Các nhà khoa học đã biến đổi các tế bào mỡ trắng dự trữ năng lượng thành tế bào mỡ nâu (beige fat cells) đốt cháy calo. Khi được cấy ghép, chúng cạnh tranh với khối u để giành dinh dưỡng, đẩy lùi năm loại ung thư khác nhau trong các thí nghiệm.
Hút mỡ (liposuction) và phẫu thuật thẩm mỹ hiếm khi được nhắc đến cùng với điều trị ung thư. Nhưng chúng lại là nguồn cảm hứng cho một phương pháp tiếp cận mới sử dụng tế bào mỡ được biến đổi (engineered fat cells) để làm cho khối u bị thiếu dinh dưỡng.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học California, San Francisco đã sử dụng công nghệ chỉnh sửa gen có tên CRISPR để biến đổi các tế bào mỡ trắng thông thường thành tế bào mỡ nâu, vốn tiêu thụ calo để tạo nhiệt. Sau đó, họ cấy ghép những tế bào này gần khối u, tương tự như cách các bác sĩ phẫu thuật thẩm mỹ tiêm mỡ hút từ một phần cơ thể vào một phần khác để tăng thể tích. Các tế bào mỡ này hấp thụ hết chất dinh dưỡng, khiến hầu hết tế bào ung thư chết đói. Phương pháp này thậm chí vẫn hiệu quả khi các tế bào mỡ được cấy vào chuột ở vị trí cách xa khối u.
CRISPR là từ viết tắt của “clustered regularly interspaced short palindromic repeats” – các đoạn lặp ngắn đối xứng được sắp xếp xen kẽ đều đặn) là một công nghệ mà các nhà nghiên cứu sử dụng để chỉnh sửa có chọn lọc DNA của sinh vật sống.
Việc dựa vào các quy trình y khoa phổ biến có thể giúp đẩy nhanh việc ứng dụng phương pháp này như một liệu pháp tế bào (cellular therapy) mới.
“Chúng ta đã quen với việc loại bỏ tế bào mỡ bằng hút mỡ và đưa chúng trở lại cơ thể qua phẫu thuật thẩm mỹ,” Tiến sĩ Nadav Ahituv, giám đốc Viện Di truyền học Con người tại Đại học California, cho biết. Ông là tác giả chính của nghiên cứu được công bố ngày 4 tháng 2 trên tạp chí Nature Biotechnology. “Những tế bào mỡ này có thể dễ dàng được chỉnh sửa trong phòng thí nghiệm và cấy lại vào cơ thể một cách an toàn, khiến chúng trở thành một nền tảng hấp dẫn cho liệu pháp tế bào, bao gồm cả điều trị ung thư.”
Liệu pháp lạnh khơi nguồn một ý tưởng mới
Ahituv và cộng sự của ông, tiến sĩ Hai Nguyen, từng là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Đại học California, đã biết đến các nghiên cứu cho thấy tiếp xúc với lạnh có thể ức chế ung thư ở chuột. Các nhà khoa học kết luận rằng tế bào ung thư bị đói vì lạnh kích hoạt tế bào mỡ nâu, vốn sử dụng chất dinh dưỡng để tạo nhiệt.
Tuy nhiên, liệu pháp lạnh không phải là giải pháp khả thi cho bệnh nhân ung thư có sức khỏe yếu. Vì vậy, Ahituv và Nguyen đã nghĩ đến việc sử dụng tế bào mỡ nâu, với hy vọng có thể biến đổi chúng để đốt cháy đủ calo ngay cả khi không có yếu tố lạnh, từ đó làm khối u cạn kiệt năng lượng cần thiết để phát triển.
Nguyen, tác giả chính của nghiên cứu, đã sử dụng CRISPR để kích hoạt các gen vốn không hoạt động trong tế bào mỡ trắng nhưng lại hoạt động trong tế bào mỡ nâu, nhằm tìm ra những gen có thể giúp biến đổi tế bào mỡ trắng thành tế bào mỡ nâu có khả năng tiêu hao năng lượng cao nhất.
Gen UCP1 nổi bật trong nghiên cứu. Nguyen đã nuôi cấy tế bào mỡ nâu có UCP1 cùng với tế bào ung thư trong một đĩa kiểu transwell (transwell là một màng chèn được sử dụng cho nuôi cấy tế bào, nằm giữa các ống thạch agar.). Các tế bào ung thư nằm ở đáy, trong khi tế bào mỡ ở trên trong các khoang riêng biệt, buộc chúng phải chia sẻ nguồn dinh dưỡng mà không tiếp xúc trực tiếp. Kết quả thật đáng kinh ngạc.
“Trong thí nghiệm nuôi màng đầu tiên, hầu như không có tế bào ung thư nào sống sót. Chúng tôi nghĩ rằng mình đã thực hiện sai gì đó – chúng tôi chắc chắn đó là lỗi,” Ahituv nhớ lại. “Nhưng khi lặp lại nhiều lần, chúng tôi vẫn thấy cùng một hiệu ứng.”
