Các nhà sinh học thiết kế các phân tử mới giúp ngăn chặn ung thư phổi

Mới đây các nhà khoa học của Đại học Texas tại Dallas đã chứng minh được tốc độ tăng trưởng của phần lớn các tế bào ung thư phổi liên quan trực tiếp đến một phân tử chuyển hóa oxy quan trọng.

Trong một nghiên cứu tiền lâm sàng, được công bố gần đây trên Cancer Research, nhà sinh vật học Tiến sĩ Li Zhang và nhóm của cô đã nhận thấy việc mở rộng phạm vi của khối u phổi ở chuột sẽ bị chậm lại khi tiếp cận với phân tử heme (tên khoa học là Heme), đây là một phân tử liên kết với oxy trong hemoglobin (còn gọi là huyết sắc tố). Ngoài ra, các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra những căn bệnh ung thư tương tự đã phát triển nhanh hơn khi có nhiều phân tử heme hơn bình thường.

Nghiên cứu này được thực hiện với mục đích là khai thác sự phụ thuộc của phân tử heme trong ung thư, sau đó 2 sinh viên (tốt nghiệp) của Zhang đã thiết kế và mô tả rộng rãi các phân tử mới với mục đích làm thiếu hụt phân tử trong các tế bào ung thư và cho phép chúng sinh sôi nảy nở rất nhanh.

Và các phát hiện này cho thấy một xu hướng mới đầy tiềm năng trong điều trị ung thư phổi không phải tế bào nhỏ (NSCLC), căn bệnh này khá phổ biến, và đây là nguyên nhân hàng đầu gây tử vong liên quan đến ung thư tại Hoa Kỳ.

Zhang cho biết: Tôi đã nghiên cứu về phân tử heme trong toàn bộ sự nghiệp của mình. Vào năm 2013 tôi bắt đầu nghiên cứu về ung thư phổi. Và tại thời điểm đó, kết quả của chúng tôi đã cho thấy sự liên quan của phân tử heme đối với căn bệnh này.

Vào năm 2011, Zhang đã chỉnh sửa một cuốn sách giáo khoa về sinh học phân tử heme. Đối với những nghiên cứu trước đây của cô cho thấy các tế bào ung thư phổi tiêu thụ oxy với tốc độ nhanh hơn các tế bào phổi bình thường, qua đó cho thấy vai trò quan trọng của phân tử heme. 

Thật thú vị khi thấy các tế bào khối u tận dụng môi trường của chúng, Zhang nói. Phổi rất giàu oxy. Nhưng nó cần phân tử heme để hoạt động tốt hơn.

Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu còn nhấn mạnh một phương pháp điều trị tiềm năng mới được thiết kế để hoạt động song song với hóa trị liệu hoặc các liệu pháp khác.

Zhang cho biết thêm: Thực tế phương pháp này sẽ không tiêu diệt khối u, nhưng nó sẽ trì hoãn sự phát triển của chúng. Vì vậy, đây không phải là một phương pháp điều trị độc lập, nhưng nó có thể thay thế các liệu pháp trị liệu kém hiệu quả dựa vào sự ức chế sự hình thành mạch trong việc tạo ra các mạch máu mới.

Kết quả mới của Zhang nhấn mạnh các khối u tạo ra năng lượng bằng cách sử dụng các phân tử khác ngoài glucose, đây là một loại đường được biết đến từ những năm 1920 để nuôi các khối u. Vì thế khi nhiều phân tử heme được tạo ra, thì oxy sẽ được tiêu thụ nhiều hơn nhằm tạo ra nhiều phân tử mang năng lượng adenosine triphosphate (tên viết tắt là ATP), và cung cấp năng lượng cho nhiều hoạt động trong các tế bào sống. Vì vậy nếu phân tử heme bị giảm đi thì sự phát triển tế bào ung thư sẽ bị chậm lại.

Nhiều năm trước, các nhà khoa học đều nghĩ các tế bào ung thư không sử dụng oxy, mà chỉ dùng glucose, để tạo ra năng lượng. Tuy nhiên bây giờ họ đều biết hầu hết các tế bào ung thư đều sử dụng oxy và loại tế bào ung thư phổi này là một ví dụ điển hình. Bởi vì nó oxy hóa glucose để tạo ra năng lượng hiệu quả hơn nhiều, và sản xuất khoảng 30 phân tử ATP trên mỗi phân tử glucose.

Sagar Sohoni và Poorva Ghosh, đồng tác giả đầu tiên của nghiên cứu và nghiên cứu sinh trong phòng thí nghiệm của Zhang, đã hợp tác điều tra làm thế nào một loạt các phân tử thiết kế đều từ chối heme đến các tế bào ung thư.

Thực tế sắp xếp lại phân tử Heme không ảnh hưởng xấu đến các tế bào bình thường, Zhang nói. Bởi vì việc tổng hợp các phân tử heme nhỏ là điều cần thiết. Ngoài ra, peptide sẽ không đi vào tế bào nên không gây ra nhiều tác dụng phụ.

Để chứng minh sự tiến bộ trong việc giảm các tế bào ung thư bị thiếu phân tử heme, nhóm Zhang đã biến đổi tế bào ung thư phổi không phải tế bào nhỏ cho phép họ thu thập được nhiều phân tử heme nhanh hơn. Và những tế bào này hoạt động rất hung dữ và xâm lấn, tiêu thụ oxy nhanh chóng - tạo ra nhiều ATP hơn. 

Zhang nói: Thực tế nhu cầu năng lượng của tế bào ung thư rất cao so với các tế bào bình thường xung quanh chúng. Khi có nhiều phân tử heme hơn, các tế bào ung thư phổi không phải tế bào nhỏ sẽ phát triển và sinh sản với tốc độ đáng báo động.

Bước tiếp theo của nghiên cứu này là tiếp tục hoàn thiện thiết kế nhằm tạo ra một phiên bản được sử dụng ở người, nhằm tối ưu hóa hơn nữa hiệu quả của nó cũng như tiếp tục chứng minh độc tính của nó là khá thấp, Zhang nói.

Cô chia sẻ: Ý tưởng này tiềm năng hơn những gì tôi tưởng tượng. Nó thực sự có ý nghĩa.