Các nhà khoa học Mỹ vừa đạt được bước tiến quan trọng trong nỗ lực đảo ngược quá trình lão hóa khi chế tạo thành công một loại enzym nhân tạo có khả năng loại bỏ tổn thương hóa học tích tụ theo thời gian trên mô người hiến tặng.
Công trình nghiên cứu trên, được công bố trên tạp chí Nature Communications cho thấy, enzym này có thể hạ nồng độ chất gây lão hóa trong động mạch của người 75 tuổi xuống hơn 70%, đồng thời đưa chỉ số tương tự ở da về mức thấp hơn cả người ở độ tuổi 31.
Nghiên cứu do Tiến sĩ Aaron Cravens dẫn đầu tại công ty Revel Pharmaceuticals, phối hợp cùng các chuyên gia từ Calico Life Sciences và Cơ sở Y khoa Anschutz thuộc Đại học Colorado (Mỹ) thực hiện.
Mục tiêu của nhóm là loại bỏ hợp chất Nε-carboxymethyl-lysine (CML), một dạng sản phẩm cuối của quá trình glycat hóa nâng cao (AGEs) thường tích tụ trên các protein sống lâu trong cơ thể. Hiện tượng này xảy ra âm thầm qua hàng chục năm, khi đường và các phân tử phản ứng tự do gắn vào protein ở nhiệt độ cơ thể, tương tự như phản ứng làm nâu thực phẩm khi nướng.
Sự tích tụ của CML làm xơ cứng các mô, kích hoạt phản ứng viêm mãn tính thông qua thụ thể RAGE và từ lâu vẫn được ngành y học xem là tổn thương vĩnh viễn không thể đảo ngược.
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một loại enzyme có khả năng đảo ngược những tổn thương tế bào vốn bị xem là không thể phục hồi. Hình minh họa: Revel Pharmaceuticals
Để giải bài toán trên, nhóm nghiên cứu đã xuất phát từ enzym glycine oxidase của vi khuẩn và áp dụng kỹ thuật tiến hóa định hướng. Sau 5 vòng đột biến và sàng lọc tỉ mỉ từ hơn 500 triệu biến thể nhờ hệ thống chọn lọc di truyền trên vi khuẩn E. coli, họ đã tạo ra enzym nhân tạo mang tên CMLase.
Enzym này có khả năng nhận diện và oxy hóa CML trở lại thành dạng lysine ban đầu trên chuỗi peptide cũng như protein nguyên vẹn mà không làm đứt gãy hay biến tính cấu trúc protein. Khi thử nghiệm trên các protein mẫu như collagen hay hemoglobin, CMLase đã cắt giảm lượng CML từ 52% đến gần 97%.
Kết quả trên các mẫu mô người thật còn mang lại nhiều bất ngờ hơn. Đối với mẫu da hiến tặng, sau khi được xử lý bằng CMLase, mức độ CML đã giảm hơn 55%, đưa nồng độ này xuống thấp hơn chỉ số thường thấy ở da của một người 31 tuổi.
Đặc biệt, trên mẫu động mạch chủ bụng lấy từ người hiến 75 tuổi, enzym này đã xóa bỏ tới hơn 70% lượng CML tích tụ chỉ sau một đêm. Mức giảm từ 45% đến 78% cũng được ghi nhận đối với protein thủy tinh thể mắt của người 64 tuổi.
Tuy nhiên, các tác giả nghiên cứu cũng thẳng thắn thừa nhận những rào cản lớn phía trước. Do thử nghiệm hiện tại mới chỉ thực hiện trên lát cắt mô mỏng và dung dịch protein hòa tan trong phòng thí nghiệm, việc kiểm chứng khả năng thâm nhập của enzym vào mô sống nguyên vẹn cũng như hiệu quả phục hồi độ đàn hồi hay giảm viêm vẫn cần thêm thời gian.
Bên cạnh đó, CMLase có nguồn gốc từ vi khuẩn nên nguy cơ kích hoạt phản ứng miễn dịch khi sử dụng lặp lại trên cơ thể sống vẫn chưa thể xác định. Enzym này cũng chỉ mới xử lý được CML chứ chưa thể can thiệp vào các dạng liên kết chéo phức tạp khác như glucosepane trên collagen.
Song khi chia sẻ về khoảnh khắc chứng kiến enzym hoạt động thành công trên mô người lớn tuổi, Tiến sĩ Aaron Cravens cho biết cả nhóm nghiên cứu đã cảm thấy vô cùng nhẹ nhõm và gần như không thể tin nổi sau hơn 4 năm miệt mài làm việc.
Ông Cravens tin tưởng rằng, CMLase sẽ là viên gạch đầu tiên xây dựng nên nền tảng enzym chuyên sửa chữa các tổn thương phân tử do tuổi tác. Hiện nhóm nghiên cứu đang tập trung tối ưu hóa hiệu suất enzym trước khi tiến tới thử nghiệm trên mô hình động vật.
Dù mới ở bước chứng minh khái niệm, công trình này vẫn được cộng đồng khoa học đánh giá là một bước tiến táo bạo, mở ra triển vọng sửa chữa những thiệt hại hóa học từng bị xem là không thể cứu chữa của quá trình lão hóa.