Đằng sau những giải thưởngCách đây ba năm, tại thời điểm đại dịch COVID-19 đang hoành hành trên khắp thế giới, cái tên Nguyễn Đức Thành đã gây chú ý trong cộng đồng khoa học và giới truyền thông bằng một công bố đăng trên Nature Biomedical Engineering: miếng dán vaccine. Với miếng dán này, những đầu vi kim được lập trình để có thể phóng thích vaccine vào những thời điểm khác nhau, mở ra tiềm năng giúp người dùng chỉ cần dán một lần và vứt bỏ, không cần phải tiêm nhắc lại - một giải pháp thay thế các mũi tiêm truyền thống.
Nhưng không phải tới lúc đó thì PGS.TS Nguyễn Đức Thành mới được giới chuyên môn chú ý. Một năm trước đó, MIT cũng đã đưa anh vào danh sách một trong những nhà đổi mới hàng đầu dưới 35 tuổi ở khu vực Châu Á - Thái Bình Dương, mở màn cho một loạt giải thưởng quốc tế khác: Giải thưởng Nhà nghiên cứu trẻ về vật liệu sinh học (do tạp chí Biomaterials bình chọn năm 2022); Giải thưởng dành cho giáo sư trẻ xuất sắc trong lĩnh vực y học tái tạo (ACell Young Investigator Award for Regenerative Medicine, 2020), Giải thưởng kỹ sư chế tạo trẻ xuất sắc do Hiệp hội các nhà sản xuất Mỹ trao tặng (SME Outstanding Young Manufacturing Engineer Award, 2018); Giải thưởng Người mở đường cho các nhà nghiên cứu trẻ của Viện Sức khỏe Quốc gia Mỹ (NIH Trailblazer Award for Young and Early Investigator, 2017); top 10 gương mặt trẻ Việt Nam tiêu biểu năm 2019,... “Những giải thưởng hay là sự công nhận của các cộng đồng khoa học, kể cả những cộng đồng về công nghiệp và thương mại, luôn rất ý nghĩa bởi nó cho mình thấy được những nghiên cứu của mình có tầm ảnh hưởng”, PGS.TS Nguyễn Đức Thành thẳng thắn chia sẻ. Nhưng đó không phải là cái đích mà anh hướng đến. “Đây là động lực để mình tiếp tục làm việc để có thể đưa các kết quả nghiên cứu từ phòng thí nghiệm ra đến thị trường, và cuối cùng là đưa vào trong cơ thể của người bệnh, cải thiện sức khỏe bệnh nhân và giúp ngăn ngừa các căn bệnh nguy hiểm”.
Khao khát này được nung nấu từ lâu khi anh còn học chuyên ngành vật lý ứng dụng tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội. “Sau khi tốt nghiệp thì sinh viên cũng có các cơ hội làm việc trong lĩnh vực công nghiệp, nhưng lúc nào mình cũng muốn học thêm để làm về nghiên cứu, đặc biệt là những ứng dụng về kỹ thuật cho lĩnh vực y sinh”, PGS.TS Thành nhớ lại. Đó là lý do khi nhận được học bổng để du học tại Mỹ, anh đã tìm các hướng nghiên cứu tập trung vào các lĩnh vực ứng dụng cho y sinh học ở Đại học Princeton (Mỹ), cụ thể là các nghiên cứu áp điện nano giao tiếp sinh học để tạo ra các vật liệu/thiết bị cơ điện tiên tiến ở cấp độ nano và các giao diện của chúng với các tế bào/mô sinh học cho các ứng dụng cảm biến và kỹ thuật cơ học tế bào. “Khi học lên tiến sỹ và làm nghiên cứu, đặc biệt là làm trong những lĩnh vực đa ngành và mang tính ứng dụng cao như công nghệ y sinh hay vật liệu y sinh, tôi vô cùng thích thú với các nghiên cứu này”, PGS.TS Nguyễn Đức Thành giải thích về cách mà anh từ một sinh viên vật lý trở thành một nhà nghiên cứu vật liệu y sinh. Hướng đi này càng được củng cố khi anh làm nghiên cứu sau tiến sỹ với giáo sư Robert Langer (hiện là đồng sáng lập của Moderna) tại Viện công nghệ Massachusetts (MIT) để phát triển một công nghệ nền tảng có thể tạo ra các cấu trúc vi mô ba chiều của vật liệu sinh học như các polyme có khả năng phân hủy sinh học và đã được FDA phê chuẩn cho các ứng dụng trong phân phối vaccine/thuốc và cấy ghép y tế.
