Tại sao cấy ghép não vẫn là điều bất khả thi?

Tại cơ sở bảo quản lạnh Alcor ở bang Arizona (Mỹ), hiện có hơn 150 đầu người được lưu trữ trong các buồng đông lạnh. Những người lựa chọn phương pháp này hy vọng rằng y học tương lai sẽ có thể hồi sinh các bộ não ấy trong những cơ thể mới.

Tuy nhiên, đến nay các nhà khoa học vẫn chưa thể hồi sinh một bộ não đã được đông lạnh bảo quản. Điều đó đặt ra câu hỏi: nếu các bộ não còn "tươi" ngay sau khi chết, tại sao không thể ghép chúng vào cơ thể khác ngay lập tức? Nói cách khác, vì sao cấy ghép não vẫn chưa thể thực hiện?

Theo Tiến sĩ Max Krucoff, trợ lý giáo sư phẫu thuật thần kinh tại Trường Y khoa Wisconsin, về lý thuyết đây có thể được xem như một ca ghép tạng. Thế nhưng, khác với việc ghép tim hay gan, ghép não sẽ tạo ra "một con người hoàn toàn mới". Ông cho rằng bản sắc, ý thức và khả năng tự chủ của con người đều nằm trong bộ não.

Bỏ qua những tranh cãi về khái niệm, trở ngại lớn nhất hiện nay là các bác sĩ chưa thể tái tạo kết nối tín hiệu giữa các dây thần kinh của hệ thần kinh trung ương, bao gồm não và tủy sống.

Trong cơ thể, các dây thần kinh ngoại biên, tức những dây thần kinh nằm ngoài não và tủy sống, vẫn có khả năng tái tạo ở mức nhất định. Sau khi được cấy ghép, chúng đôi khi có thể kết nối lại với các dây thần kinh lân cận. Nhưng với hệ thần kinh trung ương, tình hình hoàn toàn khác. Não người trưởng thành gần như không tạo ra tế bào thần kinh mới, hoặc nếu có thì cũng rất hạn chế.

Dù các tế bào thần kinh vẫn có thể hình thành liên kết mới trong suốt cuộc đời, cơ chế nền tảng cho học tập và ghi nhớ, giới khoa học vẫn chưa hiểu đủ rõ để điều khiển quá trình này phục vụ cho việc cấy ghép.

Ngay cả ý tưởng ghép một phần não, chẳng hạn như tiểu não, hiện cũng vượt quá khả năng của y học. Tiểu não chứa hàng triệu tế bào thần kinh chuyên biệt gọi là tế bào Purkinje, mà mỗi tế bào lại kết nối với hàng nghìn tế bào khác. Theo Krucoff, số lượng kết nối thần kinh tăng theo cấp số nhân, phức tạp đến mức vượt xa công nghệ hiện nay.

Về mặt lý thuyết, phương án "đơn giản" nhất là nối não với cơ thể tại vị trí tủy sống, bởi các kết nối ở đây ít phức tạp hơn trong não. Các bác sĩ có thể nối da, cơ, mạch máu, xương ở cổ và thậm chí sắp xếp lại các dây thần kinh tủy sống. Nhưng vấn đề cốt lõi vẫn chưa được giải quyết: làm thế nào để các tế bào thần kinh thực sự truyền tín hiệu cho nhau.

Đã từng có ca ghép não nào chưa?

Những thí nghiệm ghép đầu trên động vật đã xuất hiện từ đầu thế kỷ 20, sau khi các kỹ thuật khâu nối mạch máu phát triển. Phần lớn chó và khỉ tham gia thí nghiệm chỉ sống được vài ngày, do các nhà khoa học chưa thể duy trì hệ tuần hoàn ổn định hoặc ngăn hiện tượng đào thải miễn dịch.

Từ năm 1970, Tiến sĩ Robert J. White đã thực hiện các ca ghép đầu khỉ sang cơ thể khác. Sau phẫu thuật, các con vật vẫn có thể nhai và nuốt thức ăn. Điện não đồ cũng cho thấy não của chúng còn hoạt động. Dù vậy, không cá thể nào sống quá 9 ngày.

Năm 2013, bác sĩ phẫu thuật người Italia Sergio Canavero gây chú ý khi công bố kế hoạch thực hiện ca ghép đầu người đầu tiên. Ý tưởng này vấp phải làn sóng phản đối mạnh mẽ từ giới khoa học và đạo đức học.

Đến năm 2017, Canavero tuyên bố đã thực hiện thành công ca ghép đầu trên xác người. Tuy nhiên, nhà đạo đức sinh học Arthur Caplan của New York University khi đó gọi đây là "sự tiếp diễn của một trò lừa đảo đáng khinh bỉ", cho rằng dự án bỏ qua những trở ngại gần như không thể vượt qua như đào thải miễn dịch và việc kết nối bộ não với một hệ thần kinh hoàn toàn mới.

Liệu có thể cấy ghép mô thần kinh thay vì cả bộ não?

Dù việc thay toàn bộ não người hiện vẫn bất khả thi, giới khoa học đang theo đuổi hướng đi khác: cấy ghép tế bào gốc hoặc mô não nhân tạo để thay thế vùng não bị tổn thương.

Theo Ruslan Rust, trợ lý giáo sư nghiên cứu sinh lý học và thần kinh học tại Trường Y Keck thuộc University of Southern California, các tế bào gốc được lập trình để phát triển thành tế bào thần kinh có khả năng hòa nhập vào mạng lưới thần kinh sẵn có tốt hơn so với việc cấy trực tiếp các tế bào thần kinh trưởng thành.

Các tế bào gốc này sẽ được lấy từ chính cơ thể bệnh nhân để giảm nguy cơ đào thải miễn dịch, các dòng tế bào hiến tặng tiêu chuẩn hóa cũng có ưu điểm là dễ kiểm soát chất lượng hơn. Điều đó đồng nghĩa tế bào thần kinh từ mô của người này hoàn toàn có thể được cấy vào não người khác.

Liệu pháp tế bào gốc đã được thử nghiệm lâm sàng trong điều trị bệnh Parkinson, đột quỵ, chấn thương tủy sống và động kinh. Tuy vậy, hiện chưa có phương pháp nào được Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ phê duyệt để sử dụng thương mại.

Rust cho biết các nghiên cứu tương lai vẫn phải giải quyết nhiều rủi ro lớn. Ví dụ, tế bào gốc chưa biệt hóa hoàn toàn có thể phát triển thành khối u sau khi cấy ghép. Ngoài ra, các tế bào thần kinh mới cũng có thể làm rối loạn mạng lưới truyền tín hiệu vốn có của não bộ.

Theo ông, "câu hỏi trị giá hàng tỷ USD" hiện nay là làm sao biến các tế bào được cấy ghép thành đúng loại tế bào mong muốn, đồng thời đảm bảo chúng tích hợp chính xác vào khu vực cần thiết trong não.

Ngoài tế bào gốc, các nhà khoa học còn tạo ra những mô thần kinh nuôi cấy trong phòng thí nghiệm, gọi là organoid não. Một nghiên cứu công bố năm 2023 cho thấy organoid não người có thể sửa chữa phần vỏ não bị tổn thương ở chuột, hiện công nghệ này vẫn còn cách rất xa việc ứng dụng thực tế trên người.

Rust cho biết việc cấy ghép organoid còn phức tạp hơn cả cấy tế bào gốc riêng lẻ, vì các nhà khoa học phải giải quyết thêm bài toán cung cấp máu và nuôi dưỡng mô não mới sau khi cấy vào cơ thể.