghiệm, những chai lọ cổ rụt cổ cong hay những vật dụng quen thuộc, cũ kỹ. Khách tham quan chỉ thấy hàng loạt chiếc máy vi tính đang chạy êm ru. Nhà nghiên cứu Klaus Gubernator gỡ chiếc kính phân cực đang đeo xuống và nói: "Rồi đây sẽ không còn cái cảnh lần mò, dò dẫm nghiên cứu chế tạo thuốc men. Tất cả sẽ được thay đổi nhờ công nghệ mẫu hình hóa trên máy vi tính". Cứ nhìn những gì đang diễn ra ở đây thì có thể thấy một cuộc cách mạng trong ngành chế tạo dược phẩm đã được khơi mào. Bởi lẽ chỉ mới gần đây thôi, các loại dược phẩm hầu như đều được phát minh, hoặc là ngẫu nhiên như trong trường hợp của thuốc penicilline, hoặc từ quá trình nghiên cứu cật lực đến cả hàng năm trời, thử nghiệm vất vả cả ngàn lần trên một mẫu thuốc nhằm khẳng định tính năng của thuốc đó.
Như ta đã biết, trong cơ thể người, các enzym, các hormon và nhiều chất tương tự khác đều được cấu tạo từ những protein có khả năng kích hoạt hay bất hoạt tế bào. Những tác động của chúng vào tế bào sở dĩ xảy ra được là nhờ các sinh chất; chính chúng ấn định những cơ chế sinh hóa trong cơ thể sinh vật như phân bào, đông máu, chuyển hóa thức ăn... và khi những tế bào hay mô bị bệnh sẽ không điều chỉnh được chính xác sự đóng mở ấy nữa, người ta phải can thiệp bằng những chiếc "chìa khóa hóa học", tức can thiệp bằng thuốc.
Việc điều chế thuốc hiện nay đòi hỏi phải tìm được các hợp chất hóa học có thể can thiệp tới sinh chất để phát huy hiệu dụng tối đa đồng thời hạn chế gây ra các tác dụng phụ. Tuy nhiên, có tới hàng triệu hợp chất "ứng cử viên" như vậy và người ta có thể phải mất 10 năm để xác định được loại thuốc phù hợp nhất từ số chất này và rồi mất thêm 10 năm để thử nghiệm thứ thuốc đó trước khi nó được phê duyệt.
Kỹ thuật sinh học phát triển đã cho phép các nhà khoa học cấy được những mẫu hình tế bào sống để thử hiệu ứng một hóa chất nào đó. Những năm gần đây, trữ liệu tin học trong những ngân hàng quốc tế. Hiện đã có hàng triệu mẫu gen được cất giữ trong các ngân hàng đặc biệt thuộc loại này như Ngân hàng gen Hoa Kỳ, Phòng thí nghiệm sinh vật học phân tử châu Âu đóng tại Heidelberg (Đức), Cơ quan Chemical Abstract tại Colombus, bang Ohio (Mỹ). Mạng internet sẽ giúp cho các nhà chế tạo dược phẩm có thể bất cứ lúc nào cũng có thể được quan sát mẫu hình cấu tạo của một phân tử tự nhiên hay nhân tạo. Ngay tức thời, trên màn hình máy vi tính sẽ hiện lên hình mẫu gen hay một mẫu phân tử đã được yêu cầu. Và nhà phát minh sáng chế tha hồ nối thêm vào chỗ này một nguyên tử mới hoặc cắt khỏi chỗ kia một phân đoạn không cần thiết. Hay chỉ với những thao tác đơn giản cùng con chuột máy tính, nhà nghiên cứu sáng chế có thể kiểm tra được một cách dễ dàng hợp chất nào có thể bất hoạt hay kích hoạt một phân tử.
Với công nghệ mẫu hình hóa phân tử, thời gian xác định các hợp chất phù hợp có thể giảm xuống và máy tính sẽ giúp nhanh chóng sàng lọc được những thành phần dược phẩm tiềm năng nhất đồng thời xác định chính xác từng kết hợp phân tử.
Những động vật thử nghiệm được cứu thoát
Công nghệ mẫu hình hóa trên máy vi tính không chỉ giúp các hãng dược phẩm dễ dàng tìm ra công thức thuốc có hiệu quả tối ưu mà còn làm thay đổi phương thức thử nghiệm thuốc, giúp đẩy nhanh quá trình hoàn thiện dược phẩm.
Mặc dù các phần mềm vi tính đầu tiên cho phép mô phỏng như thật một sinh vật sống chỉ mới bắt đầu xuất hiện cách đây không lâu nhưng những tiến bộ đã tăng rất nhanh. Ví dụ như các mô phỏng về quả tim hiện nay đã có thể thực hiện hàng nghìn tương tác phân tử liên quan như co thắt hay sóng điện của cơ tim. Các mô phỏng phổi, hệ tiêu hóa, thận, da, hệ cơ xương cũng đang được chuẩn bị. Trong tất cả các trường hợp, các mẫu hình mô phỏng này cho phép thử nghiệm một quá trình ở mức độ chính xác không thể thực hiện ở những con chuột và các động vật khác. Tuy nhiên, từ mô phỏng đến cuộc sống thật còn một khoảng cách. Theo nhà nghiên cứu Andrew McCulloch thuộc trường Đại học California, người đã sáng tạo ra một quả tim ảo, còn nhiều cơ chế sinh lý chưa được biết đến. Mỗi cơ chế chưa biết vẫn sẽ đòi hỏi một số thử nghiệm ở các động vật... trước khi được mô phỏng trên máy tính.
Chính bằng phương thức áp dụng công nghệ mẫu hình hóa và thử nghiệm ảo, xưởng chế tạo dược phẩm Hoffmann la Roche (Thụy Sĩ) đã bào chế được một nhóm thuốc chống đông máu khá hiệu nghiệm, chuyên trị chứng tắc nghẽn động mạch phổi. Cố nhiên, việc nghiên cứu, sáng tạo và thử nghiệm dược phẩm trên màn hình máy vi tính mới chỉ bước những bước đi đầu tiên. Cho đến nay, các hãng dược phẩm lớn mới chỉ đưa ra thị trường vài ba loại thuốc được sáng chế theo phương thức hiện đại này. Hiện hãng Roche đang quan tâm đến vài loại thuốc đặc trị cho một số bệnh hiểm nghèo. Hàng trăm chuyên viên nghiên cứu bậc cao của họ đang ngày đêm ra sức khai thác các kho phần mềm phục vụ cho công nghệ này. Roche muốn trở thành người đi đầu trong cuộc cách mạng kỹ thuật lớn lao này!
Hoàng Nga (Theo Economiste)