Thí nghiệm đột phá giúp “trẻ hóa” tuổi sinh học tế bào: Công nghệ mới mở ra cuộc đua cho tham vọng “cải lão hoàn đồng”

Trong nhiều thập kỷ, lão hóa được xem là quá trình không thể đảo ngược. Tế bào già đi, các mô suy giảm chức năng và cơ thể dần mất khả năng tự phục hồi theo thời gian. Tuy nhiên, một loạt nghiên cứu trong những năm gần đây đang thách thức quan điểm này khi cho thấy các tế bào già có thể được "trẻ hóa" mà vẫn giữ nguyên danh tính và chức năng vốn có.

Công nghệ đứng sau bước tiến này được gọi là Partial Cellular Reprogramming (tái lập trình tế bào một phần), một hướng nghiên cứu được nhiều chuyên gia đánh giá là một trong những lĩnh vực triển vọng nhất của y học chống lão hóa hiện đại.

Tái lập trình tế bào

Nền tảng của công nghệ bắt nguồn từ phát hiện từng giúp nhà khoa học Nhật Bản Shinya Yamanaka giành giải Nobel Y học năm 2012. Ông chứng minh rằng chỉ cần đưa bốn yếu tố phiên mã gồm Oct4, Sox2, Klf4 và c-Myc (gọi chung là các yếu tố Yamanaka hay OSKM) vào tế bào trưởng thành, chúng có thể quay trở lại trạng thái tế bào gốc đa năng.

Tuy nhiên, việc tái lập trình hoàn toàn cũng đồng nghĩa tế bào mất đi bản sắc ban đầu và có nguy cơ hình thành khối u. Chính vì vậy, các nhà khoa học bắt đầu theo đuổi một hướng đi khác: chỉ kích hoạt các yếu tố này trong thời gian rất ngắn nhằm đảo ngược một phần các dấu hiệu lão hóa nhưng vẫn bảo toàn chức năng tự nhiên của tế bào. Phương pháp này được gọi là tái lập trình một phần.

Các nghiên cứu cho thấy sau quá trình này, nhiều đặc điểm liên quan đến tuổi tác như mô hình methyl hóa DNA, biểu hiện gene và hoạt động chuyển hóa của tế bào đều dịch chuyển theo hướng trẻ hơn, trong khi tế bào vẫn tiếp tục thực hiện vai trò vốn có trong cơ thể.

Một trong những cột mốc quan trọng nhất của lĩnh vực này được công bố trên tạp chí Nature năm 2020 bởi nhóm nghiên cứu của Giáo sư David Sinclair tại Đại học Harvard. Thay vì sử dụng đầy đủ bốn yếu tố OSKM, nhóm chỉ sử dụng ba yếu tố Oct4, Sox2 và Klf4 nhằm giảm nguy cơ sinh ung thư.

Trong mô hình chuột già và chuột mắc bệnh tăng nhãn áp, các nhà nghiên cứu đã phục hồi đáng kể chức năng của tế bào thần kinh võng mạc. Những tế bào vốn mất khả năng truyền tín hiệu thị giác do lão hóa hoặc tổn thương đã hoạt động trở lại sau điều trị, giúp thị lực của chuột được cải thiện rõ rệt. Đây là lần đầu tiên các nhà khoa học chứng minh có thể phục hồi thị lực bằng cách đảo ngược trạng thái biểu sinh của tế bào mà không cần biến chúng thành tế bào gốc.

Quan trọng hơn, nghiên cứu cũng cho thấy "đồng hồ biểu sinh" của tế bào, hệ thống phản ánh tuổi sinh học thông qua các dấu methyl hóa DNA, có thể được đưa trở về trạng thái trẻ hơn. Phát hiện này góp phần củng cố giả thuyết rằng nhiều thay đổi của quá trình lão hóa không hoàn toàn cố định mà có thể được điều chỉnh trong những điều kiện phù hợp.

