Một dự án chỉnh sửa gen mới khổng lồ sắp phá vỡ bệnh Alzheimer

Khi nói đến bệnh Alzheimer so với khoa học, khoa học đang ở bên thua cuộc.

Bệnh Alzheimer tàn nhẫn theo cách quỷ quyệt nhất. Chứng rối loạn len lỏi trong một số bộ não già cỗi, dần dần ăn mòn khả năng suy nghĩ và lý luận của họ, làm giảm khả năng nắm bắt ký ức và thực tại của họ. Khi dân số thế giới già đi, bệnh Alzheimer đang mọc lên cái đầu xấu xí với tốc độ đáng kinh ngạc. Và mặc dù đã nghiên cứu trong nhiều thập kỷ, chúng ta vẫn chưa có phương pháp điều trị nào - chứ đừng nói đến phương pháp chữa trị.

Quá nhiều của một downer? Viện Y tế Quốc gia (NIH) đồng ý. Trong một trong những dự án tham vọng nhất trong lĩnh vực sinh học, NIH đang kêu gọi các nhà nghiên cứu về bệnh Alzheimer và tế bào gốc hợp tác với nhau trong dự án chỉnh sửa bộ gen lớn nhất bao giờ được hình thành.

Ý tưởng rất đơn giản: nhiều thập kỷ nghiên cứu đã tìm thấy một số gen dường như làm tăng nguy cơ mắc bệnh Alzheimer và các chứng mất trí nhớ khác. Các con số nằm trong phạm vi hàng trăm. Việc tìm ra cách mỗi cái kết nối hoặc ảnh hưởng đến cái khác - nếu có - phải mất nhiều năm nghiên cứu trong các phòng thí nghiệm riêng lẻ. Điều gì sẽ xảy ra nếu các nhà khoa học đoàn kết, khai thác một nguồn tài nguyên được chia sẻ và cùng nhau giải quyết trường hợp tại sao bệnh Alzheimer lại xảy ra ngay từ đầu?

Vũ khí bí mật của sáng kiến ​​này là các tế bào gốc đa năng cảm ứng, hay iPSC. Tương tự như hầu hết các tế bào gốc, chúng có khả năng biến đổi thành bất cứ thứ gì—một Thần đèn di động, nếu bạn muốn. iPSC được tái sinh từ các tế bào trưởng thành thông thường, chẳng hạn như tế bào da. Tuy nhiên, khi được biến đổi thành một tế bào não, chúng mang các gen ban đầu của người hiến tặng, nghĩa là chúng chứa di sản di truyền của người ban đầu—ví dụ, cơ hội phát triển bệnh Alzheimer của người đó ngay từ đầu. Điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta đưa các gen liên quan đến bệnh Alzheimer vào các tế bào gốc tái sinh này và xem chúng hoạt động như thế nào?

Bằng cách nghiên cứu các iPSC này, chúng ta có thể lần ra manh mối dẫn đến nguyên nhân di truyền của Alzheimer và các chứng mất trí nhớ khác—mở đường cho các liệu pháp gen để tiêu diệt chúng từ trong trứng nước.

Sáng kiến ​​​​Bệnh thoái hóa thần kinh iPSC (iNDI) được thiết lập để làm điều đó. Dự án nhằm mục đích “kích thích, tăng tốc và hỗ trợ nghiên cứu sẽ dẫn đến sự phát triển của các phương pháp điều trị và phòng ngừa cải tiến cho những bệnh này,” NIH nói. Tất cả các bộ dữ liệu thu được sẽ được chia sẻ công khai trực tuyến để mọi người có thể khai thác và diễn giải.

Bằng ngôn ngữ đơn giản? Hãy ném tất cả các siêu sao công nghệ sinh học mới của chúng ta—với CRISPR đi đầu - trong nỗ lực phối hợp chống lại bệnh Alzheimer, để cuối cùng giành được ưu thế. Đó là khoảnh khắc “Avengers, tập hợp” hướng tới một trong những kẻ thù khó khăn nhất của chúng ta — kẻ tìm cách phá hủy tâm trí của chính chúng ta từ bên trong.

