Nhét những người lính bằng chip điện tử: Ý tưởng của DARPA
Công việc của DARPA trong lĩnh vực y học quân sự hầu hết được thực hiện với sự tham gia của thành phần mới nhất trong cấu trúc tổng thể của nó - Văn phòng Công nghệ Sinh học (WTO). Như giám đốc Brad Ringeisen đã lưu ý, "Văn phòng của chúng tôi thực hiện rất nhiều nhiệm vụ có thể được nhóm thành ba loại lớn." Đầu tiên, đó là khoa học thần kinh, chẳng hạn, việc sử dụng tín hiệu não để vận hành các chi giả. Hướng thứ hai là kỹ thuật di truyền hoặc sinh học tổng hợp. Lĩnh vực nghiên cứu thứ ba cũng tập trung vào các công nghệ có thể vượt qua các bệnh truyền nhiễm và là lĩnh vực nghiên cứu ưu tiên của DARPA.
Theo Đại tá Matt Hepburn, người đứng đầu một số chương trình tại WTO, có một số lý do khiến cuộc chiến chống lại các bệnh truyền nhiễm trở nên nổi bật. Ví dụ: quân đội Hoa Kỳ hoặc các đồng minh của họ có thể được triển khai để giúp đỡ một khu vực hoặc quốc gia bị ảnh hưởng bởi một đại dịch cụ thể, chẳng hạn như Ebola. “Chúng tôi là một lực lượng quân sự được triển khai trên toàn cầu và chúng tôi sẽ cử người của mình đến những khu vực mà chúng tôi cần bảo vệ khỏi dịch bệnh.”
Hệ thống vi sinh lý do Viện Kỹ thuật Sinh học Wyss phát triển
Sự phát triển của các công nghệ và phương pháp điều trị ngăn ngừa bùng phát bệnh truyền nhiễm cũng có thể cải thiện an ninh quốc gia. Ví dụ, các liệu pháp được phát triển cho quân nhân có thể được sử dụng để ngăn ngừa hoặc điều trị các đại dịch lớn trong dân thường. Tuy nhiên, tất cả điều này cũng đúng ở các cấp thấp hơn, đối với một cá nhân duy nhất.
Hepburn giải thích: “Một ví dụ đơn giản nhưng đồng thời cũng cực kỳ tiết lộ là bệnh cúm trên tàu. "Nhân viên bị nhiễm bệnh kém hiệu quả hơn và điều này có thể ảnh hưởng đến việc hoàn thành toàn bộ nhiệm vụ." Một ví dụ khác, Hepburn trích dẫn nguy cơ một thành viên trong nhóm mắc bệnh sốt rét hoặc sốt xuất huyết, “điều này khá phổ biến ở những nơi chúng tôi làm việc. Tất nhiên, điều này thực sự có thể làm hỏng toàn bộ nhiệm vụ nếu bạn không nghĩ đến việc sơ tán y tế và các biện pháp phòng ngừa cho người này. "
Như Hepburn đã lưu ý, có hai phạm trù lớn khi đề cập đến các bệnh truyền nhiễm. Thứ nhất, đó là chẩn đoán: để tìm xem một người có bị bệnh hay không. Thứ hai, phải làm gì nếu một người nào đó bị bệnh, đó là sự phát triển của một quá trình điều trị hoặc các biện pháp đối phó, chẳng hạn như vắc-xin.
Tuy nhiên, trọng tâm chính của DARPA vẫn là dự đoán liệu một người có vẻ ngoài khỏe mạnh có bị bệnh hay không. Ngoài ra, FDA không chỉ muốn biết khả năng bệnh nhân có thể mắc bệnh mà còn muốn biết liệu anh ta có lây nhiễm hay không. “Liệu anh ấy có trở thành người lây nhiễm bệnh không? Liệu chúng ta có thể ngăn chặn sự bùng phát trong một cộng đồng cụ thể không?”
Hepburn cũng nói về chương trình Prometheus. Theo DARPA, mục tiêu của tổ chức này là tìm kiếm “một tập hợp các tín hiệu sinh học ở một người mới bị nhiễm bệnh có thể chỉ ra trong vòng 24 giờ liệu người đó có bị lây nhiễm hay không”, cho phép điều trị sớm và có hành động để ngăn ngừa lây truyền bệnh cho người khác.
