Các nhà khoa học phát hiện nguồn năng lượng bí ẩn của tế bào ung thư

Các tế bào ung thư lập tức triển khai phản ứng giàu năng lượng khi bị ép chặt, theo một nghiên cứu đăng trên tạp chí Nature Communications. Dòng năng lượng này là cơ chế phòng vệ đầu tiên được ghi nhận giúp tế bào sửa chữa tổn thương DNA và tồn tại trong môi trường đông đúc của cơ thể.

Các nhà nghiên cứu tại Centre for Genomic Regulation (CRG) ở Barcelona đã sử dụng kính hiển vi chuyên dụng có khả năng nén tế bào sống chỉ còn ba micrô mét, khoảng 1/30 đường kính sợi tóc người. Họ quan sát thấy chỉ trong giây lát, ty thể trong tế bào HeLa di chuyển nhanh về bề mặt nhân và bơm thêm ATP, nguồn năng lượng phân tử của tế bào.

"Điều này buộc chúng ta phải suy nghĩ lại vai trò của ty thể trong cơ thể. Chúng không chỉ là những 'pin' tĩnh cung cấp năng lượng, mà còn giống như lực lượng phản ứng khẩn cấp có thể được triệu tập khi tế bào bị đẩy đến giới hạn" – Tiến sĩ Sara Sdelci, đồng tác giả nghiên cứu, chia sẻ.

Ty thể tạo thành vòng bao chặt đến mức nhân lõm vào bên trong. Hiện tượng này xuất hiện ở 84% tế bào HeLa bị giới hạn, trong khi hầu như không có ở tế bào lơ lửng không bị nén. Các nhà khoa học gọi cấu trúc này là NAMs (ty thể liên kết nhân).

Để tìm hiểu chức năng của NAMs, nhóm nghiên cứu sử dụng cảm biến huỳnh quang phát sáng khi ATP vào nhân. Tín hiệu tăng khoảng 60% chỉ sau ba giây tế bào bị nén. "Đây là dấu hiệu rõ ràng cho thấy tế bào đang thích nghi với áp lực và tái cơ cấu chuyển hóa" – Tiến sĩ Fabio Pezzano cho biết.

Thí nghiệm tiếp theo cho thấy tại sao luồng năng lượng này quan trọng. Việc bị ép cơ học làm DNA chịu áp lực, dẫn đến đứt gãy và rối lộn cấu trúc. Tế bào cần lượng ATP lớn để các nhóm sửa chữa có thể truy cập và phục hồi DNA. Tế bào bị nén với luồng ATP bổ sung đã sửa chữa DNA trong vài giờ, trong khi tế bào không nhận được ATP dừng phân chia bình thường.

Nhóm nghiên cứu cũng khảo sát mẫu sinh thiết ung thư vú từ 17 bệnh nhân. Vòng NAMs xuất hiện ở 5,4% nhân tế bào tại vùng rìa khối u xâm lấn, so với 1,8% ở lõi khối u, gấp ba lần. "Nhìn thấy dấu vết này trong mẫu bệnh nhân giúp chúng tôi tin rằng cơ chế có giá trị thực tiễn" – Tiến sĩ Rito Ghose giải thích.

Các phân tích bổ sung cho thấy khung phân tử do sợi actin và lưới nội chất kết hợp để giữ NAMs cố định, hình thành cấu trúc vòng. Khi tế bào được xử lý bằng latrunculin A, một loại thuốc phá vỡ actin, NAMs sụp đổ và lượng ATP giảm đáng kể.

Nếu tế bào di căn phụ thuộc vào luồng ATP do NAMs tạo ra, thuốc ức chế khung này có thể hạn chế tính xâm lấn của khối u mà không làm tổn hại ty thể ở các tế bào khỏe mạnh. "Phản ứng với áp lực cơ học là điểm yếu chưa được khai thác của tế bào ung thư, mở ra hướng điều trị mới" – Tiến sĩ Verena Ruprecht nhấn mạnh.

Theo các tác giả, hiện tượng này có thể chung cho nhiều loại tế bào khác như bạch cầu, neuron hay tế bào phôi trong quá trình phát triển. "Bất cứ nơi nào tế bào chịu áp lực, luồng năng lượng hướng vào nhân có thể bảo vệ tính toàn vẹn của bộ gen" – Tiến sĩ Sara Sdelci kết luận.

Tác động và cơ hội ứng dụng tại Việt Nam

Nghiên cứu về cơ chế NAMs mở ra triển vọng mới trong điều trị ung thư tại Việt Nam, nơi tỷ lệ mắc và tử vong do ung thư đang tăng cao. Việc nhắm mục tiêu vào khả năng đáp ứng áp lực cơ học của tế bào ung thư có thể giúp các nhà khoa học trong nước phát triển liệu pháp đặc hiệu, ít tác dụng phụ so với phương pháp hóa trị truyền thống. Đồng thời, công nghệ kính hiển vi và cảm biến huỳnh quang tiên tiến được sử dụng trong nghiên cứu có thể thúc đẩy hợp tác giữa các viện nghiên cứu và bệnh viện Việt Nam, nâng cao năng lực chẩn đoán và điều trị. Về lâu dài, việc khai thác điểm yếu cơ học của tế bào ung thư còn có thể áp dụng rộng rãi cho các bệnh lý khác, ví dụ như các rối loạn mô liên kết hoặc bệnh lý thần kinh liên quan đến thay đổi cấu trúc tế bào.