Nuôi tinh thể thuốc điều trị ung thư trong không gian: Hướng đi mới của ngành dược phẩm

Cụ thể, các nhà khoa học đang nuôi cấy những tinh thể siêu nhỏ của một loại thuốc tiềm năng điều trị ung thư trong điều kiện vi trọng lực trong một khoang tàu vũ trụ. Hai khoang còn lại được sử dụng để thử nghiệm vật liệu bảo vệ nhiệt và hệ thống dẫn đường, phục vụ quá trình các khoang tàu tái nhập khí quyển Trái Đất với tốc độ siêu vượt âm.

Những hoạt động này đánh dấu một bước tiến tuy nhỏ nhưng có ý nghĩa quan trọng, hướng tới hình thành một ngành công nghiệp mới được kỳ vọng mang lại giá trị kinh tế lớn: sản xuất dược phẩm và các vật liệu tiên tiến trong không gian.

Hệ thống tàu vũ trụ này thuộc sở hữu của Varda Space Industries, một công ty khởi nghiệp có trụ sở tại California (Mỹ). Ngày 1/10/2026, công ty đã phóng thành công hai khoang chứa trên cùng một tên lửa, tiếp nối bằng một vụ phóng khoang thứ ba vào ngày 20/10.

“Chúng tôi là công ty đầu tiên trong lịch sử nhân loại phóng đồng thời nhiều phương tiện thương mại có khả năng tái nhập khí quyển. Khi tần suất của các vụ phóng ngày càng tăng, viễn cảnh về việc sản xuất hàng hóa ngoài không gian, điều từng bị coi là ‘tương lai viển vông’, đang ngày trở nên hiện thực hơn”, ông Will Bruey, Giám đốc điều hành của Varda, khẳng định.

Sức mạnh của vi trọng lực trong công nghệ bào chế và vật liệu

Có nhiều lý do thúc đẩy các nhà khoa học đưa quy trình sản xuất một số loại vật liệu lên không gian. Trong đó, môi trường vi trọng lực là một trong những yếu tố then chốt.

Trên Trái Đất, trọng lực hấp dẫn khiến các hạt lơ lửng trong chất lỏng có xu hướng lắng đọng, đồng thời sự chênh lệch về mật độ sẽ tạo ra các dòng đối lưu. Cả hai hiện tượng này đều gây cản trở đến quá trình kết tinh.

“Nếu có thể loại bỏ những tác động của trọng lực, chúng ta sẽ điều khiển được các tinh thể phát triển theo một trật tự hoàn hảo và đồng nhất hơn rất nhiều”, TS. Meganne Christian, Giám đốc phụ trách các sứ mệnh sản xuất trong không gian tại Trung tâm Catapult Ứng dụng Vệ tinh (Satellite Applications Catapult) của Anh, giải thích.

Đối với ngành dược phẩm, khả năng kiểm soát quá trình hình thành tinh thể trong môi trường vi trọng lực có thể mở ra những phương thức bào chế thuốc mới. Kích thước, hình dạng và cấu trúc sắp xếp của các tinh thể dược chất có ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hòa tan, độ ổn định cũng như phương thức đưa thuốc vào cơ thể.

Nhờ công nghệ này, các loại thuốc vốn đòi hỏi phương pháp truyền tĩnh mạch phức tạp có thể được tái định hình và bào chế lại thành các dạng tiêm nhỏ gọn, tiện lợi hơn.

Không dừng lại ở dược phẩm, các vật liệu khác như chất bán dẫn - cốt lõi của mọi thiết bị từ điện thoại thông minh đến xe điện - cũng sẽ hưởng lợi lớn. Môi trường vi trọng lực cùng với điều kiện không có không khí có thể giúp tạo ra các tinh thể có độ tinh khiết cao hơn và ít khuyết tật hơn.

Hướng tới những “nhà máy tự hành” ngoài vũ trụ

Các nhà khoa học đã tiến hành các thử nghiệm sản xuất trong môi trường vi trọng lực suốt nhiều thập kỷ qua, đặc biệt là trên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS). Tuy nhiên, ISS chủ yếu đóng vai trò như một phòng thí nghiệm thử nghiệm cho các ý tưởng khoa học và dự kiến sẽ ngừng hoạt động vào khoảng năm 2030.

TS. Ryan Reeves, Phó trưởng nhóm khoa học của Phòng thí nghiệm Quốc gia ISS, cho biết: “Trạm ISS ngay từ đầu đã không được thiết kế tối ưu cho mục đích sản xuất quy mô công nghiệp.”

