Các nhà khoa học điều chế chất độc tự nhiên làm thuốc chữa bệnh

Các nhà khoa học đang tách chất độc trong tự nhiên để tìm hiểu cơ chế hoạt động của những thành phần phân tử trong đó.

Nghiên cứu này có thể giúp điều chế những loại thuốc giảm đau mới cùng các phương pháp điều trị bệnh hiệu quả hơn.

Các nhà khoa học điều chế chất độc tự nhiên làm thuốc chữa bệnh
Cây Dendrocnide excelsa và loài kiến Florida harvester chứa nhiều nọc độc gây đau đớn.

Chịu đau vì khoa học

Nhà khoa học Sam Robinson thuộc Viện Sinh học Phân tử, Đại học Queensland, Australia, lần đầu tiên trải nghiệm sự đau đớn dữ dội do tiếp xúc với thực vật trong chuyến dã ngoại vào một khu rừng nhiệt đới năm 2018.

Lúc đó, ông tình cờ nhìn thấy một loài cây có hoa thuộc họ tầm ma, tên khoa học là Dendrocnide excelsa, ở Vườn quốc gia Main Range của Australia. Dùng tay trái chạm vào những sợi lông của cây để xem vết chích có đáng sợ như lời đồn hay không, tức thì ông cảm nhận một cơn đau dữ dội len lên cánh tay trái cùng phần ngực bên trái của mình.

Sam Robinson thuộc nhóm các nhà khoa học tin rằng, còn nhiều tiềm năng về y học chưa được khai thác trong tự nhiên, trong đó có nọc độc của cây cối, động vật.

Nhà côn trùng học Justin O. Schmidt, hiện làm việc tại Viện Sinh học Southwest ở Arizona (Mỹ), bắt đầu một dự án vào cuối những năm 1970, liệt kê những trải nghiệm khi bị các loại côn trùng đốt, rồi sáng tạo “Chỉ số đau nhức Schmidt” nổi tiếng.

Truyền cảm hứng cho ông là loài kiến đỏ lớn được gọi là Florida harvester. Khi ông bị kiến đốt vào cánh tay, lông ở cánh tay phản ứng dựng lên. Phản ứng bất thường này khơi gợi sự tò mò và ông nhận ra cần phải có bảng so sánh mức độ đau đớn khi bị các loài côn trùng khác nhau đốt chích. Cuốn sách của ông, The Sting of the Wild, mô tả các vết đốt từ 83 loài và đánh giá sự đau đớn mà chúng gây ra theo thang độ từ 1 đến 4.

Nhà khoa học Justin O. Schmidt sáng tạo “Chỉ số đau nhức Schmidt”.

Triển vọng trong điều trị ung thư

Sam Robinson nghiên cứu nọc độc một cách chuyên nghiệp sau Schmidt khoảng 40 năm. Theo “Chỉ số đau nhức Schmidt”, ông bắt đầu đánh giá các vết đốt của mình rồi đưa lên mạng xã hội. Hiện ông cùng các nhà khoa học khác đang tìm cách giải mã một số nọc độc dữ dội nhất, như các cây châm chích, sâu bướm limacodid, rắn hổ mang, cùng những sinh vật khác.

Robinson đã cùng Schmidt đến Arizona tìm bắt những con kiến nhung, thực chất là ong bắp cày không cánh, có màu sắc rực rỡ với cơ thể đầy lông. Được đặt biệt danh là “kẻ giết bò”, loài ong này khi đốt gây đau đớn kinh khủng khiến nạn nhân phải hét lên như bị dầu trong nồi chiên tràn ra toàn bộ bàn tay.

Cả hai nhà khoa học đã công bố tài liệu chi tiết đầu tiên về thành phần và chức năng của nọc kiến nhung vào tháng 2/2021 vừa qua. Theo đó, khi vào cơ thể nạn nhân, nọc độc phá vỡ màng tế bào bằng cách để các hạt tích điện xuyên qua một cấu trúc giống như cổng, gọi là kênh ion. Các phân tử trong nọc độc tấn công kênh ion bằng cách liên kết, giữ nó ở trạng thái mở khi cần đóng và gửi tín hiệu đau đến não.