Kẻ thù thầm lặng

Bệnh Alzheimer được phát hiện lần đầu tiên vào đầu những năm 1900. Kể từ đó, các nhà khoa học đã cố gắng tìm ra nguyên nhân khiến não bị lãng phí.

Ý tưởng nổi bật nhất hiện nay là giả thuyết amyloid. Hãy tưởng tượng một bộ phim kinh dị bên trong một ngôi nhà ma ám với những bóng ma dần dần mạnh lên trong sự ám ảnh của chúng. Đó là nỗi kinh hoàng amyloid—một loại protein tích tụ dần dần nhưng âm thầm bên trong tế bào thần kinh, “ngôi nhà”, cuối cùng tước bỏ chức năng bình thường của nó và dẫn đến cái chết của bất cứ thứ gì bên trong. Các nghiên cứu sau đó cũng phát hiện ra các protein độc hại khác treo xung quanh bên ngoài “ngôi nhà” nơ-ron, dần dần đầu độc những người thuê nhà phân tử bên trong.

Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã nghĩ rằng cách tốt nhất để đánh bại những con ma này là "trừ tà" - tức là loại bỏ những protein độc hại này. Tuy nhiên, hết lần thử này đến lần thử khác, họ đều thất bại. Tỷ lệ thất bại trong điều trị bệnh Alzheimer - cho đến nay là 100% - đã khiến một số người gọi nỗ lực điều trị là “nghĩa địa của những giấc mơ”.

Rõ ràng là chúng ta cần những ý tưởng mới.

Nhập CRISPR

Một vài năm trước, hai hotshot đi dạo trong thị trấn. Một là CRISPR, công cụ bắn tỉa di truyền kỳ lạ có thể cắt, chèn hoặc hoán đổi một hoặc hai gen (hoặc nhiều hơn). Loại còn lại là iPSC, các tế bào gốc đa năng cảm ứng, được “tái sinh” từ các tế bào trưởng thành thông qua một bể hóa chất.

Cả hai cùng nhau có thể mô phỏng chứng mất trí nhớ 2.0 trong một món ăn.

Ví dụ: sử dụng CRISPR, các nhà khoa học có thể dễ dàng chèn các gen liên quan đến bệnh Alzheimer hoặc khả năng bảo vệ của nó vào một iPSC—từ một người hiến tặng khỏe mạnh hoặc một người có nguy cơ mắc chứng mất trí nhớ cao và quan sát điều gì xảy ra. Một tế bào não giống như một khu đô thị ồn ào, với các protein và các phân tử khác quay cuồng xung quanh. Ví dụ, việc bổ sung một lượng gen pro-Alzheimer có thể chặn lưu lượng truy cập bằng gunk, khiến các nhà khoa học phải tìm ra cách những gen đó phù hợp với bức tranh lớn hơn về bệnh Alzheimer. Đối với những người yêu thích phim ngoài kia, nó giống như thêm vào một tế bào một gen cho Godzilla và một gen khác cho King Kong. Bạn biết cả hai có thể làm mọi thứ rối tung lên, nhưng chỉ bằng cách xem những gì xảy ra trong phòng giam, bạn mới có thể biết chắc chắn.

Các phòng thí nghiệm riêng lẻ đã thử phương pháp này kể từ khi iPSC được phát minh, nhưng có một vấn đề. Vì iPSC kế thừa “đường cơ sở” di truyền của một người nên các nhà khoa học ở các phòng thí nghiệm khác nhau rất khó đánh giá liệu một gen có gây ra bệnh Alzheimer hay đó chỉ là một sự ngẫu nhiên do cấu tạo gen cụ thể của người hiến tặng.

