Ai cũng nghĩ khí CO độc chết người, nhưng nhà khoa học này dám cược cả sự nghiệp sẽ biến nó thành thuốc trị bệnh

Nhắc đến khí carbon monoxide (CO) là phải nhắc đến biệt danh nổi tiếng của nó: “kẻ giết người thầm lặng”. Không màu, không mùi nhưng rất độc, trong Thế chiến II, carbon monoxide từng được quân đội Đức Quốc Xã sử dụng như một công cụ ám sát hàng loạt.

Khí CO nguy hiểm bởi chúng ta không thể cảm nhận được sự có mặt của nó từ khói xe, thuốc lá, bếp than, lò sưởi... Trong khi ở nồng độ một phần ngàn, CO đã có thể gây nguy hiểm đến tính mạng.

Sự thật là cho tới tận bây giờ, CO thỉnh thoảng vẫn gây ra những vụ ngộ độc khí than trong nhà, ngạt hơi ô tô… mà bạn được cảnh báo trên các phương tiện truyền thông. Tính riêng tại Hoa Kỳ, mỗi năm ngộ độc khí CO khiến 50.000 người phải nhập viện và giết chết 500 người trong số đó.

Sẽ chỉ có người điên rồ mới nghĩ đến chuyện hít thử khí CO. Nhưng không, một số nhà khoa học đã nhận ra CO là một “mỏ vàng” được giấu kỹ. Độc tính của nó hoàn toàn có thể bị chế ngự, và họ có thể biến nó trở lại thành những loại thuốc hoặc phương pháp trị liệu.

Tiến sĩ Augustine Choi, một bác sĩ tại trường Y Weill Cornell, đã dành hai thập kỷ nghiên cứu, thậm chí đánh cược cả sự nghiệp của mình, để chứng minh điều đó. Nhiều công ty công nghệ sinh học cũng đã mạnh dạn đầu tư vào lĩnh vực nghiên cứu CO, với hy vọng sẽ cùng chia nhau “mỏ vàng” này. Đó là thứ mà đa số mọi người chưa từng biết đến và cũng chẳng thể ngờ tới.

Ai cũng nghĩ khí CO độc chết người, nhưng có những người muốn biến nó thành thuốc trị liệu

Trở lại những năm 1930, có tài liệu khoa học đã gợi ý rằng một lượng nhỏ khí CO có thể kích thích một số phản ứng có lợi trên cơ thể. Mặc dù vậy, các báo cáo chỉ dừng lại ở lý thuyết. Chưa từng có ai dám thử nghiệm giả thuyết ấy trong thực tế.

Cho đến khi tiến sĩ Choi, người trở thành chủ nhiệm khoa tại trường Y Weill Cornell, bắt đầu suy nghĩ về một câu hỏi: Tại sao phổi của chúng ta hoạt động rất tốt, mặc dù luôn phải chịu đựng sự tấn công hàng ngày từ những chất ô nhiễm?

Ông bắt đầu đi tìm câu trả lời bằng việc nghiên cứu một loại protein có tên heme oxygenase (HO-1). Nó là một enzyme chuyển đổi heme, một phân tử nằm ở trung tâm huyết sắc tố hemoglobin, thành một loạt các hóa chất như: sắt, sắc tố biliverdin (thứ gây ra các vết thâm tím trên da), và cuối cùng là carbon monoxide.

Hẳn là bạn sẽ ngạc nhiên, tại sao khí CO rất độc, nhưng cơ thể của chúng ta lại tự muốn sản sinh ra nó? Thên thực tế, mỗi ngày cơ thể chúng ta tạo ra khoảng 10 mililit khí CO, thông qua quá trình biến đổi heme của HO-1.

Thậm chí, nếu không có CO, chúng ta có thể chết. Tiến sĩ Choi đã chứng minh hiệu ứng này với một thử nghiệm trên chuột. Ông sử dụng công nghệ biến đổi gen để tạo ra những con chuột không có HO-1, và vì thế, chúng không thể sản sinh CO.

Kết quả, những con chuột này đều chết vì gặp suy nhược ở rất nhiều cơ quan và nội tạng. Tiến sĩ Choi cho rằng CO có thể đóng vai trò quan trọng trong một cơ chế tự vệ của cơ thể.

Trong đầu của Tiến sĩ Choi lúc nào cũng thường trực sự tò mò của một nhà nghiên cứu. Ông rất muốn tìm hiểu chính xác HO-1 đã làm việc như thế nào. Và đặc biệt, tại sao nó có thể bảo vệ phổi khỏi tất cả các tác nhân ô nhiễm hàng ngày chúng ta hít phải?

