Những câu chuyện xung quanh 6 phân tử kỳ diệu của cuộc sống (Phần 1)

6 phân tử nổi tiếng này hứa hẹn sẽ thay đổi sức khỏe của chúng ta, nhưng không phải lúc nào cũng như mong đợi...

“Sự nghiệp” ngắn ngủi chữa bách bệnh của Hydrogen sulfide đã kết thúc trong năm 2011. Trước đó, Ikaria, một công ty thành lập 6 năm đã phát triển các phương pháp điều trị y tế dựa trên khí hydro sulfur (H2S). H2S là một khí độc và có mùi rất khó chịu, có trong núi lửa và trứng thối. Nó là một trong số ít các phân tử được tổng hợp tự nhiên trong cơ thể của chúng ta. Nếu bạn tin vào các câu chuyện trên báo chí và một số nghiên cứu trong những năm gần đây thì H2S được mô tả là có tham gia vào việc “cắt gọt” vòng eo của chúng ta, làm cơ dự trữ cho tim, xây dựng cơ bắp và thậm chí cho phép các nhà du hành ngủ sâu trong một thời gian dài khi chu du vào vũ trụ.

Nhưng thực tế cơ chế mà các phân tử kiểm soát các hoạt động sinh lý luôn phức tạp hơn những gì chúng ta biết. Tách một phân tử đơn lẻ và biến nó thành thuốc hoặc là công cụ chữa bệnh là một mục tiêu đầy tham vọng. Vì vậy các nhà khoa học đã quyết định kiểm tra xem các chất này có được như lời đồn thổi hay không. 

Để chứng minh được một phân tử là hữu ích “thường phải mất từ 10 đến 20 năm do đó chúng ta không được thiếu kiên nhẫn”, nhà sinh học Mark Gladwin tại trường đại học Y Pittsburgh FEATURES ở Pennysylvania nói.

1. Khí có mùi trứng thối

Chỉ mười năm trước, H2S là một chất đầy tiềm năng. Là một trong ba loại khí phổ biến trong cơ thể, H2S có tác dụng tốt trong các trường hợp viêm nhẹ, giúp bảo vệ cơ thể chống lại các phản ứng giảm huyết áp (Science, 30 May 2008, p. 1155). Khi Roth và các đồng nghiệp phát hiện ra rằng H2S làm dừng hoạt động của các loài gặm nhấm thì một ứng dụng cực kỳ quan trọng đã được tìm thấy đó là các nghiên cứu về cách giúp các bệnh nhân chấn thương nặng hay thương binh nặng ngủ một giấc dài và cho phép mọi người “ngủ đông” trên các chuyến bay vào không gian kéo dài nhiều ngày.

Tuy nhiên, các nhà khoa học đã sớm thất vọng khi họ tiến hành thử nghiệm trên động vật có vú lớn như lợn, cừu và thấy rằng H2S không có tác dụng tương tự. “Bạn sẽ không thể đưa phi hành gia vào một thùng chứa H2S và đưa họ lên sao Hỏa được” Csaba Szabo, cựu giám đốc khoa học của Ikaria, hiện là một nhà dược học tại Đại học Texas Medical Branch ở Galveston nói.

Bên cạnh đó, việc thao tác với khí H2S rất khó. Thực tế thì các nhà khoa học vẫn chưa thể đo chính xác được nồng độ của nó trong tế bào, vì vậy việc theo dõi cũng như phân tích sự ảnh hưởng của khí này đến cơ thể là rất khó khăn. Ngoài ra, Roth nói, H2S “có chỉ số điều trị hẹp” (therapeutic index), nghĩa là giới hạn giữa tác dụng có lợi và có hại là rất mong manh. Đây cũng chính là một trong các nguyên nhân khiến Roth cắt giảm nghiên cứu về H2S.

Các hợp chất giải phóng ra H2S được thử nghiệm lâm sàng phản ánh nhiều mục đích sử dụng trên mặt đất. Một loại thuốc được phát triển bởi Antibe Therapeutics của Toronto, Canada, thuốc kháng viêm naproxen, là loại thuốc chống viêm không steroid (NSAID), với một phân tử khác làm giảm tạo ra H2S. Tác dụng phụ hay gặp khi sử dụng NSAID có thể là một số vấn đề tiêu hóa như gây chảy máu đường tiêu hóa (GI). Dược sĩ John Wallace, người sáng lập của Antibe hy vọng sẽ loại bỏ được những tác dụng phụ của khí này. “Một loại NSAID không gây chảy máu đường tiêu hóa sẽ có một tiềm năng lớn”, ông nói. Trong tháng 8, các công ty sẽ công bố kết quả tích cực từ một thử nghiệm giai đoạn II với loại thuốc cho những người bị viêm khớp đầu gối.