Chương trình Prometheus hiện đang tập trung vào các bệnh hô hấp cấp tính, được lựa chọn để chứng minh khái niệm, mặc dù công nghệ này cũng có thể áp dụng cho các bệnh truyền nhiễm khác.
“Giả sử chúng tôi có 10 người bị nhiễm bệnh, chúng tôi có thể kiểm tra họ và nói rằng ba người này sẽ là người dễ lây nhiễm nhất và sẽ trở thành người mang mầm bệnh. Sau đó chúng tôi sẽ điều trị những người này để ngăn chặn sự lây lan của bệnh nhiễm trùng, ”Hepburn giải thích.
Dự án Prometheus nhằm mục đích tạo ra "dấu ấn sinh học" cho thấy tính nhạy cảm của một người đối với một căn bệnh và mức độ lây nhiễm tiềm năng của họ. Hepburn nói: “Những điểm đánh dấu này rất khó tạo ra. - Một thách thức khác là đọc những điểm đánh dấu này trên thực địa và tại điểm chăm sóc. Có thể cần phải phát triển một thiết bị chạy bằng pin có thể thực hiện công việc này. "
“Tôi nghĩ việc sử dụng quân sự của họ là khá rõ ràng,” Hepburn tiếp tục. - Hãy tưởng tượng một doanh trại hoặc một con tàu hoặc một chiếc tàu ngầm. Khả năng xác định ai sắp bị ốm và ngăn chặn sự bùng phát trong điều kiện chật chội này sẽ vô cùng hữu ích cho quân đội của chúng tôi ”.
Trong lĩnh vực phòng ngừa, DARPA làm rất nhiều việc để ngăn ngừa bệnh tật. Trọng tâm chính là phát triển các giải pháp được gọi là “gần như ngay lập tức” để ngăn chặn một đợt bùng phát bệnh truyền nhiễm sẽ phát huy tác dụng nhanh hơn nhiều so với vắc-xin truyền thống.
“Nếu tôi tiêm cho bạn một loại vắc-xin, có thể cần hai hoặc ba liều trong vòng sáu tháng trước khi bạn đạt được mức độ miễn dịch cần thiết,” Hepburn nói.
Về vấn đề này, DARPA đã bắt đầu làm việc trên một chương trình mới có tên P3 (Pandemic Prevention Platform - một nền tảng phòng chống đại dịch), nhằm mục đích phát triển một giải pháp "gần như ngay lập tức" có thể bổ sung cho vắc xin. Vắc xin hoạt động bằng cách khiến cơ thể sản xuất ra các kháng thể, và nếu đủ lượng kháng thể này lưu thông trong máu, thì người đó sẽ được bảo vệ khỏi một bệnh truyền nhiễm cụ thể. DARPA dự định đẩy nhanh quá trình này một cách đáng kể thông qua việc thực hiện chương trình PXNUMX.
“Điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta có thể cung cấp các kháng thể chống nhiễm trùng hoặc bảo vệ bạn? Trên thực tế, nếu một người có thể được tiêm đúng loại kháng thể, thì anh ta sẽ ngay lập tức nhận được sự bảo vệ, Hepburn lưu ý. “Vấn đề là phải mất nhiều tháng và nhiều năm để có đủ các kháng thể này trong nhà máy. Đó là một quá trình phức tạp và tốn kém."
Thay vì quy trình tạo kháng thể truyền thống và tiêm chúng vào tĩnh mạch của một người, DARPA đang nghiên cứu một loại thuốc tiêm có chứa DNA và RNA cho các kháng thể để cơ thể có thể tạo ra các kháng thể cần thiết. Khi mã di truyền được tiêm vào cơ thể, "trong vòng 72 giờ, bạn sẽ có đủ kháng thể để bảo vệ mình." Hepburn tin rằng điều này có thể đạt được trong vòng bốn năm, khi kết thúc chương trình P3.
Ringeisen đang dẫn đầu một chương trình phòng chống khác, Hệ thống vi sinh vật hoặc Các cơ quan trên một con chip, sẽ tạo ra các mô hình nhân tạo của các hệ thống cơ thể người khác nhau trên vi mạch hoặc chip in phun. Chúng có thể được sử dụng theo nhiều cách khác nhau, chẳng hạn như thử nghiệm vắc xin hoặc đưa vào cơ thể một mầm bệnh sinh học. Mục tiêu là đầy tham vọng - bắt chước các quá trình của cơ thể con người trong phòng thí nghiệm.
