Lạc đà, cá mập có kháng thể chống lại nhiều bệnh ở người

Mỗi 4 tháng, chuyên gia bệnh lý học Aaron LeBeau lại cẩn thận tiêm vắc xin cho 1 trong 5 con cá mập mà ông nuôi trong phòng thí nghiệm của Đại học Wisconsin. Mũi tiêm sẽ giúp cá mập tạo ra miễn dịch chống lại ung thư ở người hoặc một bệnh truyền nhiễm chẳng hạn như COVID-19. Vài tuần sau khi hệ miễn dịch của con vật có đủ thời gian để phản ứng, LeBeau thu thập một lọ máu nhỏ.

Trong một trang trại miền tây bang Massachusetts, chuyên gia miễn dịch học Hidde Ploegh cũng tiến hành công việc tương tự nhưng là với lạc đà không bướu.

Hầu hết kháng thể đều lớn như protein. Tuy nhiên kháng thể tạo ra bởi lạc đà hay cá mập lại đơn giản và nhỏ hơn. Kể từ khi phát hiện ra chúng vào cuối những năm 1980, các nhà khoa học đã biết được rằng những kháng thể này có sức mạnh to lớn: bám vào phần ẩn của các phân tử, thâm nhập sâu hơn vào các mô.

“Chúng có thể xâm nhập ngóc ngách nhỏ của nhiều loại protein khác nhau, nơi kháng thể người không tiếp cận được”, theo chuyên gia LeBeau.

Nghiên cứu về loại kháng thể trên ngày càng nhiều. Chúng không chỉ xâm nhập được ngóc ngách nhỏ, mà còn dễ tạo ra và tương đối rẻ để sản xuất số lượng lớn.

Tất cả những ưu điểm này khiến kháng thể tạo ra bởi cá mập, lạc đà trở thành phương pháp điều trị hứa hẹn cho nhiều bệnh, cho dù là rối loạn đông máu hay COVID-19. Giới nghiên cứu đang khám phá cách sử dụng chúng để chẩn đoán ung thư hoặc làm công cụ cho hoạt động nghiên cứu khác (chẳng hạn như lập bản đồ cấu trúc tế bào).

Tiềm năng đầy đủ của kháng thể tạo ra bởi cá mập, lạc đà cần nhiều năm để tìm hiểu. Nhưng chuyên gia LeBeau lạc quan nhận định: “Tôi nghĩ chúng có tiềm năng cứu thế giới”.

Phát hiện tình cờ

Một nhóm sinh viên sinh học Đại học Tự do (Brussels) là những người đầu tiên tình cờ phát hiện kháng thể trên vào năm 1989. Họ cần chút máu để thực hiện nhiệm vụ tách một kháng thể thành hai thành phần chính: 2 chuỗi protein nặng tạo thành hình chữ Y cùng 2 chuỗi protein nhẹ tạo thành các ngạnh trên đầu chữ Y.

Máu người có chút nguy hiểm vì nguy cơ phơi nhiễm HIV, nhóm sinh viên lại không muốn giết chuột. Cố giáo sư Raymond Hamers lúc đó đang nghiên cứu bệnh ngủ ở động vật lớn liền cho họ ít máu lạc đà.

Kỳ lạ thay, nhóm sinh viên chỉ tìm thấy chuỗi protein nặng mặc dù kháng thể được cho có cả protein nhẹ. Mọi người nghĩ rằng kháng thể lạc đà suy giảm hoặc họ đã làm sai gì đó. Vì vậy giáo sư Hamers đến sở thú Antwerp lấy máu lạc đà tươi, nhưng thực tế nhóm sinh viên không phạm sai lầm: lạc đà tạo ra kháng thể chỉ có protein nặng.

Giống kháng thể từ người hay chuột, kháng thể của lạc đà có thể được chia nhỏ hơn nữa thành phần tí hon trên đầu chữ Y – hoạt động như cảm biến và bám được vào bộ phận của mầm bệnh hay độc tố. Đặc biệt kháng thể chỉ có protein nặng bám được vào phần mà kháng thể thường không bám được.

Năm 1993, nhóm sinh viên Đại học Tự do công bố phát hiện. Năm tiếp theo giáo sư Hamers được cấp bằng sáng chế cho việc sản xuất kháng thể đặc biệt này. Vài năm nay một nhóm khác tuyên bố cá mập cũng tạo ra kháng thể tương tự, thậm chí còn nhỏ hơn kháng thể lạc đà.

Khi bằng sáng chế hết hạn năm 2013, nghiên cứu về kháng thể chỉ có protein nặng tăng vọt. Các nhà khoa học phát hiện chúng ổn định ở nhiệt độ phòng nên không cần giữ trong tủ lạnh chuyên dụng, kháng thể cá mập thậm chí không mất chức năng khi bị đun sôi. Chúng hoàn toàn có thể được sản xuất số lượng lớn bằng vi khuẩn, tiết kiệm thời gian lẫn tiền bạc.

Kháng thể chỉ có protein nặng cũng có xu hướng tự lắp ráp đúng cách, giữ nguyên hình dạng chính xác qua đó giảm bớt nguy cơ gây ra phản ứng miễn dịch tiêu cực trong cơ thể.

Kháng thể chống ung thư, diệt vi rút

Nghiên cứu kháng thể chỉ có protein nặng đã cho kết quả khả quan. Năm 2019, phương pháp điều trị dùng kháng thể nhỏ tên Cablivi (được Cơ quan quản lý Thực phẩm - Dược phẩm Mỹ phê duyệt) xuất hiện trên thị trường, điều trị chứng rối loạn máu hiếm gặp tạo nên cục máu đông trong mạch máu nhỏ.

Ở lĩnh vực điều trị ung thư, kháng thể chỉ có protein nặng hoạt động như kháng thể thường: bám vào tế bào ung thư để hệ thống miễn dịch nhận ra và tiêu diệt. Ngoài ra chúng còn có thể nhắm vào các protein để giảm sự phát triển của khối u hoặc ngăn mạch máu nuôi khối u.

Các nhà khoa học cũng khai thác chúng chống lại bệnh truyền nhiễm. Nhà nghiên cứu Wai-Hong Tham (Đại học Melbourne) đang tìm cách tạo ra kháng thể đơn miền bám vào protein gai của SARS-CoV-2 ngăn vi rút xâm nhập tế bào. Bà lấy kháng thể từ lạc đà không bướu, một mũi tiêm sử dụng công nghệ mRNA sẽ đưa kháng thể vào tế bào người.

Và với một viên thuốc nhỏ, kháng thể nhỏ có thể được đưa vào ruột giúp ngăn chặn một số mầm bệnh xâm nhập cơ thể qua đường tiêu hóa chẳng hạn vi rút rota gây tiêu chảy nặng.

Giúp ích cho nghiên cứu tế bào

Kháng thể chỉ có protein nặng cũng có thể giúp ích cho công tác nghiên cứu protein và sự tương tác giữa các phân tử. Kích thước cùng khả năng của chúng sẽ giúp lập bản đồ cấu trúc protein, chỉ ra cách phân tử tương tác với nhau.

Khả năng sử dụng chúng trong não bộ đang được xem xét đến. Đây là nhiệm vụ khó khăn vì não bộ thường ngăn chặn phân tử lạ.

Các nhà khoa học vẫn chưa rõ vì sao cá mập và lạc đà có thể tạo ra kháng thể chỉ có protein nặng. Cá mập là sinh vật cổ xưa nhất dựa vào kháng thể như một phần của hệ miễn dịch, kháng thể của chúng ổn định hơn so với lạc đà.