BM: Nghiên cứu di truyền giải mã bệnh hiểm nghèo

Những tiến bộ trong y học và công nghệ giúp chúng ta hiểu biết ngày càng nhanh chóng về bộ gen hoàn chỉnh của người.

James Watson (trong hình ) và Francis Crick phát hiện ra rằng DNA của chúng ta được hình thành bởi một đường xoắn kép

Các nhà khoa học và ngày càng nhiều doanh nghiệp hy vọng những tiến bộ này sẽ cho chúng ta chìa khóa để tìm ra giải pháp cho một số bệnh hiểm nghèo nhất.

Y học - sự đột phá

Sự đào sâu tìm hiểu của chúng ta về cách thức các gen hoạt động được bắt đầu một cách nghiêm túc vào giữa thế kỷ 19 khi một nhà sinh học kiêm nhà sư tên là Gregor Mendel đã đưa ra một kết luận ngạc nhiên về những đặc điểm của thực vật. Ông đã lai giống những cây đậu hoa hoa tím với những cây đậu hoa trắng, và thấy rằng tất cả những cây lai đều màu tím. Tuy nhiên, ông nhận thấy rằng thế hệ thứ ba đã tạo ra cây cả hai màu.

Điều này cho thấy rằng một đặc tính như màu sắc có thể được kế thừa, với một đặc điểm nổi trội hơn một đặc điểm khác. Trong chừng mực nào đó, Mendel đã tìm ra vai trò của gen, nhưng không phải gen là cái gì, hay trông như thế nào.

Y tế: Chống sốt rét tnhờ kiến thức có được về DNA

Điều này đã xảy ra sau đó một thời gian dài. Cho đến thế kỷ tiếp theo, khi cấu trúc của DNA đã được khám phá. Dựa trên công trình của Rosalind Franklin và Maurice Wilkins, vào năm 1953, James Watson và Francis Crick phát hiện ra rằng DNA của chúng ta được hình thành bởi một đường xoắn kép.

Đây là một bước đột phá. Hiểu biết về cấu trúc này đã giúp chúng ta giải thích nhiều điều bí mật. Khi DNA được nhân bản, vòng xoắn này tách làm đôi - hai mạch xoắn "tách ra".

Điều này có nghĩa là đột biến có thể được tạo ra khi các tế bào của chúng ta phân chia. Ngay cả một lỗi di truyền nhỏ có thể gây ra một căn bệnh hiểm nghèo.

Nói cách khác, cuốn sách độc đáo gồm các chữ cái tạo thành mỗi con người chúng ta có thể được in hoặc viết lại với những lỗi. Nhưng giờ đây chúng ta có các công cụ - bao gồm cả khả năng phân tích các bộ dữ liệu lớn - để cả đọc cuốn sách của chúng ta nhanh hơn, rẻ hơn và thậm chí có thể chỉnh sửa nó.

Chỉnh sửa gen

Chúng ta hãy bắt đầu với những người quan tâm đến việc chỉnh sửa đó. Các nhà khoa học bây giờ có thể chỉnh sửa gen từ các sinh vật. Chỉnh sửa gen đã được sử dụng cho một số căn bệnh hiểm nghèo - với sự thành công đáng kể. Tuy nhiên, phương pháp này thường kéo dài và tốn kém.

Y tế: Công nghệ chỉnh sửa gene sử dụng 'kéo phân tử'

Chỉ 5 năm trước, người ta đã phát hiện một dạng chỉnh sửa gen gây chấn động. Phương pháp này được gọi là CRISPR Cas9, hoặc gọi vắn tắt là CRISPR. Giải thích một cách đơn giản, CRISPR sử dụng "kéo phân tử" để thay đổi một sợi cụ thể của DNA - hoặc cắt bỏ nó, thay thế nó hoặc tinh chỉnh nó.

Hiện nay phương pháp này được sử dụng trong các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới, làm thay đổi và khống chế các gen của thực vật và động vật với ý tưởng rằng nó sớm có thể được sử dụng để điều trị nhiều bệnh ở người.