Hiểu được cơ chế hoạt động của nọc độc, các nhà khoa học cho rằng tạo ra các loại thuốc mới nhắm vào các thụ thể giống nhau, nhưng làm êm dịu, thay vì gây đau đớn.

Không giống như vết đốt của kiến nhung, cơn đau râm ran từ vết chích của cây Dendrocnide excelsa có thể tái phát khi gặp lạnh, thậm chí vài giờ sau khi nó giảm xuống một cách tự nhiên. Nếu dội nước lạnh vào khu vực bị chích, cơn đau sẽ trở lại cường độ ban đầu.

Một số loại thuốc hóa trị cũng gây ra hiệu ứng này, được gọi là chứng dị ứng lạnh, gây ra cảm giác khó chịu cho bệnh nhân ung thư khi dùng thuốc. “Nếu biết độc tố trong cây này là gì và nó hoạt động như thế nào, chúng ta có thể biết cơ chế đằng sau triệu chứng loạn cảm giác đau (allodynia) do lạnh và tìm ra phương cách ngăn chặn nó”, Robinson nói.

Để nghiên cứu loài cây kỳ lạ này, một trong những đồng nghiệp của Robinson đã mang hạt giống Dendrocnide excelsa từ những khu rừng nhiệt đới ở Bắc Queensland về trồng ở phòng thí nghiệm. Các nhà khoa học đã cạo một số sợi lông châm chích - có thể dài tới 7 hoặc 8 mm - và chiết xuất nọc độc từ chúng.

Nghiên cứu sơ bộ cho thấy, về mặt hóa học, độc tố từ loài cây châm chích trên hoạt động tương tự như độc tố của bọ cạp hoặc nhện đen tarantula. Các nhà khoa học cũng phát hiện chất độc của cây châm chích nhắm vào một kênh ion, gọi là “kênh natri kiểm soát điện thế”, được tìm thấy trong các tế bào thần kinh của động vật.

Thành phần hóa học của nọc độc cũng có thể cung cấp một công cụ để chống lại ung thư một cách trực tiếp. Peptide nọc độc là các chuỗi amino acid ngắn, điều khiển các tín hiệu tế bào bằng cách nhắm mục tiêu vào các thụ thể riêng biệt. Điều này có nghĩa là một số thành phần trong nọc độc có thể làm tắt quá trình sản sinh tế bào khối u, trong khi vẫn giữ nguyên các tế bào khỏe mạnh.

Tại New York (Mỹ), bà Mande Holford, Phó Giáo sư về hóa học tại Đại học Hunter đang nghiên cứu đặc điểm của các peptide nọc độc từ một loài ốc sên, với mục tiêu phát triển các liệu pháp mới để điều trị ung thư và giảm đau.

Các nhà nghiên cứu khác gần đây đã thành công trong việc phát triển tuyến nọc độc của rắn, nhưng Holford lại tập trung vào việc mô hình hóa các cơ quan sản xuất nọc độc của ốc sên.

Bà hy vọng sẽ tạo ra “thư viện” đầy đủ mô hình tuyến nọc độc để nghiên cứu di truyền của các loại organoid (mô 3D cực nhỏ được nuôi cấy từ tế bào gốc) được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm.

Một trong những thách thức chủ yếu đối với các nhà khoa học là nhiều loại thuốc dựa trên peptide nọc độc hiện có đều thuộc dạng tiêm, vì hầu hết các peptide sẽ bị hủy trong hệ tiêu hóa. Loại thuốc viên dựa trên nọc độc phải chống lại sự phân hủy trong ruột hoặc gan, nhưng vẫn hòa tan trong máu.

Cho dù có những tiến bộ trong nghiên cứu về nọc độc, các nhà khoa học cũng lưu ý một thực tế rằng, những thành tựu đạt được đều xoay quanh việc mô phỏng và vận dụng những gì mà tự nhiên cung cấp.

Từ khóa liên quan: