Mở rộng giới hạn nghiên cứu của sinh học
Từ trái sang phải: George Church, Jim Collins, Mike Levin, Pam Silver, Ting Wu.
George Church: vào năm 2030, chúng tôi hy vọng sẽ thấy các thử nghiệm lâm sàng được thực hiện ở người trong việc cấy ghép các bộ phận được tạo ra từ lợn và protein được chỉnh sửa từ bộ gen được mã hóa. Toàn bộ hệ gen có thể được điều chỉnh, thay thế với chất lượng cao và chi phí phù hợp, giúp điều trị các bệnh hiếm gặp. Hình ảnh y khoa chắc chắn sẽ nâng cao chất lượng, chụp được cận cảnh (độ phân giải 5 nm) và mọi pixel sẽ đem lại thông tin quý giá về DNA, RNA, protein hay sự di truyền. Cuối cùng, chúng tôi hy vọng sẽ thấy ngành sinh học tổng hợp tác động đến quá trình cô lập carbon thông qua các loài thực vật và tảo kháng virus.
Jim Collins: tôi tin tưởng, sinh học tổng hợp sẽ trỗi dậy để giúp y học phát triển trong thập kỷ tới thông qua việc phát triển các phương pháp chẩn đoán và liệu pháp tế bào, gen thế hệ tiếp theo. Nghiên cứu cơ bản trong sinh học phân tử cũng rất giàu tiềm năng “cất cánh”, tôi tin vào khả năng các nhà khoa học sẽ tạo được các công cụ mới, hiện đại hơn để thăm dò và phân tích các chức năng phức tạp của các tế bào sống.
Mike Levin: hiểu rõ về điện sinh học, cơ chế sinh học và những quá trình phiên mã cho phép các tế bào hợp tác để hướng tới các mục tiêu quy mô lớn là chìa khóa của y học tái tạo, dị tật bẩm sinh, tái lập trình ung thư, lão hóa, sinh học tổng hợp và thậm chí cả trí tuệ nhân tạo mới. Có thể khai thác khả năng ra quyết định, trí nhớ và trí thông minh của nhóm tế bào sẽ dẫn đến những bước tiến đột phá trong khoa học nhận thức, điều khiển học, sinh học phát triển và khoa học máy tính.
Pam Silver: các kỹ thuật sinh học sẽ đóng một vai trò quan trọng trong hỗ trợ sự sống cho 10 tỷ người, bằng cách thực hiện các hệ thống sinh học an toàn, nhanh hơn và dễ dự đoán hơn. Để nuôi sống thế giới và giảm thiểu biến đổi khí hậu, những tiến bộ trong sinh học tổng hợp sẽ bao gồm việc tăng cường sử dụng ánh sáng mặt trời, song song với giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Khả năng đáp ứng nhanh chóng với dịch bệnh và thiết kế các liệu pháp tốt hơn sẽ là một bước tiến quan trọng cho lĩnh vực này. Và khi chúng ta tập trung vào việc giải quyết các vấn đề trên trái đất, sinh học tổng hợp cũng sẽ đóng một vai trò hỗ trợ quan trọng giúp chúng ta thực hiện được những hoạch định tương lai của thám hiểm không gian.
Chẩn đoán và điều trị bệnh
Từ trái sang phải: Eugene Goldfield, Don Ingber, Samir Mitragotri, David Walt.
Eugene Goldfield: các hệ thống robot trị liệu trong 10 năm tới sẽ không còn được coi là những robot. Các bộ phận và hệ thống kiểm soát của chúng sẽ dựa trên phân tử nên sẽ có khả năng gần giống với hệ thống miễn dịch của con người. Ranh giới giữa sự sống và nhân tạo sẽ tiếp tục mờ đi trong thập kỷ này, đòi hỏi sự quan tâm lớn hơn trong phạm trù đạo đức.
Don Ingber: sự phát triển thú vị nhất trong lĩnh vực trị liệu và chẩn đoán sinh học chính là một mô hình mới cho sự phát triển thuốc điều trị kết hợp với những cải tiến độc đáo để tạo nên một hệ thống nhanh hơn, rẻ hơn và giảm tác hại đối với động vật và con người trong các thử nghiệm lâm sàng và tiền lâm sàng. Tôi đặc biệt vui mừng về khả năng ngày càng tăng của chúng ta trong việc phân tích các phản ứng sinh lý của con người như thực hiện với số lượng lớn, sàng lọc dựa trên kiểu hình của các sinh vật mẫu, khả năng mô phỏng động lực phân tử mới, mở rộng ứng dụng công nghệ học sâu để giải quyết các vấn đề lâm sàng cụ thể.
Samir Mitragotri: thập kỷ tiếp theo trong ngành dẫn truyền thuốc sẽ làm nổi bật vai trò của các tế bào là “thuốc” và “người vận chuyển”. Không giống như các loại thuốc trong quá khứ, các tế bào là các thực thể sống có khả năng di chuyển trong cơ thể để đến các điểm đến mà hầu hết thuốc truyền thống không thể tới được. Chiến lược trị bệnh bằng cách cung cấp các phương pháp trị liệu bằng tế bào sống này sẽ yêu cầu các cách tiếp cận mới và sẽ tạo ra cơ hội sử dụng các tế bào làm vật mang thuốc đến những mô khó tiếp cận. Được quan tâm đặc biệt là các loại thuốc có khả năng khai thác hoặc kiểm soát hệ thống miễn dịch để điều trị ung thư, các bệnh tự miễn và dị ứng. Chiến lược trị bệnh dựa trên các tế bào miễn dịch và can thiệp miễn dịch sẽ đóng vai trò chính trong nghiên cứu và công nghệ dẫn truyền thuốc 10 năm tới.