Một hợp chất giải phóng H2S thứ hai được xác định bởi nhà sinh lý học tim mạch David Lefer và các đồng nghiệp tại Trường Đại học Louisiana State of Medicine ở New Orleans cũng đã trải qua giai đoạn thử nghiệm ở những người khỏe mạnh và bệnh nhân suy tim có nồng độ H2S trong máu thấp. Một trong những tác dụng của khí này là ngăn chặn sự chết của các tế bào cơ tim. Thuốc được nhà sản xuất tại Ohio, SulfaGENIX, và đang có kế hoạch thử nghiệm giai đoạn II.

2. Leptin - Thuốc giảm cân thần tiên?

Năm 1995, tờ New York Times đã miêu tả hormone leptin như một “viên đạn ma thuật chống béo phì” đầy tiềm năng. TờWashington Post thì ca ngợi loại hormone này như một “ phát hiện phi thường”, “ một loại thuốc thần tiên” mà nhiều người Mỹ béo phì có thể sử dụng để giảm cân một cách dễ dàng. "Nhưng sự phấn khích đã nhanh chóng bị phai nhạt” nhà sinh lý học Michael Cowley của Đại học Monash, Clayton, tại Úc nói, “nó không cung cấp các liệu pháp huyền diệu như chúng tôi hy vọng. Vậy điều gì đã xảy ra??”

Được tiết ra từ chất béo, leptin là tín hiệu giúp não bộ điều chỉnh cảm giác ngon miệng khi cơ thể đã có đủ năng lượng dự trữ. Năm 1994, nhà di truyền học phân tử Jeffrey Friedman, đại học Rockefeller ở New York và các cộng sự đã tiết lộ rằng một sai hỏng của leptin trong chuột đột biến đã khiến chúng trở nên béo phì. Các năm tiếp theo đó, nhóm nghiên cứu của ông và hai nhóm khác đã công bố trên tạp chí Science rằng tiêm loại hormon này vào chuột béo phì sẽ giúp chúng giảm khoảng 40% trọng lượng cơ thể trong vòng một tháng.

Hiện nay, các nhà nghiên cứu đã biết rằng không giống như chuột đột biến, nhiều người béo phì cũng tạo ra rất nhiều leptin nhưng vì một số lý do mà không còn nhạy cảm với nó. Một vài thử nghiệm lâm sàng đã chỉ ra rằng các bệnh nhân béo phì khi được bổ sung thêm leptin thường chỉ giảm một vài cân. “Không thể có chuyện bạn chỉ cần phun leptin vào người béo phì và họ sẽ giảm cân được”, Myer nói.

Liệu leptin có là một sự thất vọng? Hơn 20 năm sau sự ra mắt hào nhoáng của nó, các nhà nghiên cứu vẫn coi leptin là một vận may khoa học bởi vì “nó là chìa khóa giúp chúng tôi xem xét cách não bộ điều chỉnh sự thèm ăn”, Cowley nói. Friedman cũng cho biết thêm rằng hormone này đã cứu được rất nhiều người. Một số người cũng giống như những con chuột béo phì, mang gen đột biến khiến họ không thể sản xuất leptin, do đó việc tiêm một lượng hormone tổng hợp này có thể giúp giảm cân và điều trị bệnh tiểu đường ở những người này. Ngoài ra, FDA đã phê duyệt leptin tổng hợp được sử dụng để điều trị một số bệnh loạn dưỡng chất béo ở những người hầu như không có chất béo trong cơ thể, bệnh tiểu đường phát triển và một số vấn đề trao đổi chất khác.

Một số nhà nghiên cứu vẫn tin rằng, leptin có thể tốt cho một phần lớn dân số. Vì một số người béo phì sản xuất leptin ít hơn lượng bình thường, và bằng chứng cho thấy hormone này có thể thúc đẩy giảm cân do nó kiềm chế sự thèm ăn nên cũng có thể giúp người ăn kiêng giữ trọng lượng thành công mặc dù chưa có một thử nghiệm chính thức nào cho phương pháp này.

3. Nitơ oxit - Điều trị bệnh đau tim

Nhà sinh lý học Nathan Bryan của Đại học Y Baylor ở Houston, Texas, là người sẵn sàng chịu đau đớn vì khoa học. Như ông giải thích những khó khăn trong việc phát triển các loại thuốc khai thác từ nitơ oxit (NO), bằng cách sử dụng một cây kim, cấy trong cánh tay của mình để có thể phân tích mẫu máu liên tục. Ông cũng đã uống một ly nước củ cải đường chứa nitrat, khi vào cơ thể sẽ được biến đổi thành NO, các mẫu phân tích máu sẽ chỉ ra NO tăng trong bao lâu.