Hình minh họa khái niệm "Body on a Chip" của MIT
Ringeisen nói thêm: “Ý nghĩa của việc này là rất lớn. “Bạn có thể kiểm tra hàng nghìn ứng cử viên thuốc theo đúng nghĩa đen về hiệu quả và độc tính của chúng mà không cần các quy trình tốn thời gian và tốn kém mà bạn phải trải qua.”
Mô hình phát triển hiện tại bao gồm một số quy trình rất tốn kém, bao gồm thử nghiệm trên động vật và nghiên cứu lâm sàng. Các nghiên cứu trên động vật rất tốn kém và không phải lúc nào cũng phản ánh chính xác tác dụng của một loại thuốc hoặc vắc xin trên cơ thể con người. Đối với các thử nghiệm lâm sàng, chúng thậm chí còn đắt hơn, và đại đa số các thử nghiệm đều thất bại.
Ông nói thêm: “Làm việc cho Bộ Quốc phòng còn khó hơn vì nhiều biện pháp bảo vệ y tế cần được thiết kế để đối phó với các tác nhân sinh học và hóa học,” ông nói thêm. "Bạn không thể lấy một nhóm người và kiểm tra họ xem có mắc bệnh than hoặc Ebola hay không."
Công nghệ Organs on a Chip đang cách mạng hóa việc phát triển thuốc cho quân đội và cộng đồng dân sự. Dự án do các nhóm từ Đại học Harvard và Viện Công nghệ Massachusetts dẫn đầu, hiện đã gần hoàn thành giai đoạn cuối.
Chip cho Viện Phát triển Phổi Wyss
Ringeisen cũng lưu ý chương trình Elect-Rx (Đơn thuốc điện) nhằm phát triển các công nghệ có thể kích thích hệ thần kinh ngoại biên một cách giả tạo, sử dụng khả năng tự chữa lành nhanh chóng và hiệu quả của nó.
Ringeisen giải thích: “Điều này sẽ cải thiện hệ thống miễn dịch, cung cấp cho cơ thể sức đề kháng cao hơn để chống lại nhiễm trùng hoặc các bệnh viêm nhiễm.
Hepburn tin rằng trong tương lai, quân y sẽ có thể "dự đoán bệnh tốt hơn nhiều ở giai đoạn sớm nhất, và sau đó chỉ còn cách thực hiện các biện pháp thích hợp trong một cơ sở chuyên khoa."
“Nó giống như bảo dưỡng phòng ngừa trên xe của bạn. Ví dụ, cảm biến trong đó báo hiệu rằng động cơ có thể bị hỏng hoặc bạn cần đổ dầu. Chúng tôi muốn làm điều tương tự với cơ thể con người. "
Trong cơ thể, các cảm biến này có thể được kết hợp với các công nghệ khác để tự động bắt đầu hành động cần thiết, chẳng hạn như theo dõi mức đường ở bệnh nhân tiểu đường. “Chúng tôi vẫn chưa đạt được điều đó, nhưng trong 10 năm nữa, điều đó sẽ trở thành hiện thực hàng ngày.”
Y học quân sự - đặc biệt là tập trung vào các phương pháp điều trị và phòng ngừa - có thể mang lại lợi ích thực sự trong một số lĩnh vực khác. Rõ ràng là ưu tiên là đảm bảo bảo vệ nhân viên khỏi bị nhiễm trùng, nhưng việc ngăn chặn những đợt bùng phát như vậy ở quy mô lớn hơn, ví dụ như cuộc chiến chống lại đại dịch, cũng có tác động trực tiếp đến mức độ an toàn. Vì vậy, quân y phải đáp ứng nhu cầu không chỉ của cá nhân quân nhân, không chỉ của lực lượng vũ trang mà của toàn xã hội.
Vật liệu sử dụng:
www.darpa.mil
www.wyss.harvard.edu
web.mit.edu
www.genengnews.com
www.wikipedia.org
en.wikipedia.org
tin tức