Tế bào mỡ nâu đã áp đảo hai loại tế bào ung thư vú khác nhau, cũng như tế bào ung thư đại tràng, tụy và tuyến tiền liệt.
Ung thư không thể chống lại những tế bào mỡ háu ăn
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu vẫn chưa biết liệu tế bào mỡ nâu có hoạt động hiệu quả trong một môi trường thực tế hơn không. Vì vậy, họ đã chuyển sang nghiên cứu trên các cơ quan mỡ nhân tạo (organoids) – các cụm tế bào được nuôi cấy trong đĩa thí nghiệm – để kiểm tra xem liệu chúng có thể lấn át tế bào ung thư khi được cấy gần khối u ở chuột hay không. Kết quả cho thấy phương pháp này có hiệu quả đối với ung thư vú, ung thư tuyến tụy và ung thư tuyến tiền liệt. Các tế bào ung thư bị chết đói khi tế bào mỡ tiêu thụ hết nguồn dinh dưỡng có sẵn.
Tế bào mỡ nâu mạnh mẽ đến mức chúng có thể ngăn chặn sự phát triển của khối u tuyến tụy và ung thư vú ở những con chuột vốn có đột biến di truyền khiến chúng dễ mắc ung thư. Phương pháp này thậm chí vẫn hiệu quả khi tế bào mỡ được cấy vào vị trí cách xa tế bào ung thư vú.
Để kiểm tra hiệu quả trên mô người, Ahituv và Nguyen đã hợp tác với tiến sĩ Jennifer Rosenbluth, một chuyên gia về ung thư vú tại Đại học California. Rosenbluth sở hữu một thư viện mẫu mô từ các ca cắt bỏ tuyến vú, trong đó chứa cả tế bào mỡ và tế bào ung thư vú.
“Vì tuyến vú chứa rất nhiều mỡ, chúng tôi có thể lấy mỡ từ chính bệnh nhân, biến đổi nó và nuôi cấy trong cùng một thí nghiệm với tế bào ung thư của bệnh nhân đó,” Ahituv cho biết.
Tế bào mỡ nâu từ chính bệnh nhân đã vượt trội hơn tế bào ung thư vú trong đĩa thí nghiệm cũng như khi được cấy vào mô hình chuột.
Biết rằng mỗi loại tế bào ung thư có chế độ dinh dưỡng ưa thích riêng, các nhà nghiên cứu đã lập trình tế bào mỡ để chỉ tiêu thụ một số chất dinh dưỡng nhất định. Ví dụ, một số dạng ung thư tuyến tụy phụ thuộc vào uridine khi thiếu glucose. Vì vậy, họ đã thiết kế tế bào mỡ chỉ hấp thụ uridine, và kết quả là chúng dễ dàng lấn át tế bào ung thư tuyến tụy. Điều này cho thấy tế bào mỡ có thể được điều chỉnh để phù hợp với nhu cầu dinh dưỡng của từng loại ung thư.
Một hướng đi mới cho liệu pháp tế bào sống
Theo Ahituv, tế bào mỡ có nhiều lợi thế khi được sử dụng trong liệu pháp tế bào sống. Chúng dễ dàng lấy từ cơ thể bệnh nhân, phát triển tốt trong phòng thí nghiệm, có thể được chỉnh sửa để biểu hiện các gen khác nhau và đảm nhận các vai trò sinh học khác nhau. Khi được đưa trở lại cơ thể, chúng không di chuyển khỏi vị trí cấy ghép và không gây phản ứng miễn dịch, điều đã được chứng minh qua nhiều thập kỷ phẫu thuật thẩm mỹ.
“Tế bào mỡ ít tương tác với môi trường xung quanh, nên rất ít nguy cơ chúng di chuyển ra ngoài và gây vấn đề trong cơ thể,” Ahituv giải thích.
Chúng cũng có thể được lập trình để phát tín hiệu hoặc thực hiện các nhiệm vụ phức tạp hơn.
Ngoài ra, khả năng đánh bại ung thư ngay cả khi không nằm cạnh khối u có thể là chìa khóa để điều trị các loại ung thư khó tiếp cận, như u nguyên bào thần kinh đệm (glioblastoma) – một loại ung thư não nguy hiểm – cũng như nhiều bệnh lý khác.
“Chúng tôi tin rằng những tế bào này cũng có thể được chỉnh sửa để cảm nhận lượng glucose trong máu và giải phóng insulin để điều trị tiểu đường, hoặc hấp thụ sắt ở những bệnh nhân mắc bệnh thừa sắt (hemochromatosis),” Ahituv nói. “Tiềm năng của tế bào mỡ là vô hạn.”
Các nhà khoa học đã biến đổi tế bào mỡ trắng dự trữ năng lượng thành tế bào mỡ nâu đốt cháy calo. Khi được cấy ghép, chúng cạnh tranh với khối u để giành dinh dưỡng, đẩy lùi năm loại ung thư khác nhau trong các thí nghiệm.
