Lịch sử đưa chuột vào phòng thí nghiệm
200 năm trước, chuột nâu, Rattus norvegicus, lần đầu tiên được các nhà khoa học sử dụng để hiểu về sinh lý và y học của con người, với những nghiên cứu ban đầu tập trung vào tác động của thức ăn và thiếu oxy.
Chuột chính thức được đưa vào phòng thí nghiệm vào những năm 1920, khi một nhà di truyền học trẻ người Mỹ đầy tham vọng tên là Clarence Cook Little tin rằng ông đã tìm thấy mô hình hoàn hảo để nghiên cứu bệnh ung thư. Vì chưa có cơ sở để khẳng định rằng ung thư là một căn bệnh di truyền, ông cần làm các thí nghiệm để chứng minh, và chuột với tuổi thọ ngắn, hóa ra trở thành đối tượng lý tưởng cho các thí nghiệm của ông.
 |
| Nhà khoa học Clarence Cook Little đưa chuột vào phòng thí nghiệm năm 1920. (Ảnh: Phòng thí nghiệm Jackson) |
Little tiếp tục thành lập Phòng thí nghiệm Jackson và bán các chủng chuột cho các nhà nghiên cứu trên cả nước Mỹ, thậm chí còn bảo đảm chuột là mô hình động vật chính thức cho nghiên cứu được tài trợ bởi Chính phủ theo Đạo luật của Viện Ung thư Quốc gia vào 1937.
Một số loài động vật khác đã và vẫn đang được sử dụng để nghiên cứu bệnh. Chẳng hạn phổ biến như mèo và chó, thỉnh thoảng là loài tinh tinh. Tất nhiên, các nhà nghiên cứu cân nhắc vấn đề về đạo đức khi lựa chọn loài vật để làm thí nghiệm. Thêm vào đó là vấn đề chi phí: Một con chuột thí nghiệm tiêu chuẩn có thể có giá khoảng 20 USD, trong khi đó chi phí để mua một con chó hoặc mèo cao hơn nhiều. Số lượng động vật để mang ra thí nghiệm nhiều khi lên đến hàng nghìn khiến họ cũng phải cân nhắc.
Do quy mô kinh tế, một ngành công nghiệp đã mọc lên xung quanh chuột thí nghiệm. Ngày nay, Phòng thí nghiệm Jackson là một tổ chức nghiên cứu y sinh phi lợi nhuận chuyên cung cấp các thùng chuột giống hệt nhau về mặt di truyền cho các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới. Tính ưu việt của chuột trong nghiên cứu khoa học đã trở nên vững chắc.
Đến năm 2009, một mình chuột chịu trách nhiệm về số lượng nghiên cứu nhiều gấp ba lần cá ngựa vằn, ruồi giấm và giun tròn cộng lại. Tại Anh năm 2015, có 3,33 triệu con chuột được sử dụng, chiếm 80% tổng số động vật được dùng cho các thí nghiệm. Ở Mỹ, số lượng chuột và chuột được sử dụng không được báo cáo, nhưng ước tính dao động từ khoảng 11 triệu đến khoảng 100 triệu mỗi năm. Trung bình, mỗi năm có khoảng 17 đến 23 triệu con vật được sử dụng để nghiên cứu. Trong số đó, chuột (cả chuột hoang (rat) và chuột nhà, (mouse) chiếm đến 95% các nghiên cứu trên mô hình động vật.
Tại sao chuột được sử dụng để làm thí nghiệm?
Các nhà khoa học sử dụng chuột để nghiên cứu vì nhiều lý do. Một là sự tiện lợi, loài gặm nhấm nhỏ, dễ nuôi và thích nghi tốt với môi trường xung quanh. Chúng cũng sinh sản nhanh chóng và có tuổi thọ ngắn từ hai đến ba năm. Một năm chuột bằng khoảng 30 năm của con người. Vì vậy các nhà khoa học có thể quan sát một vài thế hệ chuột trong một khoảng thời gian tương đối ngắn để có thể dễ dàng đo lường tác động của lão hóa.
Các loài gặm nhấm cũng thường ôn hòa và ngoan ngoãn, giúp các nhà nghiên cứu dễ dàng thao tác khi thí nghiệm.
 |
| Các nhà khoa học rất dễ thao tác trên chuột. (Ảnh: Shutterstock) |
Hầu hết những con chuột được sử dụng trong các thí nghiệm y tế đều được lai tạo để chúng gần như giống hệt nhau về mặt di truyền. Điều này giúp làm cho kết quả của các thử nghiệm y tế thống nhất hơn. Như một yêu cầu bắt buộc tối thiểu, chuột được sử dụng trong các thí nghiệm phải thuộc cùng một loài thuần chủng.
