Giáo sư Ardem Patapoutian (trái) và giáo sư David Julius cùng đoạt giải Nobel y sinh 2021 - Ảnh: Reuters

"Trong cuộc sống hằng ngày, chúng ta coi những cảm giác này (nóng, lạnh) là đương nhiên, nhưng các xung thần kinh được bắt đầu như thế nào để có thể cảm nhận được nhiệt độ và áp suất? Câu hỏi này đã được những người đoạt giải Nobel năm nay giải đáp" - Ủy ban Nobel chia sẻ về giải thưởng Nobel y sinh trị giá hơn 1,1 triệu USD.

Cơ chế tìm ra nhiệt độ, xúc giác

Vào cuối những năm 1990, David Julius đã phân tích cách thức hợp chất hóa học capsaicin (một hợp chất cay từ ớt) gây ra cảm giác nóng rát mà chúng ta cảm thấy khi tiếp xúc với ớt. Julius và các đồng nghiệp tại ĐH California, San Francisco đã tạo ra một thư viện gồm hàng triệu đoạn ADN tương ứng với các gene được biểu hiện trong các tế bào thần kinh cảm giác có thể phản ứng với đau, nóng và cơ học.

Bằng cách kiểm tra từng gene riêng lẻ trong thư viện này, nhóm nghiên cứu đã xác định được gene duy nhất đem lại cảm giác cay cho chúng ta khi tiếp xúc với capsaicin. Các thí nghiệm tiếp theo cho thấy gene này mã hóa một protein kênh ion mới và kênh ion này được đặt tên là TRPV1.

Việc phát hiện TRPV1 đã trở thành một bước đột phá lớn, dẫn đường cho Julius khám phá ra các thụ thể cảm nhận nhiệt độ và cảm giác đau sau này. Sau đó, David Julius và Ardem Patapoutian đã xác định được thêm TRPM8, một thụ thể được kích hoạt khi chúng ta cảm thấy lạnh.

Trong khi các cơ chế tạo ra cảm giác về nhiệt độ đang hình thành, vẫn chưa rõ bằng cách nào mà các kích thích cơ học có thể được chuyển đổi thành các giác quan về xúc giác.

Ardem Patapoutian và các cộng sự của ông tại Viện nghiên cứu Scripps ở La Jolla, California (Mỹ) lần đầu tiên xác định một dòng tế bào phát ra tín hiệu điện có thể đo được khi các tế bào riêng lẻ được kích thích cơ học. Sau đó 72 gene ứng cử viên mã hóa các thụ thể đáp ứng với kích thích này.

Sau một thời gian dài tìm kiếm, Patapoutian và các đồng nghiệp của ông đã thành công trong việc xác định gene có khả năng giúp tế bào cảm ứng cơ học, được đặt tên là Piezo1, theo từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là áp suất. Sau đó một gene thứ hai đã được phát hiện và được đặt tên là Piezo2.

Bước đột phá của Patapoutian đã dẫn đến một loạt bài báo của ông và các nhóm khác, chứng minh rằng kênh ion Piezo2 rất cần thiết cho xúc giác.

Giúp trị đau mãn tính

Như chia sẻ của Ủy ban Nobel, giải Nobel y sinh năm nay đang được sử dụng để phát triển các phương pháp điều trị một loạt bệnh, trong đó có đau mãn tính. Giải Nobel năm nay đã giải thích cách thức mà nhiệt, lạnh và xúc giác có thể bắt đầu các tín hiệu trong hệ thần kinh của chúng ta. Việc kiểm soát y tế đối với các cơn đau mãn tính thường không phải lúc nào cũng hiệu quả. Việc phát hiện thụ thể TRP (TRPV1, TRPM8) và Piezo có vai trò quan trọng trong việc hiểu cơ chế của những cơn đau gây ra, từ đó giúp phát triển những thuốc có vai trò giảm đau hiệu quả.

Nhiều thuốc đối kháng TRPV1 đã được báo cáo thể hiện hiệu quả trong một loạt triệu chứng đau. Nhiều phương pháp làm kháng capsaicin được chứng minh lâm sàng để giảm đau có ý nghĩa ở những bệnh nhân bị viêm xương khớp, đau dây thần kinh hậu zona và bệnh đa dây thần kinh do tiểu đường...

Bên cạnh đó, chất tương tự capsaicin như resiniferatoxin, đang trải qua các thử nghiệm lâm sàng cho việc giảm đau vĩnh viễn ở những cơn đau nặng về xương khớp và ở những bệnh nhân ung thư bị đau mãn tính khó chữa.

Với vai trò của Piezo1 và Piezo2, nhiều hướng ứng dụng cũng được mở ra cho các phương pháp giảm đau, ví dụ như đau do dị ứng, do viêm, hay các chứng đau khác như đau nửa đầu, đau cơ xơ hóa hoặc tổn thương thần kinh do hóa trị liệu...

Ngoài ra nhiều nghiên cứu còn cho thấy những đột biến mất chức năng trong gene PIEZO2 dẫn đến bệnh arthrogryposis xa (DA) với các cơn co thắt bẩm sinh ở nhiều khớp ngón tay, bàn chân và ngón chân cùng với suy giảm khả năng nhận thức và xúc giác. Việc phát hiện những đột biến di truyền này cũng giúp tìm ra các phương pháp trị liệu trong tương lai gần.

Nobel 2021 sẽ gọi tên ai cho các hạng mục văn chương, y sinh, hòa bình...?

TTO - Đại dịch COVID-19 khiến lễ trao giải thưởng Nobel theo truyền thống phải điều chỉnh hình thức tổ chức trong 2 năm liên tiếp, song không thể thay đổi thời điểm công bố chủ nhân của các giải thưởng danh giá thường niên vốn rất được mong chờ này.