Giáo sư Robin Ali thuộc Hiệp hội về Liệu pháp Gen và Tế bào Châu Âu cho biết:

Maurice Wilkins và Rosalind Franklin

"Vấn đề mà công chúng rất quan tâm là khả năng sử dụng phương pháp chỉnh sửa gen CRISPR cho các mục đích điều trị".

Điều này có thể thực hiện được trong thập kỷ tới nếu những nghiên cứu tiền lệ chỉ ra những hứa hẹn.

Những thử nghiệm đầu tiên ở người đang được tiến hành ở Trung Quốc và đã được định hướng thực hiện ở Hoa Kỳ.

Những thử nghiệm này thực hiện bằng cách bước đầu loại bỏ tế bào lỗi, sau đó ghép các tế bào đã được sửa đổi vào bệnh nhân, thay vì chỉnh sửa các tế bào bên trong cơ thể bệnh nhân một cách trực tiếp. Nếu các tế bào được sửa đổi trực tiếp ngay trong cơ thể, thì chúng ta có thể điều trị được nhiều rối loạn di truyền hơn.

Hơn thế nữa, các nhà khoa học vẫn háo hức về công nghệ này vì nó có thể đưa ra liệu pháp điều trị hiệu quả cho các bệnh hiện nay không thể chữa khỏi, chẳng hạn như bệnh Huntington (rối loạn vận động) và xơ nang, nếu chỉ liệt kê hai hai bệnh. Về mặt lý thuyết, CRISPR có thể đưa ra phương pháp điều trị nhanh chóng, mất nhiều ngày hoặc nhiều tuần, thay vì hàng tháng.

"Có rất ít ví dụ mà công nghệ mới đã được áp dụng tại các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới, nơi nó được thực hiện để làm những việc cực kỳ khó làm," Giáo sư Ali nói.

Tuy nhiên, ông cảnh báo việc sử dụng CRISPR sẽ không phải là "tức thời". Phải mất một vài năm để công nghệ này được sử dụng lâm sàng (áp dụng thực tế cho bệnh nhân).

Intellia Therapeutics là một trong vài công ty đang phát triển công nghệ này để sử dụng ở người.

Giám đốc điều hành của công ty Intellia, Nessan Bermingham

Giám đốc điều hành của công ty, Nessan Bermingham, tin rằng CRISPR có tiềm năng đổi mới hoàn toàn lĩnh vực chăm sóc sức khoẻ.

Hy vọng nhất là công nghệ này có thể hướng tới trị liệu cho cả hai bệnh gây ra bởi cùng một gien khiếm khuyết cũng như các bệnh gây ra bởi nhiều đột biến di truyền. Bermingham nói: "Công nghệ này có tiềm năng cho phép chúng ta xử lý nhiều khu vực khác nhau của DNA cùng một lúc."

Ông giải thích, kết quả thử nghiệm của Intellia đã chỉ ra rằng một cú ghép tế bào duy nhất vào cơ thể một con vật có thể làm chậm quá trình tạo một protein độc hại đến 97%.

Trước khi phương pháp này có thể sử dụng đối với người, bất kỳ loại thuốc nào cũng phải được thử nghiệm một cách bao quát và chịu sự kiểm soát bởi các cơ quan chức năng liên quan. Cho đến lúc đó, việc sử dụng của phương pháp này sẽ chủ yếu là một phương tiện nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. "Không còn nghi ngờ gì, sức mạnh [của CRISPR] là sự dễ dàng chỉnh sửa bộ gen," Giáo sư Ali nói.

Nhiều vấn đề khoa học vẫn còn đang chờ đợi sự giải thích trước khi Intellia có thể đề nghị được chấp thuận cho các thử nghiệm lâm sàng trên người. Vì lý do này Bermingham do dự để đề xuất một thời hạn cụ thể.

