Từ trái sang phải: Cô Chen Yinglu, Tiến sĩ Xing Kuoran, Phó Giáo sư David Leong, ông Glebert Cañete Dadol, cô Tong Siye) Phó Giáo sư Leong và nhóm nghiên cứu tại NUS đã chiết xuất và cấy ghép bộ máy thực vật chịu trách nhiệm quang hợp vào các tế bào giác mạc của mắt thông qua thuốc nhỏ mắt để điều trị bệnh khô mắt. Ảnh: news.nus.edu.sg
Theo nghiên cứu vừa được công bố trên tạp chí Cell, các nhà nghiên cứu đã tìm ra cách ứng dụng cỗ máy tự nhiên của thực vật sang động vật. David Tai Leong, nhà sinh học tại Đại học Quốc gia Singapore và là đồng tác giả nghiên cứu, chia sẻ: "Chúng tôi đang đánh cắp toàn bộ công nghệ đã tiến hóa qua hàng triệu năm ở thực vật và có thể cấy ghép nó vào hệ thống động vật". Corey Allard, nhà sinh học tế bào tại Đại học Harvard (Mỹ), đánh giá đột phá này giống như "một trò ảo thuật". Tuy nhiên, bằng cách mạnh dạn thử nghiệm và tìm ra những giới hạn của kỹ thuật này (như tác dụng kéo dài bao lâu hay tế bào nào có thể được nhắm mục tiêu), các nhà nghiên cứu có thể mở rộng các ứng dụng điều trị trong thực tế.
Lấy cảm hứng từ khả năng "đánh cắp" bộ máy quang hợp từ tảo của loài sên biển, nhà công nghệ sinh học nano Kuoran Xing cùng các cộng sự tại Đại học Quốc gia Singapore đã quyết định thử nghiệm ý tưởng này trên tế bào động vật có vú. Xing đã mua nhiều loại rau xanh từ siêu thị, đem xay, lọc và ly tâm để phân lập lục lạp - "động cơ" quang hợp giúp chuyển hóa ánh sáng thành năng lượng của lá cây. Sau đó, ông ngâm lục lạp vào một dung dịch để làm bộc lộ các hạt grana (chứa thylakoid), những cấu trúc xếp chồng lên nhau như bánh crepe có nhiệm vụ thu nhận ánh sáng để cung cấp năng lượng cho các phản ứng quang hợp. Kết quả cho thấy rau chân vịt mang lại lượng máy móc quang hợp dồi dào nhất so với dền đỏ, rau muống hay xà lách. Nhóm nghiên cứu đã bọc các hạt grana này vào các hạt nano sinh học và gọi chúng là LEAF.
Trong đĩa Petri, các tế bào động vật có vú đã nhanh chóng hấp thụ các hạt LEAF này. Một khi đã vào bên trong tế bào, LEAF có thể chuyển đổi ánh sáng thành năng lượng hóa học trong nhiều giờ, tạo ra các phân tử mang năng lượng là ATP và NADPH. Ở thực vật, giai đoạn thứ hai của quá trình quang hợp sẽ chuyển đổi các phân tử này thành carbohydrate, nhưng LEAF không hỗ trợ bước tiếp theo này. Leong giải thích rằng bộ phản ứng do LEAF thực hiện là "một hình thức quang hợp hạn chế". Ông nhấn mạnh: "Nhưng dẫu sao thì nó vẫn là quang hợp."
Để khám phá xem liệu những hạt LEAF này có mang lại lợi ích thiết thực nào không, nhóm nghiên cứu đã tập trung vào khả năng của phân tử NADPH trong việc trung hòa "các loại oxy phản ứng" - những phân tử gốc tự do có thể kích hoạt tình trạng viêm. Khi được điều chế thành thuốc nhỏ mắt, LEAF đã giúp làm dịu tình trạng viêm trên mô hình chuột mắc bệnh khô mắt, một căn bệnh đặc trưng bởi sự tích tụ của các loại oxy phản ứng trên bề mặt nhãn cầu. Các hạt LEAF đã trung hòa thành công những phân tử gây hại này cả bên trong và xung quanh các tế bào giác mạc.
Ban đầu, nhóm nghiên cứu lo ngại rằng LEAF (vốn có màu xanh nhạt) sẽ làm mắt chuột đổi màu. Tuy nhiên, những cỗ máy phân tử này sản xuất NADPH hiệu quả đến mức chỉ cần một liều lượng chiết xuất cực nhỏ - nhỏ đến mức không thể nhìn thấy bằng mắt thường sau khi nhỏ - cũng đã đủ sức tạo ra tác dụng chữa bệnh.
Xing và các cộng sự hiện đang hướng tới việc đưa LEAF vào thử nghiệm lâm sàng trên những bệnh nhân mắc bệnh khô mắt. Xing tính toán rằng chỉ với một nắm rau chân vịt trị giá khoảng 0,2 USD tại siêu thị, họ có thể chiết xuất đủ lượng LEAF để điều trị cho hơn 50 người, mỗi ngày hai lần, liên tục trong một tháng. Ngoài giác mạc, nhóm cũng đang xem xét cấy ghép các bào quan có nguồn gốc thực vật này vào các loại mô khác trong cơ thể.