Nhiều người sẽ nghĩ rằng đó là một hiệu ứng từ sắt mà HO-1 tạo ra, hay các sắc tố gây thâm tím đã đóng góp vào sự tự vệ ấy? Khác với tất cả, Tiến sĩ Choi tin rằng khí CO mới chính là chìa khóa để giải thích hiệu ứng này. Và đó hẳn là một ý tưởng khá điên rồ vào những năm 1990.

Khi ý tưởng điên rồ bén rễ

Ở nồng độ trên một phần ngàn, chắc chắn khí CO sẽ gây độc

Tính riêng ở Hoa Kỳ, ngộ độc khí CO mỗi năm khiến 50.000 người nhập viện và giết chết 500 người trong số đó. Khí độc thường đến từ các nguồn như động cơ ô tô, lò sưởi, thuốc lá và lò nung công nghiệp. Độc tính của CO liên quan đến tính bắt dính của nó với hemoglobin.

CO có tính liên kết với hemoglobin trong hồng cầu mạnh gấp 230-270 lần so với oxy. Ngay khi bị hít vào phổi, nó sẽ chiếm chỗ trên hemoglobin, khiến máu không thể mang oxy tới các tế bào trong cơ thể. Khí CO mặt khác cũng ức chế quá trình hô hấp trong ty thể, bào quan được mệnh danh là nhà máy năng lượng cho các tế bào.

Chắc chắn một điều rằng ở liều lượng lớn hơn 1.000 phần triệu, khí CO là một chất độc. Gấp 10 lần ngưỡng đó, nó sẽ gây chết người. Tuy nhiên, Tiến sĩ Choi không cho rằng điều này còn đúng khi ông giảm nồng độ xuống trong ngưỡng 250 phần triệu.

Ông và sinh viên của mình, Leo Otterbein, đã có ý tưởng sử dụng khí CO trên động vật để kiểm tra giả thuyết mà họ từng nghi ngờ bấy lâu: Ở nồng độ thấp, CO không những không độc mà còn có tác dụng trị liệu. Otterbein tuyển dụng thêm một kỹ sư giúp anh thiết các dụng cụ và mô hình cần thiết cho thí nghiệm.

Cụ thể, họ đã tạo ra hai buồng kín và đưa vào mỗi buồng 6 con chuột. Ở buồng thứ nhất, họ bơm vào một lượng oxy cao đến nỗi những con chuột được đự doán sẽ sớm gặp chấn thương phổi và chết chỉ trong vài ngày. Buồng thứ 2, họ bơm vào cùng một nồng độ oxy đó, nhưng thêm một lượng nhỏ khí CO.

Có vẻ như trong thế giới của các nhà khoa học, tồn tại khá nhiều những điều đối lập với những gì chúng ta từng nghĩ. Nhưng đó là sự thật, một nồng độ quá cao của oxy có thể gây tử vong, còn một nồng độ thấp của CO lại có thể duy trì sự sống.

“Tôi vẫn còn nhớ lúc mình đi vào phòng thí nghiệm và nhìn thấy những con chuột trong buồng có khí CO vẫn còn sống, ở buồng bên kia chúng đã chết”, Otterbein nhớ lại những điều ngạc nhiên anh chứng kiến ở ngày thí nghiệm thứ 3.

CO giúp những con chuột sống sót? “Điều đầu tiên tôi đã phải tự hỏi: Liệu mình có làm gì đó sai sót để xảy ra kết quả này? Liệu những gì tôi nhìn thấy đến từ một nguyên nhân nào khác, chứ không phải vì khí CO?”.

Liệu có đúng những con chuột cần khí CO để sống? Và cả con người cũng vậy?

Đó là khoảng năm 1996, và phải mất thêm 3 năm nữa để Otterbein và tiến sĩ Choi đưa ra được những bằng chứng xác thực hơn. “Chúng tôi đã phải kiểm tra hơn 200 trường hợp khác với động vật để khẳng định kết quả ấy. Nó sẽ đảm bảo rằng sự nghiệp của Otterbein và của tôi sẽ không đổ bể bởi vì chúng tôi chọn sai con đường”, Tiến sĩ Choi chia sẻ.

Ông quyết định mình sẽ công bố kết quả này cho các nhà khoa học khác tham khảo."Do định kiến mà mọi người vẫn nghĩ về CO, có một rủi ro lớn rằng cộng đồng khoa học sẽ không chấp nhận kết quả ấy". Quả thực, tiến sĩ Choi kể lại rằng bài báo viết về tác dụng trái ngược của CO đã gặp phải sự hoài nghi rộng rãi. Nó bị bác bỏ trên tất cả các tạp chí khoa học và chỉ được duy nhất Journal of Physiology chấp nhận đăng.

