Giải Nobel Y sinh 2019 mở ra triển vọng điều trị ung thư, thiếu máu

Trong ung thư, các khối u có thể chiếm quyền điều khiển quá trình oxy và kích hoạt sự phát triển của các mạch máu mới, giúp ung thư dễ dàng lây lan và phát triển hơn.

Oxy thường được gọi là dưỡng khí, một trong những chất duy trì sự sống, con người và sinh vật cần oxy để chuyển hóa thức ăn thành năng lượng. Oxy tách các liên kết hóa học của thức ăn thành năng lượng cho tế bào sử dụng, để thải ra khí CO2 sau khi hít vào cơ thể, vì vậy mà không có oxy là không có sự sống.

Vai trò của oxy được biết đến là vậy, tuy nhiên một câu hỏi được các nhà khoa học đặt ra là: “Làm thế nào các tế bào thích nghi và ứng biến với sự thay đổi mức oxy chúng được cung cấp?”

Chẳng hạn, các tế bào có hoạt động nhiều hơn khi chúng ta vận động mạnh hoặc sống ở nơi có không khí loãng hơn hay không? Hai nhà khoa học đến từ Mỹ là William Kaelin và Gregg Semenza, cùng nhà khoa học người Anh Peter Ratcliffe, đã giành giải Nobel Y sinh 2019 nhờ nghiên cứu khám phá về cách tế bào cảm nhận và thích ứng với sự thay đổi mức độ oxy sẵn có giải đáp bí ẩn này.

Bằng cách phát hiện ra cơ chế ở cấp phân tử điều hòa hoạt động của gene, đáp ứng những mức oxy khác nhau, họ đã tìm ra một phương pháp có khả năng chữa khỏi ung thư, thiếu máu và rất nhiều bệnh khác.

Con người và động vật đã làm mọi cách thích nghi với hoàn cảnh để đảm bảo các tế bào và mô có đủ lượng oxy. Corneille Heymans, một trong những nhà khoa học thắng giải Nobel trước đó, đã chứng minh động mạch cảnh ở cổ có các tế bào đặc biệt có khả năng cảm nhận lượng oxy trong máu và điều khiển nhịp độ hô hấp tương ứng. Nếu lượng oxy thấp và cơ thể cảm thấy không đủ, nó điều chỉnh cho ta thở nhanh hơn để nhận thêm oxy vào cơ thể.

Vào đầu năm 1990, giáo sư y học di truyền tại Đại học Johns Hopkins, Gregg Semenza, phát hiện một cơ chế thích nghi khác của cơ thể với tình trạng oxy thấp, còn gọi là Hypoxia. Nếu lượng oxy thấp, hormone Erythropoietin (EPO) trong cơ thể tăng lên, ra tín hiệu cho cơ thể sản xuất nhiều tế bào hồng cầu hơn, cung cấp nhiều oxy đến các mô hơn. Đến năm 1995, ông tinh chế và nhân bản HIF (Hypoxia Inducible Factor), một yếu tố phiên mã điều chỉnh các phản ứng phụ thuộc oxy. Mỗi HIF gồm hai thành phần: HIF-1α, ARNT.

Ủy ban Nobel cho biết, từ đầu thế kỷ 20, các nhà khoa học đã chứng mình tầm quan trọng của việc kiểm soát hormone tế bào hồng cầu, nhưng chưa rõ quá trình tự kiểm soát bằng oxy như thế nào. Sử dụng chuột biến đổi gen, Semenza phát hiện rằng các phân đoạn ADN gần gene EPO kiểm soát sự phản ứng của tế bào khi mức oxy xuống thấp. Nhà khoa học Peter Ratcliffe phát triển nghiên cứu của ông trên cơ sở hiểu biết của Gregg Semenza.

Năm 1999, hai nhà khoa học phát hiện cơ chế cảm nhận oxy này không chỉ trong tế bào thận nơi sản xuất EPO mà có mặt trong hầu hết các mô. Ông Semenza tìm ra một phức hợp protein mà ông đặt tên là tác nhân cảm ứng Hypoxia (HIF) là trung gian tạo ra các phản ứng oxy.

Trong khi Semenza và Ratcliffe tìm ra gene EPO, thì ông William Kaelin, giáo sư tại Đại học Y Harvard, đã và đang liên tục nghiên cứu về một hội chứng di truyền mang tên Von Hippel-Lindau (VHL) và tình cờ phát hiện một phản ứng di truyền khác trong cơ thể khi lượng oxy thay đổi.

Nghiên cứu của William cho thấy gene VHL tạo nên một loại protein ngăn chặn sự hình thành ung thư. Nếu tế bào ung thư thiếu gene VHL hoạt động bình thường sẽ có mức độ gene điều chỉnh Hypoxia cao bất thường. Khi gene VHL được đưa đến tế bào ung thư, mức độ gene điều chỉnh Hypoxia trở lại bình thường. Đây là manh mối quan trọng cho thấy gene VHL liên quan đến cơ chế phản ứng với thiếu oxy. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy VHL có thể là gene quan trọng nhất trong việc điều khiển sự phản ứng của cơ thể với mức oxy thấp.

Tới năm 2001, Kaelin và Ratcliffe tìm ra một loại chuyển hóa protein tên Prolyl Hydroxylation cho phép VHL nhận biết và gắn vào HIF-1a. Đây là bước tiến quan trọng trong việc hiểu thêm về cơ chế cảm biến oxy và cách chúng hoạt động. Vì thế mà giới khoa học đánh giá cao về công trình nghiên cứu của ba nhà khoa học giành giải Nobel Y sinh 2019.

Họ cho rằng hiểu biết mới về cơ chế kiểm soát một quá trình sinh lý thiết yếu của sự sống như thế này có tính ứng dụng lớn lao trong nghiên cứu điều trị nhiều bệnh. Bởi Hypoxia quyết định rất nhiều căn bệnh, trong đó có trụy tim, các bệnh phổi mạn tính và nhiều loại ung thư

Nhà khoa học Andrew Murray tại Đại học Cambridge chia sẻ: "Công trình của ba nhà khoa học và nhóm nghiên cứu đã mở ra con đường mới cho những hiểu biết tường tận hơn về những căn bệnh nan y phổ biến, cũng như tìm ra chiến lược mới để điều trị bệnh.”

Randall Johnson, thành viên Ủy ban Nobel nhận định công trình nghiên cứu qua nhiều năm này là một "phát hiện mang tính nền tảng", chúng có thể đưa vào sách giáo khoa môn sinh học và cần được cả thế giới biết đến.

Trong cơ thể, các tế bào ung thư thường phá hỏng khả năng đáp ứng oxy của tế bào khỏe mạnh, gây tăng sinh mạch máu nhằm giúp tế bào ung thư ngày một tiến triển. Bệnh nhân suy thận thường phải điều trị bằng hormon mỗi khi thiếu máu, tuy nhiên, nghiên cứu của ba nhà khoa học đạt giải Nobel sẽ chỉ ra các phương hướng điều trị hoàn toàn mới hơn, tiên tiến hơn.

"Nghiên cứu sinh học mang tính đột phá này giúp chúng ta hiểu biết hơn về cách mà cơ thể hoạt động, từ đó sống khỏe mạnh hơn. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa lớn từ việc phục hồi tổn thương và bảo vệ cơ thể khỏi bệnh tật, cũng như cải thiện việc tập luyện", giáo sư Bridget Lumb, Chủ tịch Hiệp hội Sinh lý học (Anh) chia sẻ.

An An (Dịch theo Dailymail, Washingtonpost)