Kế hoạch iNDI mới sẽ chuẩn hóa mọi thứ. Sử dụng CRISPR, họ sẽ bổ sung hơn 100 gen liên quan đến bệnh Alzheimer và chứng mất trí nhớ liên quan vào iPSC từ nhiều người hiến tặng khỏe mạnh đa dạng về sắc tộc. Kết quả là một dự án kỹ thuật bộ gen khổng lồ, dẫn đến toàn bộ thư viện các tế bào nhân bản mang đột biến có thể dẫn đến bệnh Alzheimer.

Nói cách khác, thay vì nghiên cứu các tế bào từ những người mắc bệnh Alzheimer, chúng ta hãy cố gắng cung cấp cho các tế bào não khỏe mạnh, bình thường của bệnh Alzheimer bằng cách tiêm cho chúng các gen có thể góp phần gây ra chứng rối loạn này. Nếu bạn xem gen như mã phần mềm, thì có thể chèn mã có khả năng thúc đẩy bệnh Alzheimer vào các tế bào đó thông qua chỉnh sửa gen. Thực hiện chương trình, và bạn sẽ có thể quan sát cách hoạt động của các nơ-ron.

Dự án có hai giai đoạn. Phần đầu tiên tập trung vào các tế bào kỹ thuật hàng loạt được chỉnh sửa bằng CRISPR. Thứ hai là phân tích kỹ lưỡng các tế bào thu được này: ví dụ, di truyền học của chúng, cách thức hoạt động của gen, loại protein chúng mang, cách thức các protein đó tương tác, v.v.

“Bằng cách thiết kế các đột biến gây bệnh trong một tập hợp các iPSC đa dạng về mặt di truyền, có đặc điểm tốt, dự án được thiết kế để đảm bảo khả năng tái tạo dữ liệu giữa các phòng thí nghiệm và khám phá tác động của sự biến đổi tự nhiên đối với chứng mất trí nhớ,” nói Tiến sĩ Bill Skarnes, giám đốc kỹ thuật tế bào tại Phòng thí nghiệm Jackson, và là người đứng đầu dự án.

Cây búa chống lại bệnh Alzheimer

iNDI là loại sáng kiến ​​chỉ khả thi với sự thúc đẩy công nghệ sinh học gần đây của chúng tôi. Việc chế tạo hàng trăm tế bào liên quan đến bệnh Alzheimer—và để chia sẻ với các nhà khoa học trên toàn cầu—chỉ là một giấc mơ viển vông cách đây hai thập kỷ.

Rõ ràng, dự án không chỉ tạo ra các ô riêng lẻ. Nó sử dụng CRISPR để tạo ra các dòng tế bào, hoặc toàn bộ dòng tế bào mang gen bệnh Alzheimer có thể truyền lại cho thế hệ tiếp theo. Và đó là sức mạnh của chúng: chúng có thể được chia sẻ với các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới, để tiếp tục trau dồi các gen có thể tạo ra tác động lớn nhất đối với chứng rối loạn. Giai đoạn hai của iNDI thậm chí còn mạnh mẽ hơn, ở chỗ nó đào sâu vào hoạt động bên trong của các tế bào này để tạo ra một “mã ăn gian”—một trang về cách thức hoạt động của các gen và protein của chúng.

Cùng nhau, dự án thực hiện công việc khó khăn là xây dựng một thế giới các tế bào liên quan đến bệnh Alzheimer, mỗi tế bào được trang bị một gen có thể tác động đến chứng mất trí nhớ. Các tác giả viết: “Những kiểu phân tích tích hợp này có khả năng dẫn đến những khám phá thú vị và có thể thực hiện được mà không một phương pháp tiếp cận nào có thể học được một cách cô lập”. Nó cung cấp “cơ hội tốt nhất để thực sự hiểu biết” về bệnh Alzheimer và các bệnh liên quan, cũng như “các khả năng điều trị đầy hứa hẹn”.

Ảnh: Gerd Altmann từ Pixabay

Nguồn: https://singularityhub.com/2021/04/13/a-massive-new-gene-editing-project-is-out-to-crush-alzheimers/