Trả lời các câu hỏi thực tế Có lẽ, nhà khoa học nào cũng khao khát xây dựng được một phòng thí nghiệm của riêng mình để tự do theo đuổi các ý tưởng mới. PGS.TS Nguyễn Đức Thành cũng là một người như vậy. Anh mở một phòng thí nghiệm riêng tại Đại học Connecticut, tập trung vào việc biến đổi các vật liệu có khả năng phân hủy sinh học và tương thích sinh học (ví dụ như polyme chỉ tự tiêu) thành các dạng/hình dạng/cấu trúc đặc biệt với chức năng “thông minh” ở quy mô nano/vi mô cho các ứng dụng đa dạng trong phân phối vaccine/thuốc, kỹ thuật tái tạo mô và cấy ghép điện/điện tử. “Đấy là ba mảng lớn ở trong lab, và đều dựa trên nền tảng là vật liệu sinh học”, anh cho biết.
Nếu ai đó theo dõi về lĩnh vực nghiên cứu y sinh ở Mỹ thì sẽ thấy rằng, đây là những hướng nghiên cứu đang phát triển vô cùng sôi động. “Nếu không nghiên cứu những chủ đề quan trọng thì chắc chắn là phòng thí nghiệm cũng sẽ không thể tồn tại được và không xin được tài trợ”, PGS.TS Nguyễn Đức Thành chia sẻ. Nhưng thực tế này cũng lại làm nảy sinh một mâu thuẫn: trong một lĩnh vực sôi động và “khốc liệt” như vậy, làm thế nào để một nhóm nghiên cứu có thể cạnh tranh được và ghi dấu ấn? Câu trả lời của anh là: chất lượng nghiên cứu là yếu tố cốt lõi. Và để làm được điều đó, việc đặt ra được những câu hỏi hay chính là yếu tố tiên quyết. “Điều đầu tiên là mình phải có một vấn đề thực sự quan trọng, chưa ai giải quyết được, và để làm được điều đó thì phải có những câu hỏi mà mình tự đặt ra”, anh cho hay. “Một câu hỏi tốt cũng quan trọng không kém gì việc giải quyết vấn đề”.
Những câu hỏi từ chính cuộc sống thường nhật, từ nỗi đớn đau bệnh tật con người, khiến anh nghĩ đến cách thức mà mình có thể từng bước gây dựng để một ngày nào đó trở thành giải pháp hoàn chỉnh. Thiết bị phát sóng siêu âm tự phân hủy sinh học của nhóm anh là một ví dụ như vậy. Khi một người được chẩn đoán có khối u não ung thư, họ thường sẽ được điều trị bằng cách phẫu thuật cắt bỏ khối u và sau đó trải qua hóa trị liệu để loại bỏ các tế bào ung thư còn sót lại. “Đây là phương pháp phổ biến nhất, tuy nhiên phương pháp này có một vấn đề rất lớn là thuốc chỉ có hiệu quả khi nó được đưa vào máu và từ máu len lỏi đi đến những tế bào, cơ quan khác nhau, đặc biệt là những tế bào ung thư để tiêu diệt chúng”, PGS. TS Nguyễn Đức Thành cho biết. Với ung thư não và các bệnh khác về não, phương pháp hóa trị còn khó khăn hơn gấp bội bởi rất khó để thuốc xâm nhập được vào các mô não. “Giữa máu với não có một hàng rào gọi là rào cản máu não - được tạo nên bởi các tế bào máu nằm ở trong các thành mạch máu, liên kết với nhau rất chặt chẽ để ngăn không cho bất cứ thứ gì xâm nhập vào não, kể cả thuốc điều trị”, PGS.TS Nguyễn Đức Thành giải thích.
Hiện tại có một phương pháp đã được nghiên cứu là sử dụng sóng siêu âm để rung các tế bào, từ đó khiến các tế bào trong thành mạch máu giãn ra và mở các lỗ đủ lớn để thuốc đi qua. Song, để sóng siêu âm có thể xuyên qua hộp sọ dày của con người lại không phải là điều đơn giản. Nó đòi hỏi các thiết bị sóng siêu âm phải có cường độ rất lớn, được đặt xung quanh hộp sọ và tập trung vào vị trí của khối u, do đó có thể gây tổn hại rất nhiều cho mô não. Thêm vào đó, do có thể gây hại đến não như vậy, các bác sỹ buộc phải tập trung các sóng siêu âm vào phần bị ung thư chứ không được để sóng xâm lấn đến những phần an toàn khác ở trong não. Để tập trung được sóng siêu âm như vậy, bệnh nhân phải được chụp cộng hưởng từ, phải được đo đạc bởi máy cộng hưởng từ trong khi rung sóng siêu âm và các bác sỹ phải điều chỉnh các thiết bị này bên ngoài não sao cho dần dần cường độ tập trung vào phần tế bào ung thư. “Quá trình này rất phức tạp, diễn ra rất lâu, mất đến vài giờ đồng hồ trong bệnh viện. Vì quá phức tạp, tốn kém và gây mệt mỏi cho bệnh nhân nên phương pháp này hầu như chỉ diễn ra một lần ở bên ngoài não để giúp đưa thuốc vào trong các tế bào ung thư”, PGS. TS Nguyễn Đức Thành cho biết, trong khi đó, hầu hết bệnh nhân bị ung thư não ác tính cần được hóa trị trong nhiều thángđể tiêu diệt hoàn toàn mầm bệnh còn sót lại.