Dòng tiền đang chảy thông suốt. Mặc dù Intellia hiện đang vướng mắc trong cuộc đấu tranh giành bằng sáng chế CRISPR, Bermingham nói điều này đã không làm nản lòng các nhà đầu tư. "Với quan điểm của nhà đầu tư, với quan điểm khoa học, mọi người đang nhìn vào những khám phá này và nói 'bây giờ chúng ta có công cụ, chúng ta đã sẵn sàng để lao vào việc.'"

Việc chỉnh sửa bộ gen cũng đi kèm theo nó những tranh luận khoa học. Câu hỏi của nhà thiết kế trẻ sơ sinh lập tức được nêu ra. Mặc dù điều quan trọng cần lưu ý là thay đổi DNA của một cá nhân sẽ chỉ thay đổi các gen cụ thể đang được chỉnh sửa. Sự thay đổi sẽ không được chuyển vào con cái của họ - một quá trình được gọi là chỉnh sửa thể hay còn gọi là chỉnh sửa soma.

Chỉ sự sửa đổi các phôi người có tế bào đơn sẽ ảnh hưởng đến tất cả các thế hệ tương lai nếu phôi tiếp tục phát triển thành thai. Các thử nghiệm trên phôi người đã được thực hiện, nhưng chỉ nhằm cho mục đích nghiên cứu.

Intellia đang tập trung vào liệu pháp gen soma

Còn đối với Intellia, họ đang tập trung vào liệu pháp gen soma.

Bermingham nói: "Bất kỳ thảo luận nào về chỉnh sửa phôi - phương thức mà các tế bào hoặc những chỉnh sửa đó được truyền vào con của bạn và hậu thế của chúng - là quá sớm."

Chúng ta sẽ sớm thấy các thử nghiệm tiếp theo ở người thành công như thế nào, chỉ khi đó chúng ta mới hiểu được liệu CRISPR sẽ là sự thay đổi lớn đối với bệnh tật của con người như nó đã được dự đoán hay không.

Chiến đấu tài tình chống lại bệnh ung thư

Trong khi CRISPR có thể được sử dụng cho hàng loạt các bệnh di truyền, bao gồm ung thư, có rất nhiều công ty khác nhắm mục tiêu vào những dạng ung thư cụ thể. Có hơn 200 dạng bệnh ung thư, làm cho nó trở thành một bệnh rất khó chữa trị.

Một công nghệ mới để điều trị ung thư sử dụng hệ thống miễn dịch của chính bệnh nhân để chống lại nó. Hệ thống miễn dịch của chúng ta rất hiệu quả trong việc chống lại sự nhiễm trùng. Một số cơ cấu "chống nhiễm trùng" trong máu của chúng ta là các bạch cầu gọi là những tế bào T, chuyên tìm dấu hiệu nhiễm trùng. Nếu chúng phát hiện ra virut chúng nhân lên và tấn công.

Vấn đề là các tế bào T hay T-cells không nhận ra những đột biến ung thư

Vấn đề là các tế bào T (T-cells) không nhận ra những đột biến ung thư như những kẻ thù xâm lấn, vì chúng là các phiên bản đột biến của các tế bào của chính bệnh nhân.

Tiến sĩ Martin Pule thuộc trường Đại học College London giải thích:

"Y học từ lâu đã muốn chuyển hướng chúng từ việc giết các tế bào nhiễm virus sang giết chết bệnh ung thư. Ông và các đồng nghiệp đã có thể làm được điều đó, bằng cách biến đổi gen các tế bào t để nhận ra và tấn công các tế bào ung thư.

Một liệu pháp như vậy, được gọi là CAR-T, đã được cấp phép sử dụng ở Hoa Kỳ, với chi phí 475 ngàn đô la cho mỗi bệnh nhân.

Việc điều trị cá nhân cực kỳ hiệu quả. Theo Novartis, công ty sản xuất ra loại thuốc này, nó chữa trị trẻ em và thanh thiếu niên mắc bệnh bạch cầu lympho ác tính và có tỷ lệ thuyên giảm 83% sau một liều duy nhất.

Tiến sĩ Pule nói: "Đó là điều chưa từng thấy trong đời."

