Nhà khoa học người Mỹ David Julius và Ardem Patapoutian, hôm 4/10, được trao giải Nobel Y Sinh nhờ những phát hiện quan trọng liên quan tới cơ chế thụ cảm nhiệt độ và xúc giác. Công trình của họ làm sáng tỏ cách giảm đau mạn tính và cấp tính liên quan đến một số bệnh tật, chấn thương và phương pháp điều trị.
Song ít ai biết, con đường đến với giải Nobel danh giá xuất phát từ một trái ớt, cụ thể hơn là capsaicin - hợp chất cay nồng gây ra cảm giác nóng rát khi ăn ớt.
"Đây là phát hiện rất thông minh, bởi ớt, hoặc chất capsaicin trong hạt tiêu, được biết đến như tác nhân kích thích các dây thần kinh hoặc cơn đau. David Julius hiểu được nghiên cứu sẽ trở nên đột phá nếu nó giúp ta hiểu về cơ chế phân tử của quá trình này", Thomas Perlmann, Tổng thư ký Ủy ban Nobel, nhận định.
Ông Julius và các cộng sự đã tạo ra một thư viện gồm hàng triệu đoạn DNA tương ứng với các gene được biểu hiện trong tế bào thần kinh cảm giác có thể phản ứng với sự đau, nóng và tiếp xúc. Sau đó, họ kết hợp gene từ thư viện này vào tế bào thông thường, không phản ứng với capsaicin để tìm ra gene duy nhất nhạy cảm.
Julius sau đó nhận ra thụ thể (phân tử protein) capsaicin mà họ phát hiện cũng là thụ thể được kích hoạt ở nhiệt độ chạm ngưỡng đau, Ủy ban Nobel cho biết. Các nhà khoa học đang tìm hiểu xem liệu có thể lấy những thụ thể này làm mục tiêu để tạo ra thuốc giảm đau không chứa opioid hay không.
"Đó là con đường dẫn đến nghiên cứu này, nó chỉ ra cơ chế kích hoạt các dây thần kinh cảm giác khi gặp phải nhiệt độ, tác động cơ học, sự chạm và áp lực. Trái ớt là điểm khởi đầu, nhưng nghiên cứu còn sâu sắc hơn thế nhiều", ông Perlmann nhận định.
Julius đã quan tâm đến hệ thần kinh và các nghiên cứu về cảm giác đau khi còn là một tiến sĩ. Phần lớn công việc của ông tập trung vào cách capsaicin tác động mạnh mẽ đến hệ thần kinh của con người. Ông đặc biệt thích tìm hiểu về cơ chế hoạt động của chất dẫn truyền thần kinh như serotonin.
Hai nhà khoa học David Julius (trái) và Ardem Patapoutian (phải) được xướng tên trong lễ trao giải Nobel tại Viện Karolinska ở Stockholm, Thụy Điển, ngày 4/10. Ảnh: AFP
"Tôi thực sự bị cuốn hút với y học dân gian, sức khỏe cũng như cách các nhà khoa học khai thác sản phẩm từ tự nhiên để tìm hiểu về sinh lý học", ông chia sẻ trong bài phỏng vấn năm 2019, sau khi nhận Giải thưởng Đột phá.
Ý tưởng nghiên cứu về hoạt chất capsaicin đến tình cờ khi ông đang đi siêu thị cùng vợ. Nhìn vào những lọ sốt cay xếp đầy trên kệ hàng, ông chợt nghĩ: "Vấn đề này có vẻ quan trọng và thú vị. Mình cần tìm hiểu nghiêm túc hơn".
Trở về phòng thí nghiệm, ông chia sẻ ý tưởng ban đầu với đồng nghiệp là nhà khoa học Michael Caterina và nhận được sự ủng hộ nhiệt tình. "Anh ấy đã làm một công việc tuyệt vời. Bạn biết đấy, khoa học là thế. Mọi thứ sẽ kết hợp với nhau vào đúng thời điểm", Julius bày tỏ sự cảm kích với người cộng sự.
Sau thời gian nghiên cứu, họ phát hiện thụ thể TRPV1 - loại protein nằm trên bề mặt tế bào thần kinh liên quan đến cảm giác đau. Bản chất của nó là một kênh ion, tạo thành một vòng tròn trong màng tế bào, với lỗ trung tâm bị đóng lại và chỉ mở ra nếu có tác động bên ngoài.
Khi được kích hoạt, nó có nhiệm vụ gửi tín hiệu điện từ ngoại vi. Ví dụ, nếu lưỡi, môi hoặc mắt cảm thấy cay nóng, tín hiệu được gửi đến tủy sống. Ở tủy sống, tế bào thần kinh tiếp tục truyền thông tin đến não bộ, giúp cảm nhận rằng cơ thể đang chịu tổn hại, đau đớn, gặp nguy hiểm.
Theo ông Julius, TRPV1 không chỉ cảm nhận nhiệt, nó cũng nhạy cảm với nhiều loại hoá chất sản sinh trong quá trình viêm và có thể phát hiện rất nhiều tác nhân gây viêm khác nhau. Vì vậy, protein này có thể là nền tảng bào chế thuốc giảm đau tiềm năng.
Trong các ca viêm khớp hoặc viêm đường tiêu hóa, khi cơ thể sản sinh nhiều chất trung gian gây viêm, TRPV1 đóng vai trò thiết lập lại độ nhạy của sợi thần kinh.
"Điều tôi muốn là giảm bớt cơn đau do bệnh lý, nhưng không loại bỏ những cơn đau cấp tính và hữu ích, có vai trò cảnh báo nguy hiểm cho con người", ông Julius nói.
TRPV1 cũng được coi là nền tảng để điều chế các loại thuốc giảm đau an toàn. Thực tế, nhiều công ty đã cho ra mắt sản phẩm nhắm mục tiêu vào loại protein này. Song theo ông Julius, tác dụng phụ của chúng là làm giảm sự nhạy cảm về xúc giác của bệnh nhân khi tiếp xúc với nhiệt độ cao. Nhiều hãng dược thậm chí lo ngại bệnh nhân sẽ bị bỏng mà không biết khi uống cà phê nóng.
Theo một số chuyên gia, nghiên cứu của ông Julius và cộng sự đặt nền móng cho các loại thuốc giảm đau không chứa opioid gây nghiện. Trong nhiều năm liền, Mỹ và một số quốc gia trải qua khủng hoảng opioid - nhóm thuốc có tác động lên não tương tự heroin. Đây được coi là cuộc khủng hoảng y tế tồi tệ nhất lịch sử, gây ra cái chết cho hơn 70.000 người kể từ thập niên 90.
Về cơ bản, thuốc giảm đau chứa opioid tác động lên khắp hệ thần kinh, biểu hiện ở các cơ quan như não, tủy sống, sợi cảm giác. Thuốc có thể dẫn đến ức chế hô hấp, táo bón, ảnh hưởng đến các vùng nhận thức và gây nghiện.
"Vì vậy, mục tiêu ban đầu của chúng tôi là tập trung vào sợi thần kinh ngoại vi, chẳng hạn như da và một số nơi khác nhạy cảm với phản ứng đau. Ý tưởng là nếu xác định các phân tử một cách chọn lọc tại từng vị trí, thuốc sẽ có ít tác dụng phụ hơn", ông Julius nói.
Những đóng góp trong nhiều năm và tiềm năng của nghiên cứu là lý do khiến David Julius trở thành đồng chủ nhân của giải Nobel Y Sinh 2021, bên cạnh nhà khoa học Ardem Patapoutian.
Thục Linh (Theo CNN, Scientific American)