Điểm hạn chế này đã khiến anh và các đồng nghiệp nảy ra ý tưởng về việc chế tạo ra một con chip - một thiết bị phát sóng siêu âm mềm, mỏng, tương thích tốt hơn với mô não, có khả năng phân hủy sinh học và tự biến mất trong não, tương tự như chỉ tự tiêu vẫn hay được sử dụng trong phẫu thuật.
Lúc này, nhóm nghiên cứu nghĩ đến các tinh thể glycine - một loại axit amin là một loại protein phổ biến trong cơ thể và gần đây đã được phát hiện là có tính áp điện mạnh. Glycine an toàn và có thể phân hủy sinh học, song cái khó nằm ở chỗ, nó rất dễ bị hòa tan trong nước. Thêm vào đó, “các tinh thể áp điện glycine cũng rất giòn và dễ vỡ, nếu rung mạnh quá thì nó sẽ vỡ ngay lập tức, do đó việc xử lý vật liệu và chế tạo nó thành một thiết bị siêu âm hữu ích vô cùng khó khăn”, PGS. TS Nguyễn Đức Thành giải thích.
Bởi vậy, bài toán thách thức nhất và cũng chính là điểm mấu chốt tạo nên công nghệ này mà nhóm nghiên cứu phải giải quyết chính là: làm thế nào để tạo nên các axit amin vừa có tính áp điện tốt, vừa có khả năng mềm dẻo và không bị tan nhanh trong nước khi được cấy ghép vào não
Để làm được điều này, nhóm của PGS. TS Thành đã nghiên cứu và tìm ra một giải pháp mới: phá các tinh thể này ra thành những hạt nano và đưa nó vào bên trong những cái sợi polymer mềm dẻo có khả năng tự phân hủy. Cụ thể, nhóm nghiên cứu phát triển các tinh thể glycine rồi phá vỡ chúng thành những mảnh có kích thước chỉ vài trăm nanomet. Sau đó, họ quay chúng (dưới điện áp cao trong một quy trình gọi là quay điện) bằng polycaprolactone (PCL) - một loại polymer có thể phân hủy sinh học, để tạo ra màng áp điện bao gồm các sợi nano glycine và PCL. Dưới một điện áp nhỏ được điều khiển (xấp xỉ 0,15 Vrms), lớp màng có thể tạo ra sóng siêu âm ở mức 334 kilo-Pascal, tương đương với mức sóng của thiết bị phát sóng bằng gốm cấy ghép trong não. “Các sợi nano và tinh thể nano tạo nên một cấu trúc rất mềm dẻo, có thể bẻ cong được mà không vỡ, cũng như có thể rung rất dễ dàng, tạo nên các tính chất áp điện rất tốt và tạo nên những sóng siêu âm rất mạnh để mở được các rào cản máu não, kể cả ở sâu bên trong của não”, PGS.TS Nguyễn Đức Thành cho biết.
Nhịp sống ở phòng thí nghiệm của PGS. TS Nguyễn Đức Thành được đánh đấu bằng những kết quả nghiên cứu như vậy, những kết quả đủ sức đem lại cho anh bài báo xuất bản trên nhiều tạp chí danh tiếng. Tuy nhiên, đó không hẳn là đích đến với anh. Điều anh cần là cái khác: những giải pháp thực. Do đó, anh đã đồng sáng lập hai công ty PiezoBioMembrane về vật liệu sinh học và SingleTimeMicroneedles về miếng dán vaccine với mục tiêu đưa sản phẩm ra thị trường. “Hai công ty này đang ở giai đoạn R&D, chưa có sản phẩm để bán ra bên ngoài bởi với lĩnh vực công nghệ sinh học thì thời gian để đưa một sản phẩm từ nghiên cứu từ lab ra thị trường đòi hỏi thời gian từ 5-10 năm để đảm bảo an toàn cho người dùng”, PGS.TS Nguyễn Đức Thành chia sẻ. Tuy nhiên, đây không phải là một trở ngại khiến anh cảm thấy nản vì “phần chứng minh về mặt hiệu quả, an toàn, và nghiên cứu thì chúng tôi đã làm tương đối đầy đủ. Phòng thí nghiệm cũng không tập trung vào một sản phẩm mà còn rất nhiều sản phẩm khác dựa trên nền tảng vật liệu để liên tục nghiên cứu chứ không phải chỉ ngồi chờ đợi”.
