Space Pharma: Khi vũ trụ trở thành phòng thí nghiệm mới của ngành dược
Space Pharma là xu hướng đưa nghiên cứu và sản xuất thuốc lên không gian, với kỳ vọng tạo ra thuốc ổn định, dễ sử dụng và thuận tiện hơn cho người bệnh.
Không gian không còn chỉ là cuộc đua của vệ tinh, tên lửa hay công nghệ quốc phòng. Với ngành dược phẩm, quỹ đạo Trái Đất tầm thấp (Low Earth Orbit) đang trở thành một phòng thí nghiệm mới.
Xu hướng này còn được gọi là Space Pharma, khi ngày càng nhiều công ty đưa các loại thuốc và vật liệu dược phẩm lên không gian để nghiên cứu, sản xuất trong môi trường vi trọng lực.
Theo Morgan Stanley, nền kinh tế không gian có thể vượt mốc 1.000 tỷ USD vào năm 2040. Nhiều lĩnh vực được dự báo hưởng lợi nhờ xu hướng này, từ bán dẫn, cáp quang đến y học. Trong đó, dược phẩm được xem là một trong những ngành có thể chứng kiến thay đổi rõ rệt sớm nhất.
Vì sao cần sản xuất thuốc trong không gian?
Trên Trái Đất, trọng lực có thể làm quá trình bào chế thuốc khó kiểm soát hơn. Đó có thể là hiện tượng lắng cặn, khi các hạt nặng chìm xuống đáy ống nghiệm.
Hoặc hiện tượng đối lưu, khi chất lỏng nóng nổi lên còn chất lỏng lạnh chìm xuống. Những yếu tố này có thể ảnh hưởng đến chất lượng của mẫu thuốc.
Trong không gian, môi trường vi trọng lực có thể giúp các nhà khoa học tạo ra những tinh thể đồng đều và chất lượng hơn. Theo giáo sư Phil Williams, chuyên gia lý sinh tại Đại học Nottingham, các tinh thể được tạo ra ở quỹ đạo thấp của Trái Đất thường dễ dự đoán hơn và ít lỗi hơn. Điều này đặc biệt quan trọng với thuốc sinh học và những liệu pháp phức tạp.
Khi các phân tử đồng đều hơn, thuốc cũng có thể dễ đưa vào cơ thể người bệnh hơn. Ngược lại, nếu tinh thể có nhiều kích thước khác nhau, các tinh thể nhỏ có thể chen vào khoảng trống giữa các tinh thể lớn. Điều này khiến dung dịch thuốc trở nên đặc hơn.
Độ đặc của thuốc, hay độ nhớt, ảnh hưởng trực tiếp đến cách thuốc được sử dụng. Với những thuốc sinh học quá đặc, người bệnh thường cần kim tiêm lớn hơn hoặc phải truyền tĩnh mạch tại bệnh viện trong thời gian dài.
Nếu giảm được độ nhớt, một số liệu pháp phức tạp có thể được chuyển sang dạng tiêm loãng hơn, ít đau hơn và thuận tiện hơn cho người bệnh.
Ngoài ra, với những loại thuốc dạng lỏng nặng và dễ mất ổn định, việc cải thiện độ ổn định cũng có thể giúp bảo quản và vận chuyển hiệu quả hơn, thay vì phụ thuộc quá nhiều vào chuỗi vận chuyển đông lạnh tốn kém.
Merck từng thử nghiệm thuốc ung thư trong không gian
Space Pharma bắt đầu được chú ý nhiều hơn từ các thử nghiệm của Merck, còn được gọi là MSD tại nhiều thị trường ngoài Mỹ.
Năm 2014, Merck thực hiện các thí nghiệm nuôi tinh thể trên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS). Mục tiêu là tìm hiểu môi trường thiếu trọng lực ảnh hưởng thế nào đến thuốc, trong đó có Keytruda - một trong những loại thuốc điều trị ung thư quan trọng nhất của hãng.
Keytruda là một loại kháng thể được tạo ra trong phòng thí nghiệm, giúp hệ miễn dịch nhận diện và chống lại bệnh. Ban đầu, thuốc được sử dụng bằng cách truyền tĩnh mạch tại bệnh viện, quá trình này có thể kéo dài nhiều giờ.
Các thí nghiệm trong không gian đã cung cấp thêm dữ liệu cho việc phát triển một phiên bản tiêm thuận tiện hơn. Về lý thuyết, dạng tiêm này có thể giúp người bệnh sử dụng thuốc dễ dàng hơn, đồng thời mở ra khả năng điều trị tại nhà trong tương lai.
Khi phân tích các mẫu từng được đưa lên không gian, Merck ghi nhận môi trường vi trọng lực có thể giúp kháng thể tạo thành hỗn hợp đồng đều, ổn định và dễ hòa tan hơn.
Từ dữ liệu này, hãng tìm cách mô phỏng điều kiện tương tự ngay trên Trái Đất. Phiên bản tiêm mới chỉ mất vài phút để thực hiện và đã được FDA phê duyệt vào năm 2025.
Space Pharma: Từ nghiên cứu nhỏ đến thương mại hóa
Ngành dược phẩm mỗi năm chi hàng trăm tỷ USD cho nghiên cứu, phát triển và thử nghiệm lâm sàng. Vì vậy, nếu môi trường không gian có thể giúp tạo ra những dạng thuốc ổn định hơn, dễ sử dụng hơn, tiềm năng thương mại của lĩnh vực này là rất lớn.
