Khoa học và vũ trụ
Nhà nghiên cứu chính về ung thư và các bệnh kháng thuốc
Khoa Miễn dịch học
Trung tâm Nghiên cứu Virginia Mason
Đại học Washington
Vào một ngày đầu xuân, khi đang trên đường đi làm, có một người lạ bắt chuyện với tôi và hỏi thăm về nghề nghiệp của tôi. Sau khi biết rằng tôi là một nhà nghiên cứu về ung thư, mắt ông sáng lên và hỏi: “Có phải anh đang tìm phương thuốc chữa bệnh ung thư không?” Câu hỏi của ông ấy in sâu vào tâm trí tôi và bây giờ tôi muốn chia sẻ một số suy nghĩ với các bạn.
Ảnh minh họa
Kể từ khi bà tôi qua đời đột ngột vì căn bệnh ung thư gan ác tính khoảng 20 năm trước đây, từ “ung thư” chưa bao giờ rời khỏi tâm trí và trái tim của tôi. Từ trái tim non nớt của mình, tôi có một niềm hy vọng vô tư rằng một ngày nào đó sẽ tìm ra cách chữa bệnh ung thư, và điều đó đã đưa tôi đến tận giai đoạn này trong sự nghiệp của mình.
Từ năm 1988 đến nay, tôi đi theo con đường của khoa học hiện đại dựa trên giản hóa luận để nghiên cứu sinh học ở nhiều cấp độ: từ giải phẫu học đến mô học, sinh học tế bào, và cuối cùng đến sinh học phân tử, sử dụng nấm men làm hệ thống mô hình để nghiên cứu biến đổi gen.
Sau khi lấy bằng tiến sĩ, tôi cảm thấy mình đã sẵn sàng để mặt-đối-mặt với bệnh ung thư, do đó tôi đã bước vào lĩnh vực nghiên cứu ung thư. Cũng giống như nhiều người khác, tôi làm nghiên cứu trong lĩnh vực này thông qua quan sát các tế bào trong những hệ thống nhân tạo, đặc biệt những gì chúng ta gọi là hệ thống trong ống nghiệm, mà trong đó các dòng tế bào lớn lên trong các đĩa petri.
Tiến sĩ Tongwen Wang (Nguồn: people.ku.edu)
Năm 1992, khi tôi bắt đầu khóa huấn luyện sau tiến sĩ tại bệnh viện Massachusetts ở Boston, tôi đã “gặp” một protein mạnh mẽ được gọi là Nhân tố Chuyển đổi Tăng trưởng-beta (TGF-beta). Phân tử này là một chất kiềm chế mạnh mẽ sự tăng trưởng của tế bào. Trong cơ thể của chúng ta, có một số lượng lớn các protein TGF-beta như thế, tất cả chúng đều rất mạnh mẽ, trong đó, mỗi phân tử phụ trách việc hình thành và duy trì các cơ quan nội tạng chính khác nhau trong cơ thể của chúng ta.
Hầu hết các protein này là chất ức chế mạnh mẽ sự tăng trưởng của tế bào. Trong cơ thể của chúng ta, cũng có một nhóm lớn các protein có chức năng thúc đẩy tích cực sự tăng trưởng của tế bào. Theo văn hóa cổ xưa của Trung Quốc, thuyết cân bằng Âm và Dương ở tầm vĩ mô cũng được triển hiện hoàn hảo ở mức độ phân tử, trong thế giới vi quan của tế bào. Nghiên cứu được tiến hành trong 20 năm qua đã làm sáng tỏ chi tiết các mạng phân tử trong một tế bào bình thường, nó sẽ trải qua một vòng đời ổn định gồm có tăng trưởng, chuyên môn hóa (chúng tôi gọi là sự phân hóa), lão hóa và chết.
Tại mỗi giai đoạn trong vòng đời của một tế bào, chúng ta có thể “nghe thấy giai điệu” và “nhìn thấy nhịp điệu” của sự tương tác hòa hợp tuyệt vời giữa các yếu tố Âm và Dương. Sự rối loạn cân bằng giữa hai yếu tố này được nhìn nhận là nguyên nhân chính dẫn đến hành vi ngoài tầm kiểm soát của tế bào, một trong số những biểu hiện đó chính là bệnh ung thư.
Sự khác biệt trong cách hành xử của tế bào bình thường và ung thư
Làm thế nào một tế bào bình thường chuyển thành ung thư? Điều gì đã xảy ra? Một tế bào bình thường tương tác với các yếu tố môi trường để xác định thời điểm nó có thể bước vào giai đoạn tăng trưởng, gọi là chu kỳ tế bào, trong đó bao gồm nhiều giai đoạn khác nhau, được đặt tên G1, S, G2 và M. Giữa mỗi giai đoạn có một cánh cửa. Các tế bào phải đáp ứng được một số yêu cầu trước khi nó có thể phát triển tiếp. Những cánh cửa này rất quan trọng, vì nếu một tế bào có gì đó bất ổn, những cánh cửa sẽ khởi tác dụng bảo vệ tế bào ấy bằng cách chặn nó lại ở giai đoạn đó cho đến khi vấn đề được khắc phục bằng cách nào đó.