Hiện nay, một số doanh nghiệp đang phát triển các trạm vũ trụ thương mại nhằm thay thế ISS, trong khi những công ty khác tập trung thiết kế các phòng thí nghiệm chuyên dụng và hệ thống thiết bị phục vụ hoạt động nghiên cứu, thử nghiệm trên quỹ đạo.

Điển hình như BioOrbit (Vương quốc Anh) mới đây đã đưa một phòng thí nghiệm có kích thước tương đương chiếc lò vi sóng lên trạm ISS, đánh dấu bước đệm quan trọng cho việc sản xuất các loại thuốc ung thư tự tiêm.

Tuy nhiên, theo bà Christian, đối với hoạt động sản xuất quy mô lớn và một số quy trình công nghiệp nhất định, việc loại bỏ sự tham gia trực tiếp của con người là cần thiết. Bà cho rằng con người có thể mang theo các tác nhân gây ô nhiễm, tạo ra rung động và làm gia tăng đáng kể yêu cầu về an toàn trong quá trình sản xuất.

Đây chính là cơ sở ra đời của các “nhà máy tự hành” do Varda phát triển. Được mệnh danh là những thiết bị bay tự do (free-flyers), các thiết bị này được đưa lên không gian thông qua tên lửa của SpaceX. Tại đây, vật liệu có thể được xử lý và các thí nghiệm được tiến hành mà không cần sự hiện diện của phi hành gia.

Sau khi hoàn tất thí nghiệm, khoang chứa sẽ tách rời khỏi cụm tàu vũ trụ, đi vào khí quyển Trái Đất và sử dụng dù để hạ cánh an toàn xuống những khu vực không có người sinh sống.

Tính đến thời điểm hiện tại, Varda là doanh nghiệp đạt được nhiều tiến triển nhất trong việc hiện thực hóa mô hình này khi đã thu hồi thành công nhiều khoang chứa từ quỹ đạo. Công ty lên kế hoạch triển khai thêm 7 sứ mệnh vào năm 2027 và 10 sứ mệnh khác vào năm 2028.

Khả năng tiến hành thí nghiệm với tần suất cao có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với lĩnh vực phát triển dược phẩm. Michael Reilly, Giám đốc chiến lược của Varda, cho rằng việc phải chờ đợi quá lâu giữa các lần thử nghiệm sẽ không phù hợp với tốc độ phát triển của ngành dược phẩm hiện đại.

Hướng tới thương mại hóa sản xuất vật liệu trong không gian

Trong khi Varda tập trung lĩnh vực y dược, nhiều doanh nghiệp khác lại hướng đến việc chế tạo các loại vật liệu đặc thù.

Chẳng hạn, công ty Space Forge (xứ Wales, Anh) đang nghiên cứu một phương pháp lai ghép. Theo đó, các tinh thể bán dẫn được nuôi cấy trên tàu vũ trụ sẽ được đưa trở lại Trái Đất và sử dụng làm vật liệu mầm để tiếp tục phát triển các tinh thể với số lượng lớn hơn. Quy trình này tương tự việc sử dụng men cái trong sản xuất bánh mì lên men tự nhiên.

Tàu vũ trụ đầu tiên của công ty, ForgeStar-1, gần đây đã chứng minh được một số quy trình cần thiết để chế tạo các tấm wafer mầm bán dẫn (seed wafers). Tuy nhiên, hệ thống này vẫn chưa sản xuất được vật liệu hoàn chỉnh và đưa sản phẩm trở lại Trái Đất.

Loạt vụ phóng của Varda, là minh chứng cho thấy lĩnh vực sản xuất vũ trụ đang bước vào một bước ngoặt lịch sử. Tuy nhiên, “Không phải ứng dụng nào cũng khả thi về mặt thương mại", TS. Christian lưu ý. “Chúng ta cần chắt lọc những ứng dụng mang lại giá trị cao nhất, nơi việc sản xuất trong môi trường vi trọng lực thực sự phát huy sức mạnh không thể thay thế”.

Song song với đó, các cơ quan quản lý cũng sẽ cần phải điều chỉnh khung pháp lý để thích ứng. Dự kiến vào cuối năm nay, Cơ quan Quản lý Thuốc và Sản phẩm chăm sóc sức khỏe Vương quốc Anh (MHRA) sẽ ban hành kế hoạch hướng dẫn chi tiết về cách thức áp dụng các quy định y tế hiện hành đối với dược phẩm được sản xuất ngoài không gian./.

MN