Một lý do khác khiến loài gặm nhấm được sử dụng làm mô hình trong thí nghiệm y tế là do đặc điểm di truyền, sinh học và hành vi của chúng gần giống với con người. Nhiều triệu chứng của tình trạng con người có thể được sao chép ở chuột.
Bộ gen của chuột đã được các nhà khoa học giải mã vào năm 2002. Bộ gen của chuột rất giống với bộ gen của chúng ta, khiến cho các nghiên cứu di truyền ở chuột đặc biệt hữu ích cho việc nghiên cứu các bệnh ở người.
Chuột cực kỳ hữu ích cho việc nghiên cứu các bệnh phức tạp, chẳng hạn như xơ vữa động mạch và tăng huyết áp, vì nhiều gen chịu trách nhiệm cho các bệnh này được chia sẻ giữa chuột và người. Nghiên cứu trên chuột cung cấp cái nhìn sâu sắc về các yếu tố nguy cơ di truyền cho các bệnh này trong dân số loài người.
Các nhà nghiên cứu cũng tương đối dễ dàng để thao tác trên bộ gen chuột, thí dụ, thêm hoặc loại bỏ một gen để hiểu rõ hơn vai trò của nó trong cơ thể. Tắt gen ở một số con chuột và giữ nó ở những con khác, các nhà khoa học có thể tìm ra cách gen có thể gây ra bệnh ở người. Điều này cung cấp một công cụ mạnh mẽ để mô hình hóa các bệnh cụ thể khi một gen đột biến có vai trò trong một căn bệnh nào đó.
Chuột biến đổi gen cũng có thể được lai tạo với DNA ngoại lai bổ sung. Đó là một cách rất hiệu quả để mô hình hóa các bệnh cụ thể ảnh hưởng đến con người và nghiên cứu các chức năng di truyền.
Chuột tốt hơn nhiều so với ruồi giấm hoặc giun để nghiên cứu các hệ thống sinh học phức tạp được tìm thấy ở người, chẳng hạn như miễn dịch, nội tiết, hệ thống thần kinh, tim mạch và xương. Giống như con người, chuột phát triển các bệnh ảnh hưởng đến các hệ thống này, bao gồm cả ung thư và bệnh tiểu đường.
Chuột suy giảm miễn dịch (chuột không có hệ thống miễn dịch hoạt động đầy đủ) cũng có thể được sử dụng làm vật chủ để phát triển cả mô người bình thường và bệnh. Đây đã là một công cụ hữu ích trong nghiên cứu bệnh ung thư và AIDS.
 |
| Một con chuột trong phòng thí nghiệm được cấy ghép não để ghi lại hoạt động của tế bào thần kinh. (Ảnh: Wikipedia) |
Nói chung, các nghiên cứu với loài gặm nhấm giải quyết mọi thứ, từ thần kinh và tâm lý đến thuốc và bệnh tật. Các nhà nghiên cứu đã cấy thiết bị điện tử vào não chuột để kiểm soát chuyển động của chúng, liên tục kiểm tra tính chất gây nghiện của cocaine trên chuột, sử dụng điện giật cho loài gặm nhấm như một tác nhân kích thích tiêu cực, cấy não người vào sọ chuột và gửi chuột và chuột đi khắp nơi trong các thử nghiệm vô tận. NASA thậm chí còn đưa chuột lên phòng thí nghiệm trên Trạm vũ trụ quốc tế để làm thí nghiệm về trọng lực. Người ta thống kê có 30 công trình nghiên cứu sử dụng chuột làm thí nghiệm đã được trao giải Nobel.
