Các nhà khoa học Mỹ vừa phát triển một enzym nhân tạo có khả năng loại bỏ các tổn thương hóa học tích tụ theo tuổi tác trên mô người. Trong thử nghiệm, enzym này giúp giảm hơn 70% dấu hiệu lão hóa ở động mạch của người 75 tuổi và đưa chỉ số tương tự ở da xuống thấp hơn mức ghi nhận ở người 31 tuổi.
Enzym mới đưa chỉ số lão hóa của da xuống dưới mức người 31 tuổi. Ảnh minh họa: Revel Pharmaceuticals
Sau nhiều thập kỷ được xem là hệ quả không thể đảo ngược của quá trình lão hóa, những tổn thương hóa học tích tụ trên protein trong cơ thể người có thể đang đứng trước cơ hội được sửa chữa. Bước tiến này đến từ công trình của các nhà khoa học Mỹ, vừa được công bố trên tạp chí Nature Communications, với việc chế tạo thành công một enzym nhân tạo có khả năng loại bỏ một trong những dấu ấn phân tử quan trọng của lão hóa.
Nghiên cứu do Tiến sĩ Aaron Cravens, thuộc Revel Pharmaceuticals, dẫn dắt với sự tham gia của các chuyên gia đến từ Calico Life Sciences và Cơ sở Y khoa Anschutz, thuộc Đại học Colorado (Mỹ). Mục tiêu của nhóm là xử lý Nε-carboxymethyl-lysine (CML), một dạng sản phẩm cuối của quá trình glycat hóa nâng cao (AGEs). Đây là hợp chất hình thành khi đường và các phân tử phản ứng tự do dần liên kết với protein trong cơ thể qua nhiều năm, tương tự phản ứng làm thực phẩm chuyển màu nâu khi được nướng.
Theo các nhà nghiên cứu, CML tích tụ chủ yếu trên những protein có tuổi thọ dài, khiến mô dần mất tính đàn hồi, trở nên xơ cứng và kích hoạt phản ứng viêm mạn tính thông qua thụ thể RAGE. Chính vì vậy, loại tổn thương này từ lâu được xem là một trong những nguyên nhân quan trọng thúc đẩy quá trình lão hóa và nhiều bệnh lý liên quan đến tuổi tác.
Để tìm cách loại bỏ CML, nhóm nghiên cứu sử dụng enzym glycine oxidase của vi khuẩn làm nền tảng, sau đó áp dụng kỹ thuật tiến hóa định hướng nhằm tạo ra một phiên bản mới có khả năng nhận diện và xử lý hợp chất này. Sau năm vòng gây đột biến, kết hợp sàng lọc hơn 500 triệu biến thể bằng hệ thống chọn lọc di truyền trên vi khuẩn E. coli, các nhà khoa học đã tạo ra enzym nhân tạo mang tên CMLase.
Không giống nhiều phương pháp xử lý protein trước đây, CMLase có thể oxy hóa CML để đưa phân tử này trở về dạng lysine ban đầu ngay trên chuỗi peptide cũng như protein nguyên vẹn mà không làm đứt gãy hay biến tính cấu trúc protein. Khi được thử nghiệm trên các protein như collagen và hemoglobin, enzym đã loại bỏ từ 52% đến gần 97% lượng CML tích tụ.
Kết quả thu được trên mô người hiến tặng còn ấn tượng hơn. Với mẫu da, CMLase giúp giảm hơn 55% lượng CML, đưa nồng độ hợp chất này xuống thấp hơn mức thường ghi nhận ở da của người 31 tuổi. Trên mẫu động mạch chủ bụng lấy từ người hiến tặng 75 tuổi, enzym đã loại bỏ hơn 70% lượng CML chỉ sau một đêm xử lý. Trong khi đó, ở protein thủy tinh thể mắt của người hiến 64 tuổi, lượng CML cũng giảm từ 45% đến 78%.
Dù vậy, các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng kết quả hiện mới dừng ở giai đoạn chứng minh khái niệm trong phòng thí nghiệm. Toàn bộ thử nghiệm được thực hiện trên các lát cắt mô mỏng và dung dịch protein hòa tan. Vì vậy, vẫn cần thêm nhiều nghiên cứu để xác định liệu enzym có thể thâm nhập vào mô sống nguyên vẹn hay không, cũng như đánh giá khả năng cải thiện độ đàn hồi của mô hoặc làm giảm phản ứng viêm sau khi loại bỏ CML.
Một thách thức khác là CMLase có nguồn gốc từ vi khuẩn, nên nguy cơ kích hoạt phản ứng miễn dịch khi sử dụng nhiều lần trên cơ thể người vẫn chưa được làm rõ. Bên cạnh đó, enzym này hiện mới chỉ tác động lên CML, trong khi còn nhiều dạng tổn thương phân tử khác liên quan đến lão hóa, chẳng hạn các liên kết chéo glucosepane trên collagen, vẫn chưa thể xử lý.
Chia sẻ về khoảnh khắc chứng kiến enzym phát huy tác dụng trên mô của người cao tuổi, Tiến sĩ Aaron Cravens cho biết cả nhóm gần như không thể tin vào kết quả sau hơn bốn năm nghiên cứu liên tục. Theo ông, CMLase có thể trở thành nền móng cho một thế hệ enzym mới chuyên sửa chữa các tổn thương phân tử tích lũy theo tuổi tác, thay vì chỉ điều trị triệu chứng của quá trình lão hóa.
Hiện nhóm nghiên cứu đang tập trung tối ưu hóa hiệu suất của CMLase trước khi chuyển sang thử nghiệm trên mô hình động vật. Mặc dù còn cách khá xa việc ứng dụng trên người, công trình vẫn được cộng đồng khoa học đánh giá là một bước tiến đáng chú ý bởi lần đầu tiên cho thấy khả năng can thiệp trực tiếp vào những tổn thương hóa học vốn được xem là không thể đảo ngược trong quá trình lão hóa. Nếu các nghiên cứu tiếp theo tiếp tục xác nhận hiệu quả và độ an toàn, hướng tiếp cận này có thể mở ra một chương mới trong lĩnh vực y học tái tạo và nghiên cứu chống lão hóa.
PV