Trong môi trường vi trọng lực ngoài quỹ đạo Trái đất, các nhà khoa học đang thử nghiệm nuôi cấy tinh thể dược chất nhằm cải thiện đặc tính của thuốc, mở ra hướng nghiên cứu mới trong phát triển các loại thuốc điều trị ung thư…

Cách Trái đất khoảng 480 km, ba khoang vũ trụ có kích thước tương đương một chiếc máy giặt đang bay trên quỹ đạo, mang theo những phòng thí nghiệm thu nhỏ. Bên trong một khoang, các tinh thể siêu nhỏ của một loại thuốc tiềm năng điều trị ung thư đang được nuôi cấy trong môi trường vi trọng lực. Hai khoang còn lại thử nghiệm vật liệu bảo vệ nhiệt và hệ thống định vị phục vụ quá trình quay trở lại Trái đất.

Đây là một trong những bước tiến mới của lĩnh vực sản xuất dược phẩm và vật liệu công nghệ cao trong không gian - ngành công nghiệp đang thu hút sự quan tâm của nhiều doanh nghiệp và giới khoa học.

Các khoang vũ trụ nói trên thuộc Varda Space Industries, công ty có trụ sở tại bang California (Mỹ). Ngày 1/10, doanh nghiệp phóng hai tàu vũ trụ bằng cùng một tên lửa, trước khi tiếp tục đưa chiếc thứ ba lên quỹ đạo vào ngày 20/10.

Lần đầu tiên có ba tàu vũ trụ của công ty cùng hoạt động trên quỹ đạo, Varda đang tiến gần hơn tới mục tiêu xây dựng một đội tàu gồm các nhà máy dược phẩm tự động trong không gian.

Ông Will Bruey, Giám đốc điều hành Varda, cho biết doanh nghiệp là đơn vị đầu tiên trong lịch sử phóng đồng thời nhiều phương tiện thương mại có khả năng quay trở lại Trái đất. Theo ông, khi tần suất phóng tên lửa ngày càng tăng, viễn cảnh sản xuất sản phẩm trong không gian từng được xem là xa vời đang dần trở nên khả thi.

VI TRỌNG LỰC MỞ RA HƯỚNG MỚI TRONG BÀO CHẾ THUỐC

Một trong những lợi thế quan trọng nhất của sản xuất trong không gian là môi trường vi trọng lực. Trên Trái đất, trọng lực khiến các hạt lơ lửng trong chất lỏng lắng xuống, trong khi sự khác biệt về mật độ tạo ra các dòng đối lưu. Những hiện tượng này có thể ảnh hưởng đến quá trình hình thành và phát triển tinh thể.

Trong môi trường vi trọng lực, các tác động nói trên được giảm thiểu đáng kể, cho phép tinh thể phát triển theo trật tự ổn định hơn. Tiến sĩ Meganne Christian, Giám đốc quản lý các sứ mệnh sản xuất trong không gian tại Satellite Applications Catapult (Anh), cho rằng việc loại bỏ những tác động của trọng lực có thể giúp kiểm soát tốt hơn quá trình hình thành tinh thể.

Đối với ngành dược phẩm, đây là một hướng nghiên cứu đáng chú ý. Kích thước, hình dạng và cấu trúc sắp xếp của tinh thể dược chất có thể ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hòa tan, độ ổn định và cách thức đưa thuốc vào cơ thể.

Nhờ kiểm soát tốt hơn cấu trúc tinh thể, các nhà khoa học có thể tìm ra những phương thức bào chế mới, cải thiện đặc tính của dược phẩm. Trong một số trường hợp, công nghệ này có thể hỗ trợ phát triển các dạng thuốc thuận tiện hơn cho người bệnh, chẳng hạn chuyển một số loại thuốc hiện phải truyền qua đường tĩnh mạch thành dạng tiêm.

Điều này có ý nghĩa đối với các loại thuốc điều trị ung thư, vốn có nhiều sản phẩm đòi hỏi quy trình sử dụng phức tạp và cần sự hỗ trợ của nhân viên y tế. Nếu các nghiên cứu thành công, việc cải thiện công thức bào chế có thể góp phần tạo ra những phương thức sử dụng thuận tiện hơn, giảm gánh nặng cho người bệnh và hệ thống chăm sóc sức khỏe.

Tuy nhiên, sản xuất thuốc trong không gian hiện vẫn chủ yếu ở giai đoạn nghiên cứu và thử nghiệm. Những lợi ích về chất lượng tinh thể và khả năng cải thiện công thức thuốc cần được kiểm chứng qua các nghiên cứu tiếp theo, trước khi có thể ứng dụng rộng rãi trong điều trị.

Tiến sĩ Meganne Christian cho biết bà đặc biệt quan tâm đến khả năng sản xuất graphene trong môi trường vi trọng lực. Đây là vật liệu có nhiều đặc tính vượt trội về độ bền và khả năng dẫn điện, nhưng quá trình chế tạo trên Trái đất vẫn gặp khó khăn do các khuyết tật trong cấu trúc tinh thể. Nếu có thể giảm những khuyết tật này, chất lượng vật liệu sẽ được cải thiện đáng kể.