Và những trở ngại
Hơn 20 năm trước, hai nhà nghiên cứu y học của Đại học Harvard, Joseph và Charles Vacanti đã cùng một nhóm nhà khoa học phát triển thành công một mảnh sụn hình tai người trên lưng chuột thí nghiệm. Thí nghiệm này đã sử dụng một khuôn hình tai chứa đầy các tế bào sụn từ một con bò. Ban đầu, tai được đặt vào lồng ấp, và một khi tai bắt đầu phát triển, nó được cấy vào cơ thể của một con chuột không lông (một loài chuột thí nghiệm đột biến gen). Cái tai tiếp tục phát triển trên lưng con chuột cho đến khi nó giống với kích thước và hình dạng của tai người. Nhóm nghiên cứu đã công bố nghiên cứu của họ vào năm 1997. Thí nghiệm được thực hiện để kiểm tra khả năng tồn tại của các mô đang phát triển để sau này cấy ghép cho bệnh nhân. Và năm 2018, công nghệ phát triển tai ngoài bằng chính tế bào của người bệnh đã được sử dụng để ghép tai cho các trẻ em ở Trung Quốc bị khiếm khuyết di truyền. Con chuột có tai người trên lưng có thể là một trong những thí nghiệm kỳ lạ và dấy lên những lo ngại về mặt đạo đức khi nó được thực hiện trên loài gặm nhấm.
Hơn nữa, mặc dù gen chuột và người có sự tương đồng rất lớn, nhưng có khoảng 10% gen của chuột không có ở người, bao gồm một số gen mã hóa protein khứu giác. Điều này có thể giải thích khứu giác đặc biệt của loài gặm nhấm. Mặt khác, chuột có nhiều gen để phân hủy độc tố hơn con người. Điều này có nghĩa là chuột có thể loại bỏ độc tố khỏi cơ thể tốt hơn con người. Do đó, trong quá trình nghiên cứu các nhà khoa học cần tinh chỉnh việc sử dụng chuột trong độc học. Cũng có sự khác biệt đáng kể trong các gen của hệ thống miễn dịch.
Một trường hợp thí nghiệm trên chuột không thành công khác là khi các nhà khoa học lấy một tế bào khối u đặt nó vào một mô bình thường, nó sẽ không phát triển. Môi trường vi mô đóng một vai trò quan trọng trong việc liệu ung thư có phát triển trong cơ thể hay không. Chuột và con người không có cùng môi trường vi mô vì sống trong những điều kiện khác nhau, tiêu thụ rất nhiều chế độ ăn uống khác nhau và hành xử khác nhau. Hiện tại, các nhà khoa học không đủ cơ sở để giải thích tại sao thứ gì đó hoạt động ở chuột có thể không hoạt động ở người.
Lấy ví dụ, một nhóm thuốc hạ lipid gọi là fibrate được kê đơn cho một số bệnh nhân mắc bệnh tiểu đường. Ở chuột, chúng gây ra sự tăng sinh của cơ quan liên kết màng gọi là peroxisomes và gây ra tỷ lệ ung thư gan cao. Các nhà nghiên cứu vẫn không biết tại sao. Nghiên cứu về tim mạch cũng bị một “điểm mù” tương tự, và nhiều thí nghiệm khác trên chuột đã bị loại bỏ khi các cơ chế chưa biết khiến thí nghiệm thất bại.
Cách các nhà khoa học tiến hành hầu hết các thí nghiệm trong các phòng thí nghiệm vô trùng với những con chuột giống hệt nhau về mặt di truyền trong điều kiện không tự nhiên cũng có thể làm sai lệch kết quả mà họ nhận được. Nếu cùng một con chuột nhưng ăn hai loại thức ăn khác nhau thì kiểu gen biểu hiện của con chuột đó sẽ thay đổi đáng kể trên cơ sở thức ăn mà nó ăn. Vì thế, nếu đặt hai con chuột ở hai môi trường khác nhau, ở hai múi giờ khác nhau, hai địa điểm khác nhau thì kết quả khác nhau.
Trong khi đó, không phải tất cả các nhà khoa học đều là chuyên gia về sinh học ở chuột. Vì thế, đó chính là những trở ngại khi họ làm thí nghiệm trên chuột.
Mặc dù có sự khác biệt chính giữa bộ gen của chuột và người, nhưng những khác biệt đó không đủ để giảm giá trị của chuột trong nghiên cứu về bệnh ở người. Và dù trong 75 triệu năm kể từ khi tiến hóa của chuột và con người tách ra, các chức năng cơ bản của chúng vẫn được bảo tồn. Và bỏ qua những sai số, trở ngại, cũng như vấn đề về đạo đức khi hàng triệu con chuột bị giết mỗi năm để làm thí nghiệm, chuột vẫn là loài động vật được các nhà khoa học sử dụng nhiều nhất trong quá trình nghiên cứu. Và đó là loài động vật khó có thể thay thế trong các thí nghiệm khoa học.