Nếu vấn đề không thể được khắc phục, tế bào sẽ kích hoạt hệ thống báo động, dẫn đến một chế độ tự hủy được sắp đặt hoàn hảo đến mức đáng kinh ngạc. Như vậy, một tế bào bình thường hoạt động phù hợp với hệ thống mà nó thuộc về. Khi có lỗi xảy ra, các tế bào có một cơ chế “hy sinh” bản thân vì lợi ích của cả cơ thể. Ngược lại, một tế bào ung thư bằng cách nào đó đã “lách” qua các luật tại mỗi cổng kiểm tra giữa các giai đoạn phát triển, qua đó tiếp tục tăng trưởng số lượng. Cơ chế tự hy sinh cũng bị loại bỏ để chúng đạt được sự “bất tử”. Tất nhiên, sự bất tử tạm thời như vậy kéo theo cái chết của cả cơ thể, thú vị thay, điều này phản ánh một “sinh mệnh” rất thiếu hiểu biết mà lại vô cùng ích kỷ.
Trong 20 năm qua, các nhà nghiên cứu ung thư đã biết được rằng phải mất nhiều giai đoạn để một tế bào tích lũy những lỗi protein khác nhau rồi mới bị hỏng đến mức cuối cùng quét sạch tất cả các cơ chế bảo vệ quan trọng ở cấp độ tế bào. Sau đó, tế bào ấy bắt đầu di căn, trong quá trình đó nó lại tiếp tục vi phạm nhiều luật lệ của hệ thống, bao gồm cả các luật của hệ thống miễn dịch. Giống như cảnh sát, thông thường hệ thống miễn dịch sẽ liên tục tra hỏi các hệ thống trong cơ thể để loại bỏ các tế bào bất thường.
Vì sao tế bào ung thư “lách luật” được?
Bí ẩn thực sự là tại sao các tế bào có thể xoay sở để tích tụ nhiều lỗi đến thế mà không bị loại bỏ. Ở mức vi quan của một tế bào, chúng tôi biết rằng có nhiều cơ chế bảo vệ được đặt ra. Trong phạm vi “trung quan” của một cơ thể, chúng ta biết rằng cũng có nhiều cơ chế bảo vệ tại chỗ. Làm sao từng cơ chế bảo vệ trong cơ thể bệnh nhân ung thư đều thất bại hết? Một số nhà sinh vật học tin rằng ung thư là do một số lỗi ở cấp độ gen, khiến cho các vật chất di truyền không ổn định, được gọi là sự bất ổn định về di truyền, dẫn đến sai lệch trên diện rộng ở cấp độ gen. Tuy nhiên, một tế bào bình thường biết cách sửa chữa một lỗi ở mức độ gen và cũng biết kích hoạt chế độ tự hủy khi nó không khắc phục nổi vấn đề.
Nhiều phòng thí nghiệm, bao gồm cả của tôi, đã nghiên cứu về cách thức các tế bào giao tiếp với nhau thông qua các protein (“Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm”). TGF-beta được tạo ra bởi hầu hết các tế bào trong cơ thể của chúng ta. Khi nó được tiết ra bên ngoài một tế bào, TGF-beta hoạt động như một tín hiệu “công bố” với những tế bào nào ở lân cận mà có một bộ các protein duy nhất dùng để nhận biết và liên kết với nó. Một khi các protein có chức năng liên kết này, còn gọi là “thụ thể”, nằm trên bề mặt tế bào, liên kết với TGF-beta, chúng sau đó sẽ “nói chuyện” với các protein bên trong tế bào. Chi tiết về các bước giao tiếp giữa các protein bên trong và các protein bên ngoài tế bào đã được nhiều phòng thí nghiệm trong cộng đồng nghiên cứu truyền tín hiệu vẽ ra một cách cẩn thận.
Sau sáu năm nghiên cứu chuyên sâu và tốn kém, chúng tôi hiện đã xác định được một cơ chế chức năng thú vị của TGF-beta. Ai trong lĩnh vực này cũng đều biết rằng có một nhóm các protein bên trong tế bào tên là “Smad” đóng vai trò then chốt để thực hiện các chỉ lệnh của TGF-beta nhằm ức chế sự tăng trưởng của tế bào. Trên thực tế, nhiều bệnh ung thư, như ung thư ruột kết, ung thư tuyến tụy, ung thư vùng đầu và cổ, tất cả đều liên quan đến dị tật ở những protein Smad. Phải đến gần đây chúng tôi mới phát hiện rằng Smad thực hiện sứ mệnh của mình bằng cách trực tiếp “nói chuyện” với một hệ thống protein rất quan trọng ở bên trong tế bào. Hệ thống protein này bao gồm một lượng lớn các protein cùng nhau làm các công việc sau:
- đánh dấu các protein già, lão hóa, hoặc protein rối loạn chức năng để tiêu huỷ; và
- hỗ trợ hầu hết mọi chức năng của tế bào thông qua việc lần lượt loại bỏ các protein để điều chỉnh mức độ của từng loại protein đóng vai trò điều tiết trong tế bào.