NHÀ MÁY DƯỢC PHẨM TỰ ĐỘNG TRÊN QUỸ ĐẠO

Thực tế, các nhà khoa học đã nghiên cứu sản xuất vật liệu trong môi trường vi trọng lực suốt nhiều thập kỷ, đặc biệt trên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS). Tuy nhiên, ISS chủ yếu được sử dụng như một phòng thí nghiệm để kiểm chứng các ý tưởng khoa học, chứ không được thiết kế chuyên biệt cho hoạt động sản xuất công nghiệp. Trạm dự kiến ngừng hoạt động vào khoảng năm 2030.

Trước yêu cầu phát triển các hoạt động nghiên cứu và sản xuất thương mại, nhiều doanh nghiệp đang xây dựng kế hoạch phát triển trạm vũ trụ tư nhân thay thế ISS, đồng thời thiết kế các phòng thí nghiệm và thiết bị chuyên dụng phục vụ nghiên cứu.

Một trong những doanh nghiệp theo đuổi hướng đi này là BioOrbit của Anh. Công ty gần đây đã đưa một phòng thí nghiệm có kích thước tương đương một lò vi sóng lên ISS, hướng tới nghiên cứu sản xuất các loại thuốc điều trị ung thư có thể tự tiêm.

Dù vậy, theo các nhà khoa học, đối với hoạt động sản xuất quy mô lớn, việc phụ thuộc vào sự hiện diện của con người trên tàu vũ trụ sẽ làm tăng độ phức tạp và chi phí. Con người có thể tạo ra rung động, mang theo bụi bẩn và kéo theo những yêu cầu nghiêm ngặt hơn về an toàn.

Đây là lý do Varda phát triển mô hình nhà máy tự động, được gọi là tàu vũ trụ tự hành (free-flyers). Các phương tiện này được đưa lên quỹ đạo bằng tên lửa của SpaceX, mang theo những phòng thí nghiệm thu nhỏ để thực hiện các quy trình xử lý vật liệu mà không cần phi hành gia trực tiếp tham gia.

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

Varda hiện là một trong những doanh nghiệp đạt nhiều tiến triển trong việc chứng minh tính khả thi của mô hình này khi đã đưa thành công một số khoang vũ trụ trở về Trái đất. Công ty dự kiến thực hiện thêm 7 sứ mệnh trong năm 2027 và 10 sứ mệnh trong năm 2028.

Ông Michael Reilly, Giám đốc chiến lược của Varda, nhấn mạnh tần suất thực hiện thí nghiệm có ý nghĩa quan trọng đối với ngành dược phẩm. Theo ông, việc phải chờ đợi nhiều năm, thậm chí một năm giữa các lần thử nghiệm, sẽ không phù hợp với tốc độ phát triển của ngành dược hiện đại.

CHI PHÍ VÀ QUY ĐỊNH VẪN LÀ RÀO CẢN LỚN

Sự phát triển của các chuyến bay thương mại vào không gian cùng với chi phí phóng tên lửa ngày càng giảm đang tạo điều kiện cho lĩnh vực sản xuất ngoài quỹ đạo phát triển. Theo ông Andrew Bacon, đồng sáng lập kiêm Giám đốc công nghệ của Space Forge, ngày càng nhiều doanh nghiệp nhìn nhận sản xuất trong không gian như một thị trường nghiêm túc, thậm chí có thể mở ra một cuộc cách mạng công nghiệp mới.

Dù vậy, triển vọng thương mại hóa vẫn phụ thuộc vào khả năng chứng minh lợi ích kinh tế của việc sản xuất ngoài Trái đất. Không phải mọi loại sản phẩm đều phù hợp với phương thức này, bởi chi phí đưa thiết bị, nguyên liệu lên quỹ đạo và thu hồi sản phẩm vẫn là những khoản đầu tư đáng kể.

Tiến sĩ Meganne Christian cho rằng các doanh nghiệp cần xác định những ứng dụng có giá trị cao, trong đó lợi ích từ môi trường vi trọng lực đủ lớn để bù đắp chi phí sản xuất.

Bên cạnh bài toán kinh tế, khung pháp lý cũng là một thách thức cần giải quyết. Các sản phẩm được sản xuất trong không gian, đặc biệt là dược phẩm, phải đáp ứng những tiêu chuẩn nghiêm ngặt về chất lượng, độ an toàn và hiệu quả trước khi được phép đưa ra thị trường. Cùng với đó là khả năng duy trì chất lượng ổn định qua nhiều lần sản xuất. Để một sản phẩm đạt điều kiện thương mại hóa, quy trình phải được thực hiện lặp đi lặp lại và cho kết quả đáng tin cậy.

Dự kiến trong năm nay, Cơ quan Quản lý thuốc và sản phẩm chăm sóc sức khỏe Vương quốc Anh (MHRA) sẽ công bố kế hoạch làm rõ cách áp dụng các quy định hiện hành về dược phẩm đối với những loại thuốc được sản xuất trên quỹ đạo.