Song song với đó, các nhà khoa học tại Salk Institute cũng liên tiếp công bố những kết quả đáng chú ý. Trong các mô hình chuột lão hóa sớm và chuột già, phương pháp tái lập trình một phần giúp cải thiện chức năng của nhiều cơ quan như da, thận và hệ chuyển hóa, đồng thời làm trẻ hóa nhiều dấu ấn phân tử liên quan đến tuổi tác. Ở mô hình chuột mắc hội chứng lão hóa sớm, liệu pháp còn giúp kéo dài đáng kể thời gian sống còn lại.

Mới ở giai đoạn thử nghiệm

Dù vậy, các nhà nghiên cứu cũng nhấn mạnh rằng kết quả kéo dài tuổi thọ hiện mới được chứng minh rõ ràng ở mô hình chuột mắc bệnh lão hóa sớm, chứ chưa phải ở chuột già bình thường. Điều này cho thấy lĩnh vực vẫn đang trong giai đoạn chứng minh nguyên lý hơn là tạo ra một liệu pháp chống lão hóa hoàn chỉnh.

Những năm gần đây, hướng nghiên cứu này tiếp tục phát triển nhanh chóng. Các bài tổng quan đăng trên Cell Systems và Cell Stem Cell cho thấy giới khoa học hiện không còn giới hạn ở bộ bốn yếu tố Yamanaka ban đầu. Nhiều nhóm đang thử nghiệm các tổ hợp gene khác nhau, sử dụng ba yếu tố thay vì bốn hoặc phát triển các phân tử nhỏ nhằm kích hoạt quá trình trẻ hóa mà không cần can thiệp trực tiếp vào hệ gene.

Mục tiêu của các nghiên cứu cũng đang thay đổi. Thay vì theo đuổi ý tưởng "đảo ngược tuổi tác" theo nghĩa tuyệt đối, trọng tâm hiện nay là kéo dài khoảng thời gian con người sống khỏe mạnh, phục hồi chức năng của các mô bị tổn thương và điều trị các bệnh lý liên quan đến tuổi già như thoái hóa thần kinh, suy giảm thị lực hay tổn thương tim mạch.

Một điểm đáng chú ý khác là các nhà khoa học ngày càng thận trọng hơn trong việc đánh giá hiệu quả của công nghệ. Trẻ hóa đồng hồ biểu sinh không đồng nghĩa chắc chắn với việc kéo dài tuổi thọ. Vì vậy, ngoài việc theo dõi methyl hóa DNA, các nghiên cứu hiện đại còn đánh giá đồng thời biểu hiện gene, chức năng mô, chuyển hóa tế bào và khả năng phục hồi sinh lý để xác định liệu quá trình trẻ hóa có thực sự mang lại lợi ích hay không.

Bên cạnh triển vọng lớn, tái lập trình tế bào một phần vẫn đối mặt với nhiều rào cản. Nếu các yếu tố Yamanaka được kích hoạt quá lâu hoặc không được kiểm soát chặt chẽ, tế bào có thể mất bản sắc, quay về trạng thái giống tế bào gốc hoặc hình thành khối u. Chính vì vậy, việc xác định liều lượng, thời gian kích hoạt và phương pháp đưa các yếu tố tái lập trình vào cơ thể vẫn là thách thức lớn nhất trước khi công nghệ có thể tiến tới thử nghiệm lâm sàng trên quy mô rộng.

Cho đến nay, chưa có liệu pháp Partial Cellular Reprogramming nào được phê duyệt để điều trị cho người. Phần lớn thành tựu vẫn dừng ở các mô hình động vật hoặc nghiên cứu tiền lâm sàng. Dù vậy, sự xuất hiện của hàng loạt nghiên cứu trên các tạp chí khoa học hàng đầu như Nature, Cell, Cell Systems và Cell Stem Cell cho thấy đây không còn là một ý tưởng mang tính giả thuyết.

Nếu trong thế kỷ XX, y học tập trung vào việc kéo dài tuổi thọ thì trong thế kỷ XXI, mục tiêu có thể sẽ chuyển sang duy trì tuổi trẻ của chính các tế bào. Con đường từ phòng thí nghiệm đến bệnh viện chắc chắn còn rất dài, nhưng những kết quả đạt được trong vài năm qua đã cho thấy lão hóa có thể không phải là một quá trình hoàn toàn bất biến như con người từng nghĩ.

*Nguồn: Nature, Cell System, Salk Institute

Mai Mai