Nghiên cứu khoa học không cần sử dụng động vật: Kỹ thuật mới mở lối cho ngành sinh học tương lai

[trungthuc]

Với việc phát triển và mở rộng vượt bậc của trí tuệ nhân tạo (AI), giới khoa học đang dần dần cho thay thế mô hình động vật với các kỹ thuật thông minh, nhanh chóng và chính xác hơn, nhân đạo hơn.

Việc sử dụng động vật trong nghiên cứu sinh học đã tồn tại hàng thế kỷ qua. (Ảnh: AI)

Những giới hạn của mô hình động vật
Chuột, thỏ, khỉ và nhiều loài động vật khác đã trở thành "người bạn đồng hành, không thể thiếu" trong phòng thí nghiệm trong suốt nhiều thế hệ qua. Chúng được cho sử dụng để kiểm tra độc tính của thuốc men, nghiên cứu về bệnh lý và thử nghiệm phương pháp điều trị mới. Tuy nhiên, nhiều bằng chứng về khoa học đã cho thấy các kết quả nghiên cứu trên động vật không luôn phản ảnh chính xác trong các phản ứng sinh học ở con người.

Theo số liệu từ Cơ quan An toàn Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA), có đến 90% loại thuốc qua nhiều cuộc thử nghiệm từng cho ra kết quả tích cực trên động vật lại gặp thất bại khi cho thử nghiệm trên người. Lý do là vì những sự khác biệt đáng kể về gene, cấu trúc sinh học và hệ miễn dịch giữa người và các loài động vật, khiến cho số liệu thu thập được từ động vật đôi khi không thể chuyển giao mức hiệu quả đúng đắn và chính xác.

Bên cạnh đó, việc duy trì mô hình nghiên cứu trên động vật sẽ gây tốn đi rất nhiều thời gian, chi phí cao và gây ra những tranh cãi về mặt đạo đức. Đây chính là động lực để cho giới khoa học phải đi tìm giải pháp thay thế thích hợp, và AI chính là một trong những hướng đi chứa đầy triển vọng tích cực.

Trí tuệ nhân tạo: cỗ máy sàng lọc số liệu và mô phỏng sinh học tương đối chính xác cao
AI có khả năng xử lý và phân tích khối lượng số liệu khổng lồ mà con người không thể thực hiện được trong một thời gian ngắn ngủi. Trong nghiên cứu về sinh học, AI có thể rà soát hàng trăm ngàn tài liệu khoa học, phân tích cấu trúc phân tử của hàng chục ngàn hợp chất, dự đoán mức độc tính, sự hiệu quả và cơ chế tác động của dược tính lên cơ thể người mà không cần phải qua thử nghiệm trên động vật.

Một cuộc nghiên cứu gần đây tại Mỹ cho thấy AI có thể dự đoán độc tính ở gan của hợp chất với độ chính xác lên đến 87%, cao hơn đáng kể so với nhiều phương pháp thử nghiệm hiện hành. Thậm chí, giới khoa học còn cho mô phỏng hơn 100,000 "chuột ảo" trên hệ thống máy tính để đem thử nghiệm mức hiệu quả cụ thể của nhiều loại thuốc điều trị, điều không thể thực hiện trong thế giới thực tế vì lý do đạo đức và mức kinh phí quá cao, chưa kể tốn kém nhiều thời gian.

AI cũng được đem ra ứng dụng trong các nghiên cứu về vắc xin COVID‑19, giúp cho rút ngắn đáng kể thời gian chế tạo ra vắc-xin. Với sự hỗ trợ của AI, giới khoa học có thể xác định nhanh vùng protein của virus (epitope) có khả năng tạo ra phản ứng miễn dịch, từ đó thiết kế ra laoi5 vắc-xin hiệu quả mà không cần sử dụng đến mô hình chuột truyền thống trong nhiều giai đoạn ban đầu.

AI không hoạt động đơn độc, mà thường được kết hợp với các kỹ thuật sinh học như mô cơ quan trên chip (organoids), mô in 3D hay hệ thống đa cơ quan (body-on-chip). Các mô hình này sử dụng tế bào người để mô phỏng chức năng sinh học của gan, tim, não... và khi kết hợp với AI, hệ thống có thể phân tích các phản ứng phức tạp của thuốc hoặc bệnh lý trong môi trường gần giống như cơ thể người.

Ví dụ, mô phổi nhân tạo được kết nối với AI để đánh giá mức độ xâm nhập của virus SARS-CoV-2 cho kết quả tương đương với thí nghiệm trên chuột, nhưng lại nhanh và chính xác hơn nhiều. Từ đó, các thử nghiệm có thể được thực hiện theo hướng cá nhân hóa dựa trên tế bào gốc của chính bệnh nhân, thay vì chỉ sử dụng mô hình động vật được tiêu chuẩn hóa như trước kia.

Định hình một kỷ nguyên không cần sử dụng động vật trong nghiên cứu sinh học
Sự kết hợp giữa AI và ckỹ thuật sinh học đang tạo ra nền tảng đột phá cho một kỷ nguyên mới: nghiên cứu không cần đến động vật. Điều này không chỉ giúp giảm thiểu chi phí và thời gian, mà còn nâng cao độ chính xác trong dự đoán về phản ứng thuốc, đặc biệt trong bối cảnh y học cá nhân hóa đang trở thành xu thế chủ yếu.

Nhiều quốc gia, trong đó có Hoa Kỳ, đã bắt đầu nới lỏng quy định bắt buộc cho thử nghiệm thuốc trên động vật trước khi tiến hành thử nghiệm lâm sàng. Đây là tín hiệu rõ ràng cho thấy thế giới khoa học đang có sự chuyển mình, từng bước tiến đến một mô hình nghiên cứu có hiệu quả cao, nhân đạo và hiện đại hơn nhờ sự trợ lực của trí tuệ nhân tạo (AI).