Tiến sĩ Pule nhận thức được rằng loại hình điều trị này là tương lai của khoa ung thư, với 9 thử nghiệm lâm sàng hiện đang được thực hiện tại trường Đại học College London. Một số doanh nghiệp cũng đang cố gắng cải thiện những trị liệu để khai thác sức mạnh của tế bào T, những doanh nghiệp này bao gồm Autolus và Immunocore, cả hai ở Vương quốc Anh, và Novartis ở Hoa Kỳ.

Immunocore, một công ty có trụ sở ở ngoại ô Oxford, Anh, sử dụng một công nghệ gọi là liệu pháp TCR - liệu pháp mà một phân tử nhỏ thu hút các tế bào t và các tế bào ung thư. Khi cả hai tế bào được kết nối, nó sẽ cho phép các tế bào t nhả độc tố để tiêu diệt ung thư.

Phân tử này đã được phát triển để nhắm mục tiêu một loại ung thư mắt hiếm gặp có thể lan truyền nhanh đến gan. Khi đó, bệnh nhân không còn sống bao lâu nữa. Do đó, loại thuốc này nhắm đến những khối u gan đó. Immunocore đã điều trị 180 bệnh nhân với kết quả hứa hẹn.

Eva-Lotta Allan hy vọng công ty Immunocore sẽ cho ra một loại thuốc trên thị trường trong vài năm tới

Eva-Lotta Allan, giám đốc kinh doanh của Immunocore hy vọng công ty sẽ cho ra một loại thuốc trên thị trường trong vài năm tới.

"Chúng tôi đã tăng tỷ lệ sống sót sau một năm điều trị gần bốn lần so với các phương pháp điều trị khác hiện nay," bà nói.

Nếu có hiệu quả, công nghệ này cũng có thể được sử dụng để điều trị các bệnh truyền nhiễm như HIV, lao và các bệnh tự miễn dịch.

Bà Eva-Lotta Allan cho biết các nhà đầu tư của Immunocore, bao gồm cả Tổ chức Bill và Melinda Gates và một số công ty dược phẩm, đã tạo điều kiện bằng mọi cách để họ có thể dành nhiều năm nghiên cứu về loại thuốc cho dạng ung thư hiếm gặp này. Chỉ có khoảng 4.000 bệnh nhân được chẩn đoán mỗi năm, điều này có thể hạn chế đầu tư từ một vài hướng.

"Các công ty dược phẩm lớn từ góc nhìn thương mại có thể không nghĩ rằng sẽ hiệu quả nếu làm như vậy."

Y tế: Dùng hệ đề kháng chống lại ung thư

Trong khi các đột biến di truyền có thể gây ra hàng loạt bệnh, thì những xâm nhập bên ngoài cũng không kém phần. Ví dụ, sốt rét mỗi năm giết chết gần nửa triệu người trên thế giới. Có một số dạng ký sinh trùng sốt rét và chúng đều cực kỳ giỏi đánh lừa phương pháp điều trị bằng cách liên tục biến đổi.

Để hiểu được cách ký sinh trùng sốt rét phát triển sức kháng thuốc, các nhà khoa học tìm sự đa dạng di truyền của ký sinh trùng. Giờ đây, điều này có thể thực hiện được ở những vùng sâu vùng xa với thiết bị vi lỗ di động được gọi là Nanopore MinION.

Tiến sĩ Jane Carlton, Giáo sư Khoa Vi sinh học thuộc trường đại học New York, sử dụng một thiết bị như vậy để giúp cô hiểu được bệnh sốt rét trội hơn sự trị liệu như thế nào.

Chỉ sử dụng máy tính xách tay và thiết bị MinION loại đơn giản nhất, có kích thước bằng chiếc điện thoại di động và giá khoảng 1.000 đô la, tiến sĩ Carlton có thể sắp xếp bộ gen của ký sinh trùng sốt rét trong vài giờ. Đó là so sánh với các máy giải trình tự to như chiếc máy giặt mà cô sử dụng trong phòng thí nghiệm của cô ở Hoa Kỳ, những máy này đòi hỏi phải bảo dưỡng nhiều hơn, không kể việc vận chuyển các mẫu trở lại phòng thí nghiệm của cô.