Nối nhịp cầu cho công nghệ y sinhVài ngày trước cuộc trò chuyện giữa PGS.TS. Nguyễn Đức Thành với Báo KH&PT, một hội thảo quốc tế về y sinh đã được tổ chức tại Đại học Bách khoa Hà Nội. Tại đây, anh và các nhà khoa học hàng đầu ở Mỹ về công nghệ y sinh đã có những bài chia sẻ liên quan đến rất nhiều chủ đề: từ công nghệ nano đến vaccine mRNA; chiến lược điều trị nhắm mục tiêu axit nucleic để chống viêm; polyme phân hủy sinh học thông minh ở quy mô nhỏ cho ứng dụng y tế và chăm sóc sức khỏe;...
Có một lý do dẫn đến hội thảo này, bên cạnh việc trau dồi, trao đổi chuyên môn giữa các nhà khoa học một cách thuần túy, đó là càng nghiên cứu sâu về công nghệ y sinh, PGS.TS Nguyễn Đức Thành càng trăn trở về một thực tế: ngành đào tạo về công nghệ y sinh ở Việt Nam hiện nay hầu như còn sơ khai. Và như vậy thì không biết đến bao giờ, người bệnh ở Việt Nam mới được điều trị bằng những phương pháp hiện đại và giá rẻ hơn? Điều này đòi hỏi phải có một nền tảng nghiên cứu và đào tạo công nghệ y sinh vững chắc, trong khi hiện tại “ở Việt Nam khi nghĩ về công nghệ y sinh thì hoặc là thường tập trung hoàn toàn về y sinh - dựa trên các nền tảng về sinh học, hoặc là nghiên cứu về vật liệu, kỹ thuật, nhưng lại rất ít có các ứng dụng vào trong lĩnh vực y học hay sinh học”, PGS.TS Nguyễn Đức Thành cho biết. “Công nghệ y sinh là cầu nối giữa hai lĩnh vực này, và ở Việt Nam thì rất hiếm các chương trình đào tạo như thế, đặc biệt là ở Hà Nội thì không có”.
Đó là lý do cách đây một năm, PGS.TS Nguyễn Đức Thành nảy ra ý tưởng về việc thành lập một khoa như vậy, và việc đầu tiên anh nghĩ đến là “cần phải giúp cho mọi người hiểu được công nghệ y sinh là công nghệ như thế nào”. Đây là một công nghệ đa ngành, phải có sự hợp tác, phải có một môi trường mà ở đó kỹ sư và bác sỹ làm việc cùng với nhau. Và bước đầu tiên mà anh thực hiện là mời các chuyên gia hàng đầu ở Mỹ về Việt Nam để giới thiệu về tầm quan trọng của lĩnh vực này, “nếu không có nó thì Việt Nam sẽ đi thụt lùi rất nhiều và không thể bắt kịp được với thế giới”, anh thẳng thắn nói.
Với ý định này, PGS.TS Nguyễn Đức Thành đã kết hợp với trường Đại học Bách khoa Hà Nội và đang trong quá trình thảo luận để thiết lập một chương trình về công nghệ y sinh đầu tiên ở miền Bắc. “Tôi cũng đã kết nối Đại học Bách khoa với Đại học Connecticut để bàn bạc về khả năng tạo nên một chương trình hợp tác cho các bạn sinh viên học vài năm ở Việt Nam và vài năm ở Mỹ để có thể nhận được một tấm bằng của cả hai trường về lĩnh vực công nghệ y sinh”, PGS.TS Nguyễn Đức Thành chia sẻ về dự định sắp tới. “Hội nghị này chỉ là một bước đầu tiên. Tôi muốn giới thiệu cho mọi người biết được công nghệ sinh học, vật liệu sinh học là như thế nào và nó quan trọng ra sao. Nếu không có nó thì sẽ không có các vaccine mà mình dùng hiện tại cho COVID và rất nhiều các ứng dụng khác. Hiện tại việc đào tạo nhân lực cho lĩnh vực này ở Việt Nam vẫn còn rất thiếu”.
Có thể, để một chương trình nghiên cứu và đào tạo bài bản như vậy thành hình thì còn rất nhiều gian truân nữa phải vượt qua. Nhưng với một người quen với gian truân như PGS.TS Thành, anh tin đó là điều tất nhiên nếu muốn đạt được mục tiêu, và nhất là khi mục tiêu mà anh và mọi người cùng hướng đến là những giải pháp chăm sóc sức khỏe tiên tiến, giá rẻ cho người Việt Nam./.