Năm ngoái, Redwire, công ty công nghệ không gian và quốc phòng, thành lập SpaceMD để thương mại hóa các sản phẩm dược phẩm được phát triển trong không gian.
Công nghệ nổi bật nhất của SpaceMD hiện là PIL-BOX, một nền tảng bào chế thuốc mới gồm các phòng thí nghiệm siêu nhỏ, tự động, được thiết kế để kết tinh protein trên quỹ đạo. Công ty đã đưa 54 thiết bị PIL-BOX lên không gian, thử nghiệm 37 hợp chất thuốc và từng hợp tác với các hãng dược như Eli Lilly, Bristol Myers Squibb.
Theo CEO John Vellinger, SpaceMD hiện có các hợp chất thuốc tiềm năng, thiết bị từng được kiểm chứng qua các chuyến bay không gian và các thỏa thuận bản quyền cần thiết để tiến tới thương mại hóa.
Trong khi đó, Varda Space Industries theo đuổi hướng sản xuất dài hạn trên quỹ đạo. Công ty này phát triển các vệ tinh sản xuất tự động, nặng khoảng 300 kg. Mỗi vệ tinh được trang bị khoang hồi quyển chuyên dụng để đưa sản phẩm từ quỹ đạo trở lại Trái Đất. Gần đây, Varda đã hoàn tất chuyến bay khoang thứ sáu, được phóng trong nhiệm vụ Transporter-16 của SpaceX.
Ông Delian Asparouhov, Chủ tịch kiêm đồng sáng lập Varda Space Industries, cho rằng sản xuất trong không gian có thể là một trong những ứng dụng công nghiệp đầu tiên mở đường cho sự hiện diện lâu dài của con người ngoài Trái Đất.
Với ngành dược, lợi thế nằm ở chỗ hoạt chất thuốc thường có giá trị rất cao dù khối lượng rất nhỏ. Theo ông Asparouhov, lượng hoạt chất kết tinh cần để tạo đủ liều cho 450 triệu người dùng vắc xin Covid-19 của Pfizer chỉ tương đương thể tích của hai bình sữa một gallon.
Các công ty dược hợp tác với Varda không cần tự mua hay vận hành tàu vũ trụ. Theo ông Asparouhov, họ chỉ cần gửi thuốc lên quỹ đạo, còn Varda sẽ đưa về một phiên bản thuốc được cải thiện.
Bài toán khó nằm ở việc đưa sản phẩm từ quỹ đạo trở lại Trái Đất
Dù ngành hàng không vũ trụ đã xây dựng được hạ tầng chuỗi cung ứng tương đối phát triển để đưa vật thể lên không gian, việc đưa hàng trở lại Trái Đất vẫn còn hạn chế và đắt đỏ.
Các tàu vũ trụ hiện nay, như Dragon của SpaceX, chủ yếu được thiết kế để đưa con người trở về Trái Đất an toàn. Vì vậy, chúng có tiêu chuẩn kỹ thuật rất cao và chi phí vận hành lớn. Nếu dùng cho sản xuất thương mại thường xuyên, chẳng hạn liên tục đưa các mẫu thuốc từ quỹ đạo trở về, mô hình này sẽ khó hiệu quả về chi phí.
Cả Varda và SpaceMD đều cho rằng việc phụ thuộc vào Trạm Vũ trụ Quốc tế không phải là hướng bền vững cho sản xuất thương mại dài hạn, nhất là khi ISS đang tiến gần đến giai đoạn nghỉ hưu trong vài năm tới.
Bên cạnh chi phí và hạ tầng, quy định quản lý cũng là một rào cản lớn. Tại Anh, cơ quan chức năng đã thừa nhận người bệnh có thể hưởng lợi từ những loại thuốc chất lượng cao hơn và đang xây dựng lộ trình đưa thuốc sản xuất trong không gian ra thị trường. UK Space Agency cũng đầu tư vào một số dự án trong lĩnh vực này, trong đó có nghiên cứu khả thi của startup BioOrbit.
BioOrbit đang phát triển một hệ thống có khả năng kết tinh và sản xuất thuốc sinh học phức tạp trong không gian, với mục tiêu hỗ trợ các phương pháp điều trị ung thư có thể dùng tại nhà.
Tuy nhiên, không phải chuyên gia nào cũng cho rằng sản xuất thuốc quy mô lớn trên quỹ đạo là tương lai gần. Theo giáo sư Phil Williams, với chi phí tài chính và tác động môi trường còn lớn, hướng thực tế hơn có thể là tạo ra các mẫu nghiên cứu nhỏ trong không gian, rồi tìm cách ứng dụng kết quả đó vào sản xuất thuốc trên Trái Đất.
Theo ông, câu hỏi lớn nhất là liệu những kết quả thu được trong không gian có thể được ứng dụng hiệu quả trên Trái Đất hay không.
Dù còn nhiều rào cản, từ chi phí, vận chuyển đến quy định quản lý, Space Pharma đang cho thấy một hướng đi mới của y học hiện đại khi tận dụng môi trường ngoài Trái Đất để tìm cách tạo ra những loại thuốc ổn định hơn, dễ sử dụng hơn và thuận tiện hơn cho người bệnh.