Công nghệ này cho phép cô nhanh chóng hiểu được liệu ký sinh trùng có kháng được một số thuốc chống sốt rét nhất định hay không. Bằng cách sử dụng thiết bị này, tiến sĩ Carlton đã có thể xác định các đột biến kháng thuốc trong cùng ngày mà các bệnh nhân được chẩn đoán bị sốt rét.

Thiết bị MinION có thể được sử dụng để sắp xếp trình tự gen của bất kỳ sinh vật sống nào, làm cho nó rất hữu ích để nhanh chóng nghiên cứu các căn bệnh hiểm nghèo bên ngoài phòng thí nghiệm. Nó đã giúp các nhà khoa học hiểu sâu hơn về các virut Ebola và Zika.

Nó thậm chí còn được sử dụng để sắp xếp bộ gen của con người.

Một nhà nghiên cứu khác người đã hưởng lợi từ MinION là tiến sĩ Kim Judge, một nhà khoa học thống kê cao cấp tại Học viện Wellcome Trust Sanger. Cô cho rằng thiết bị này là vô giá bởi vì chúng ta có thể mang theo và sử dụng trực tiếp tại chỗ.

Công nghệ này hiện chỉ được cấp phép với mục đích nghiên cứu, nhưng các thử nghiệm đang được tiến hành để xem nó có thể chẩn đoán bệnh nhanh hơn các phương pháp hiện có như thế nào.

Giáo sư Yutaka Suzuki trường Đại học Nhật Bản là một nhà nghiên cứu, người đã phát hiện tiềm năng của MinION như một công cụ cho các nước đang phát triển, và ông và nhóm của ông đã đưa thiết bị này vào sử dụng tại các phòng khám và bệnh viện ở tỉnh Bắc Sulawesi Inđônêxia.

Ông nói rằng thiết bị này có thể làm trong 5 giờ những gì mà những máy giải trình tự trước đó phải làm đến 5 ngày, và cho phép các bác sĩ chẩn đoán nhanh chóng và chính xác.

"Thông thường bệnh nhân không thể chờ đợi lâu, đặc biệt là khi bị nhiễm các mầm bệnh nguy hiểm… các bệnh nhân cần sự điều trị ngay lập tức," ông nói. "Và các phương án điều trị có thể khác nhau tùy thuộc vào tác nhân gây bệnh hay bệnh đó có kháng thuốc hay không."

Nhiều tiền

Chỉ có một số ít các công ty công nghệ sinh học dám áp dụng kiến thức tiến bộ nhanh chóng của lĩnh vực di truyền học. Các nhà đầu tư quan tâm đến sự kiếm lợi từ các phương pháp điều trị sáng tạo, nhưng lợi nhuận không được đảm bảo và nhiều đơn vị mới thành lập sẽ thất bại trong những giai đoạn đầu.

Y tế: Con đường chữa bệnh hiểm nghèo

Nhiều công ty tiến hành nghiên cứu giai đoạn đầu, như Immunocore, sẽ không có chút lợi nhuận nào trong nhiều năm tới. Nhưng tại sao mọi người lại đầu tư vào khoa học y tế mới được?

Đầu tiên là, nếu loại thuốc hoặc sản phẩm của một công ty thành công, lợi nhuận có thể cực lớn, theo Hitesh Thakrar, đối tác của quỹ liên doanh khoa học cuộc sống, Syncona.

Lấy chỉnh sửa gen làm ví dụ. Ước lượng cho thấy phí tổn điều trị CRISPR có thể lên tới 1 triệu đô la mỗi bệnh nhân.

Chính phủ Anh cũng tạo điều kiện bằng cách hoãn thuế để đầu tư vào các doanh nghiệp đủ điều kiện theo Chương trình Đầu tư Doanh nghiệp.

