HÀNH TRÌNH ĐẾN GIẢI NOBEL CỦA NHÀ HÓA HỌC CAROLYN BERTOZZI

Hành trình đến giải Nobel của nhà Hóa học Carolyn Bertozzi

“Đủ thứ điên rồ” - đó là cách bà Carolyn Bertozzi, 1 trong số 3 nhà khoa học đoạt giải Nobel Hóa học 2022, mô tả về sự nghiệp của mình mà có thể miêu tả là việc thực hiện “phản ứng hóa học trong tế bào và trong cơ thể con người”.

Khi bắt đầu nghiên cứu vào năm 1997, vị giáo sư làm việc tại trường đại học Stanford (bang California, Mỹ) chỉ nhằm mục đích quan sát sự tiến hóa của một số phân tử nhất định trên bề mặt tế bào ung thư. Thế nhưng nhờ những khám phá của bà Bertozzi, hiện ít nhất 2 công ty - trong đó có 1 công ty do bà đồng sáng lập - đang phát triển các phương pháp cải tiến để điều trị căn bệnh này.

Phát hiện của bà Carolyn Bertozzi dẫn tới vô số ứng dụng ấn tượng, như cung cấp các phương pháp điều trị với độ chính xác rất cao, hiểu rõ hơn về cách thuốc hoạt động bên trong cơ thể, giúp quan sát nhiều loại vi khuẩn ẩn mình... Phát biểu trong một cuộc phỏng vấn với báo giới, bà Bertozzi cho biết: “Tôi thậm chí không thể thống kê hết được các ứng dụng. Tôi đã không hình dung ra phần lớn những ứng dụng này ngay từ ban đầu”.

Ngày 5-10, Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển đã công nhận những nghiên cứu tiên phong của bà Bertozzi, cùng 2 nhà khoa học khác là Barry Sharpless (Mỹ) và Morten Meldal (Đan Mạch). Sự ghi nhận này khiến bà Bertozzi (55 tuổi) trở thành người phụ nữ thứ 8 trong lịch sử giành giải Nobel Hóa học.

Cuộc hành trình của bà bắt đầu khi bà nhận thấy mình có niềm đam mê với hóa học hữu cơ, lúc đang theo học các khóa học tiền y học tại trường Harvard. Lĩnh vực này được đánh giá là “vô cùng khó nhằn” nhưng lại thay đổi hướng đi của cuộc đời bà, một người có cha là Giáo sư Vật lý và chị gái là Giáo sư Toán học ứng dụng.

Sau khi hoàn thành chương trình nghiên cứu sau tiến sĩ và tham gia giảng dạy tại Viện Đại học California-Berkeley, bà Bertozzi muốn nghiên cứu sâu hơn về glycan (carbohydrate dạng phức - hay còn gọi là đường - nằm trên bề mặt tế bào) đã “trải qua những thay đổi cấu trúc” ra sao khi trở thành những khối u ác tính.

Bà Bertozzi cho biết vào thời điểm đó, “không có công cụ nào để ghi lại hình ảnh các loại đường, chẳng hạn như dưới kính hiển vi”. Bà đã nảy ra 1 ý tưởng, trong đó đòi hỏi 2 chất hóa học phải khớp với nhau một cách hoàn hảo, giống như những miếng lego. Miếng lego đầu tiên được cung cấp cho các tế bào thông qua đường. Tế bào sau đó chuyển hóa đường và đặt đường vào đầu của glycan. Trong khi đó, miếng lego thứ hai - một phân tử huỳnh quang - được tiêm vào cơ thể người. Khi 2 miếng lego này gắn vào nhau, các glycan ẩn mình sẽ tự lộ ra dưới kính hiển vi.

Kỹ thuật nói trên được bà Carolyn Bertozzi lấy cảm hứng từ “phản ứng hóa học click”, do 2 nhà nghiên cứu Barry Sharpless và Morten Meldal phát triển độc lập. Tuy nhiên, nếu như nghiên cứu của các nhà khoa học Sharpless và Meldal dựa trên việc sử dụng chất xúc tác là đồng - 1 chất kim loại có thể gây độc cho cơ thể, thì nghiên cứu của bà Bertozzi lại loại bỏ điều này.

Nghiên cứu của bà Bertozzi đã cùng lúc đạt được 2 bước tiến lớn, đó là: có được thu được phản ứng rất hiệu quả, mà không cần chất xúc tác là đồng; và thúc đẩy phản ứng mà không làm ảnh hưởng đến các quá trình khác trong cơ thể. Bà đã đặt ra thuật ngữ “phản ứng hóa học sinh trực giao” có nghĩa là một phản ứng không can thiệp vào các quá trình sinh hóa khác. Phương pháp này mất tới 10 năm để hoàn thiện về kỹ thuật.

Các nhà nghiên cứu đang tận dụng những đột phá nói trên để phát triển các phương pháp mới điều trị ung thư. Bà giải thích: “Glycans trên tế bào ung thư có thể che giấu tế bào ung thư khỏi hệ miễn dịch - và do đó, cơ thể bạn không thể nhìn thấy nó, không thể chống lại nó. Bằng cách ứng dụng phản ứng hóa học sinh trực giao, chúng tôi đã tạo ra một loại thuốc mới, về cơ bản hoạt động giống như một chiếc máy cắt cỏ.

Miếng lego đầu tiên gắn vào bề mặt tế bào ung thư và miếng thứ hai gắn lên nó, được trang bị một loại enzyme có chức năng loại bỏ đường, như thể chúng ta cắt bỏ cỏ dại. Chúng hoạt động và đường rơi ra”. Hiện loại thuốc mà công ty của bà Bertozzi phát triển đang trong giai đoạn đầu của thử nghiệm lâm sàng.

Một công ty khác cũng đang tìm cách ứng dụng phản ứng hóa học sinh trực giao để nhắm mục tiêu điều trị ung thư tốt hơn. Miếng lego đầu tiên được tiêm vào một khối u, sau đó miếng lego thứ hai (mang theo thuốc) được gắn vào miếng thứ nhất và chỉ tác động lên mục tiêu này. Bà nêu rõ: “Điều đó cho phép bác sĩ điều trị khối u và tiêu diệt khối u mà không để toàn bộ cơ thể bệnh nhân tiếp xúc với hóa chất độc hại”.

Hàng trăm sinh viên và nghiên cứu sinh đã và đang tham gia phòng thí nghiệm của bà Bertozzi, đã gửi những lời mừng tới chủ nhân của giải Nobel Hóa học 2022. Bà Bertozzi hy vọng công việc cố vấn của mình sẽ mang đến cho mọi người cơ hội để lan tỏa tầm ảnh hưởng của khoa học.

Thanh Phương (TTXVN)