David Walt: trong 10 năm tới, chúng ta sẽ nhận ra những thành quả tiềm năng của ngành y khoa và chăm sóc sức khỏe có tính cá nhân hóa dành riêng cho mỗi người, tiến tới một hệ thống cho phép chúng ta theo dõi sức khỏe của mỗi cá nhân bằng những dấu hiệu sinh học quan trọng và so sánh các kết quả đó với các kết quả đo của chính họ ở những thời điểm trước đây, nó khác với cách theo dõi và đánh giá sức khỏe dựa vào dấu hiệu sinh học chung của toàn dân.
Vật liệu mới, giải pháp mới
Từ trái sang phải: Dave Mooney, William Shih, Dave Weitz.
Dave Mooney: tôi mong đợi 10 năm tới, chúng ta sẽ chứng minh được rằng vật liệu miễn dịch có thể làm thay đổi đáng kể sự phát triển của các bệnh khác nhau. Vật liệu miễn dịch sẽ cho phép các bác sĩ tập trung các tế bào miễn dịch ở những nơi cần thiết trong cơ thể, điều chỉnh hoạt động của chúng và giải tán chúng khi công việc đã hoàn thành. Các vật liệu sẽ tự hòa tan và biến mất để không còn là chất lạ trong cơ thể sau khi điều trị, nhưng vẫn tạo ra một bộ nhớ miễn dịch ngăn chặn sự quay trở lại của bệnh.
William Shih: một sự phát triển lớn đang diễn ra trong khoa học phân tử sinh học là mã hóa số lượng lớn các phép đo phân tử đơn vào hồ sơ DNA, sau đó được đọc ra bằng cách sử dụng chuỗi DNA thông lượng cao. Tuy nhiên, ngay cả các công nghệ giải trình tự gen trong tương lai cũng sẽ thiếu băng thông để lấy được mẫu nhiều hơn. Các robot phân tử được tạo ra từ DNA sẽ có thể đếm và phân loại các bộ hồ sơ DNA lớn, sau đó tóm tắt kết quả thành các báo cáo DNA ngắn gọn, để đọc được bằng trình tự DNA hoặc các phương tiện khác. Do đó, robot phân tử sẽ giúp tăng đáng kể băng thông hiệu quả của các ứng dụng ghi DNA.
Dave Weitz: tôi nghĩ rằng vật liệu thiết kế theo yêu cầu sẽ trở nên gần gũi hơn với thực tế. Chúng ta sẽ học cách xây dựng các cấu trúc mới trên nhiều thang đo có độ dài khác nhau bằng nhiều phương pháp chế tạo khác nhau, được bổ sung bởi thiết kế và lắp ráp có sự trợ giúp của máy tính. Cấu trúc và chức năng của vật liệu cũng sẽ được xác định và kiểm soát - điều này giống như thuốc chính xác, nhưng dành cho thiết kế và tổng hợp vật liệu.
Phục hồi và tái tạo cơ thể
Từ trái qua: Lou Awad, Elliot Chaikof, Chris Chen, Kit Parker.
Lou Awad: cho đến nay, rất ít các biện pháp can thiệp y tế có thể khôi phục hoàn toàn khả năng vận động cho các bệnh nhân bằng mức trước khi bị chấn thương thần kinh. Thập kỷ trước đã có những tiến bộ đáng kể trong chẩn đoán chuyển động, can thiệp kích thích thần kinh và sử dụng thiết bị hỗ trợ. Trong thập kỷ tới, chúng ta có thể thực hiện sự phục hồi hoàn toàn cho bệnh nhân thay vì chỉ phục hồi một phần như hiện nay.
Elliot Chaikof: trong thập kỷ tiếp theo, khả năng sửa chữa, tái tạo của chúng ta có thể được tăng lên đáng kể thông qua việc phát hiện ra các tác nhân đảo ngược đồng hồ biểu sinh, giúp loại bỏ hoặc làm trẻ hóa các tế bào bạch cầu. Phẫu thuật tái tạo sẽ được hưởng lợi từ việc tái cấu trúc di truyền, tạo ra được các tế bào hiến tặng, hay các cơ quan nội tạng được thiết kế có thể được sử dụng cho bất kỳ bệnh nhân nào. Cuối cùng, tôi tin rằng rào cản thay thế mô sẽ bị phá vỡ thông qua việc sử dụng động vật nuôi cấy và thay thế, ban đầu là tạo ra các tế bào hồng cầu tương thích với con người để truyền máu và sau đó là toàn bộ các cơ quan để cấy ghép.
Chris Chen: tôi dự đoán rằng, chúng ta sẽ đạt được những tiến bộ lớn trong việc sắp xếp các tế bào và mô để có thể in ra các cơ quan sống, sử dụng trong lâm sàng.
Kit Parker: khi chúng ta bắt đầu cấy ghép nội tạng vào động vật, và cuối cùng là vào bệnh nhân, thì một trong những kiến thức quan trọng nhất mà chúng ta phải có là giải phẫu và sinh lý học. Song trên thực tế, các nhà giải phẫu học, sinh lý học đang ngày càng ít đi. Trong 10 năm tới, chắc chắn điều này sẽ phải thay đổi, chúng ta cần phải phát triển một đội ngũ các nhà khoa học tài năng trong lĩnh vực này nếu muốn thành công trong việc cấy ghép các cơ quan sinh học.
Ghi chú:
* Viện nghiên cứu Wyss thuộc Đại học Harvard, chuyên về nghiên cứu kỹ thuật sinh học tiên tiến liên ngành, phát triển các vật liệu và thiết bị sinh học mới cho các ứng dụng trong chăm sóc sức khỏe, sản xuất, robot, năng lượng và kiến trúc bền vững.