Thakrar nói: "Tôi đầu tư vào các công ty mới thành lập vì sự đổi mới đang diễn ra từ dưới lên."

Mục tiêu tiền bạc có thể là yếu tố duy nhất của một số người, nhưng Thakrar cũng rất phấn khích khi theo đuổi các tiến bộ mới và thích hợp nhất trong y học.

Ông nói: "Lần đầu tiên trong lịch sử y học, chúng ta đang tiến tới khả năng trị khỏi bệnh - đó là thời gian hoàn toàn hứng thú đầu tư vào các công ty đang trị bệnh chứ không phải là các triệu chứng."

Khi các doanh nghiệp hưởng lợi từ khoa học, nó có thể có những tác động khác. Đó là việc một khoản tiền lớn có nguy cơ bị lấy đi từ nguồn tài trợ cho các nghiên cứu sáng tạo và không giới hạn - những cuộc truy tìm kiến thức mà những phát hiện đột phá và bất ngờ có thể được thực hiện. Một số người đã bày tỏ sự lo ngại liên quan đến sự thay đổi này trong các chương trình nghị sự nghiên cứu.

Tiến sĩ Timothy Weil, một nhà sinh học phân tử trường Đại học Cambridge, nói:

Một trong những khía cạnh thú vị nhất của nghiên cứu sáng tạo và cơ bản là triển vọng của những ẩn số chưa được biết tới

"Đây là một sự theo đuổi hơi khác."

Ông khẳng định: "Nhiều doanh nghiệp mới thành lập và các nhà đầu tư mạo hiểm đang tìm giải pháp cho một vấn đề, tìm kiếm câu trả lời cho một ẩn số đã được biết đến.''

Một trong những khía cạnh thú vị nhất của nghiên cứu sáng tạo và cơ bản là triển vọng của những ẩn số chưa được biết tới. Một vấn đề nữa liên quan tới bằng sáng chế, những khám phá khoa học, không phải lúc nào cũng được chia sẻ với các nhà khoa học khác mặc dù thực tế thường là các nhà nghiên cứu trường đại học là những người có những khám phá ban đầu và quan trọng.

Tuy nhiên, kinh phí cho nghiên cứu học thuật có thể rất cạnh tranh và hao tổn thời gian.

Tiến sĩ Pule phải phân chia thời gian của mình giữa trường đại học và kinh doanh.

Do đó ông nói rằng "đầu tư công nghiệp cho phép sử dụng mau lẹ những khoản tiền lớn vào các mục tiêu rất trọng điểm."

Đối với ông, CAR-T là một ví dụ mà sự phát triển của công nghệ và lâm sàng đã có bước tiến rất nhanh. "Đây là một ví dụ điển hình về sức mạnh của chủ nghĩa tư bản."

Điều hiển nhiên là đầu tư vào công nghệ mới đang phát triển với tốc độ nhanh chóng.

Đó là lý do mà Giáo sư Ali tin rằng làm hoạt động trong công nghệ sinh học tạo ra sự hứng thú nhất từ trước tới nay.

"Dòng đầu tư và sự thành lập nhiều công ty mới đã chứng minh niềm tin là công nghệ này sẽ đem lại kết quả."

Nó cũng cho thấy những tiến bộ trong y học có thể và đã đươc thúc đẩy từ nhiều lĩnh vực khác nhau.

Theo Tiến sĩ Weil, "Đây là những thách thức qua các thế hệ và càng có nhiều cách tiếp cận vấn đề, thì chúng ta càng có cơ hội tốt hơn tìm ra giải pháp."

Đó là một chặng đường dài từ thời Mendel và cây đậu của ông.

Kiến thức phát triển mau lẹ về bộ gen của con người mang hàm ý là những công ty này - và những công ty khác giống như thế - sẽ giúp con người bước vào một thế giới nơi mà các thuốc đặc trị cá nhân, được chế tạo theo bộ gen người đó, sẽ trở thành tiêu chuẩn.

Melissa Hogenboom