Các nhà nghiên cứu sẵn sàng đi đường dài như vậy với hy vọng cải thiện hồ sơ về việc sử dụng NO làm liệu pháp điều trị. Năm 1980, các nhà nghiên cứu phát hiện NO là phân tử giãn mạch máu và gây ra các phản ứng hữu ích khác trong cơ thể của chúng ta. Phát hiện này là cơ sở cho sự phát triển của dòng thuốc Viagra, một loại thuốc rất phổ biến hiện nay. NO cũng là sản phẩm được chuyển hóa từ nitroglycerin mà bệnh nhân đã được dùng từ năm 1870 để giảm đau ở ngực“ Khi tôi nhìn vào các lĩnh vực ứng dụng của NO, tôi sẽ không nói đó là một thất bại”, Gladwin nói.

Hiện các nhà khoa học muốn tiến xa hơn và triển khai áp dụng NO trong điều trị huyết áp cao, bệnh tim, đột quỵ và các bệnh về tim mạch khác. Trở ngại lớn nhất trong việc sử dụng là chu kỳ bán rã của phân tử NO trong cơ thể chỉ là “một vài giây”. Hơn nữa, tác dụng của NO trên mạch máu suy yếu một cách nhanh chóng khi các tế bào chưa kịp quen với nó. Ảnh hưởng của nó lan rộng tới mọi thứ từ các xung thần kinh đến vấn đề đông máu cũng là điều cần quan tâm, điều tra viên lâm sàng Alan Schechter của Viện Tiểu đường và hệ tiêu hóa ở Bethesda, Maryland nói. Khi một phân tử “có hàng chục hoặc hàng trăm vấn đề thì rất khó để nó có thể là một phương pháp điều trị tiềm năng ”, ông lưu ý.

Cho đến nay, FDA đã xử phạt một trường hợp duy nhất khi cho trẻ sơ sinh hít khí NO và bị tăng áp lực phổi, hay áp lực cao trong các động mạch shunt máu đến phổi ((Shunt là hiện tượng dòng máu đi từ tim phải về tim trái mà không được tham dự vào quá trình trao đổi khí (có tưới máu mà không có thông khí –người dịch chú thích)). Các bác sĩ thường cung cấp khí ngoài hướng dẫn (off-label) cho những người trưởng thành sắp trải qua cuộc cấy ghép nội tạng hoặc trong các phẫu thuật vì nó có thể làm tăng lượng oxy trong máu và bảo vệ mô cấy ghép – hoặc những người có hội chứng suy hô hấp. "Tôi đã có vô số các bệnh nhân sống sót nhờ NO”, bác sĩ gây mê John Lang của Đại học Washington (UW), Seattle nói.

Việc hít khí NO được chứng minh là hữu ích ở bên ngoài phòng phẫu thuật và chăm sóc tích cực trẻ sơ sinh, tuy nhiên các nhà nghiên cứu vẫn đang tiếp tục tìm kiếm các loại thuốc tốt hơn. NO kích hoạt một loại enzyme tạo ra cyclic monophosphate guanosine (GMP) – một phân tử truyền tin. Một loại thuốc thế hệ thứ hai cũng thúc đẩy việc sản xuất GMP theo một cơ chế khác là riociguat, đã được FDA chấp thuận vào năm 2013 cho một số người bị tăng huyết áp động mạch phổi.

Nghiên cứu của Bryan đã truyền cảm hứng cho một công ty chiết xuất chất làm hạ huyết áp từ củ cải đường cũng như một loạt các sản phẩm có nguồn gốc từ thực vật khác. Các công ty đã tài trợ cho các thử nghiệm lâm sàng để tạo ra các bằng chứng cho những tác dụng điều trị, cho dù FDA coi các sản phẩm có nguồn gốc từ thiên nhiên là không cần phê duyệt.

Các dữ liệu mới cho thấy rằng các nitroglycerin giải phóng NO cũng có những giá trị nhất định. Năm ngoái, một nghiên cứu lớn nhất đã đánh giá tác động của NO đến đột quỵ trên quy mô 4000 người và thấy rằng nitroglycerin không phải là giải pháp tổng thể cho bệnh nhân đột quỵ. Tuy vậy, những bệnh nhân bị  giãn mạch trong vòng 6 giờ sau khi đột quỵ ít sẽ dễ bị chết hoặc bị tàn tật hơn. Philip Bath, một nhà nghiên cứu đột quỵ lâm sàng tại đại học Nottingham tại Anh cho biết một thử nghiệm lớn hơn sẽ bắt đầu được tiến hành trong năm nay sẽ xác nhận kết quả này.

Xem bài "Những câu chuyện xung quanh 6 phân tử kỳ diệu của cuộc sống (Phần 2)"

Tài liệu tham khảo:

Mitch Leslie, "Whatever happened to …", Science, 16 Sep 2016, DOI: 10.1126/science.353.6305.1198.

Lược dịch Nguyễn Thị Hoài