"Những nhà khoa học trong ban biên tập không nói dữ liệu của chúng tôi có chất lượng thấp, hoặc các thí nghiệm được thiết kế thiếu chính xác", Tiến sĩ Choi giải thích "Họ chỉ nói rằng mình không thể tin nổi CO có tác dụng bảo vệ [sự sống]. Nói một cách khác, đó rõ ràng không phải một tuyên bố công bằng. Là một nhà khoa học, bạn phải đánh giá dữ liệu chứ không phải sử dụng ý tưởng [và định kiến] trong đầu bạn".

Vượt qua bức tường của hoài nghi

Ngay cả khi bài báo đã được chấp nhận đăng trên một tạp chí uy tín, sự hoài nghi vẫn chưa thể dừng lại. “Ba cho đến năm năm đầu tiên hẳn là một địa ngục. Tôi đã từng nghĩ sự nghiệp của mình thế là tiêu tan rồi”, Tiến sĩ Choi nhớ lại. “Nhưng tôi vẫn giữ niềm tin. Trong nghiên cứu, bạn phải tin vào dữ liệu của chính mình”.

Khó khăn tiếp tục chồng chất khi ngay cả tiến sĩ Claude Piantadosi, người giám sát nghiên cứu cao cấp của tiến sĩ Choi cũng không tin tưởng vào kết quả của ông.

Tiến sĩ Claude Piantadosi đã thực hiện một nghiên cứu của riêng mình, để chứng minh rằng khí CO không có tác dụng bảo vệ những con chuột khỏi tổn thương phổi. Ông đã viết nó thành một bài báo phản bác lại kết quả của tiến sĩ Choi đã công bố.

Tuy nhiên, mọi thứ bắt đầu lật ngược lại, sau khi tiến sĩ Piantadosi đi sâu hơn vào sự tương tác giữa khí CO với tế bào. Ông phát hiện ra rằng, tuy tiếp xúc với một liều lượng dù thấp khí CO đã khiến ty thể gặp áp lực, nhưng trên quy mô cả tế bào, nó lại đưa đến một phản ứng có lợi.

Tiến sĩ Choi đã dần thuyết phục ngược trở lại được người giám sát của mình. Để đến bây giờ, Piantadosi đã hoàn toàn tin rằng một liều lượng nhỏ CO có thể kích thích các phản ứng bảo vệ trong phổi.

Gần đây, ông cùng tiến sĩ Choi còn hợp tác với nhau trong một thử nghiệm lâm sàng, nhằm nghiên cứu độ an toàn của CO liều lượng thấp trên người. Có tất cả 48 bệnh nhân mắc chứng suy hô hấp cấp tinh, một tình trạng của phổi có thể đe dọa mạng sống, tham gia cùng họ.

Tiến sĩ Choi cho họ tiếp xúc với khí CO qua một mặt nạ phòng độc trong 90 phút mỗi ngày. Giai đoạn 1 của thử nghiệm đã kết thúc vào tháng 5 năm 2015, nó đã thực sự cho thấy liều lượng thấp khí CO là thứ an toàn với những bệnh nhân này.

Tiến sĩ Choi, người đã đặt cược cả sự nghiệp của mình với các nghiên cứu trị liệu sử dụng khí CO

Các nguồn tin cho biết rằng Viện Y tế Quốc gia Hoa Kỳ đã tài trợ 21 triệu USD cho những thử nghiệm lâm sàng của tiến sĩ Choi. Và ông cho biết rằng giai đoạn 2 của nó sẽ sớm được tiến hành vào cuối năm 2017.“Tôi nghĩ rằng trong khoảng 3 đến 5 năm nữa, chúng ta sẽ biết được sẽ có viễn cảnh nào với CO trong các phòng khám”, Tiến sĩ Choi nói.

Đồng ý với điều đó, các nhà nghiên cứu khác cũng cho rằng cần thêm thời gian để chúng ta tiếp tục thử nghiệm. Tiến sĩ Phyllis Dennery, trưởng khoa Nhi tại trường Y Warren Alper, Đại học Brown cho biết: “Khí CO có thể hữu ích ở những liều lượng nhỏ, nhưng chúng ta phải viết cách chính xác nên sử dụng nó như thế nào”.

Là một người đã dành tới 27 năm nghiên cứu về các phân tử HO, Dennery cũng thừa nhận rằng định kiến về sự độc hại của khí CO vẫn còn là một rào cản lớn hiện tại. “Tôi nghĩ rằng đó là lý do tại sao mọi người không đổ xô vào nghiên cứu nó”, cô nói.

Cùng chia một "mỏ vàng" còn trong lòng đất

Trong khi các bác sĩ và nhà nghiên cứu vẫn còn chờ đợi kết quả cuối cùng, một số doanh nhân thức thời đã quyết định đầu tư mạnh vào hướng đi này. Họ hẳn đã nhận ra rằng khí CO trong trị liệu là một “mỏ vàng” còn chưa được khai thác. CO miễn phí bởi nó độc hại, chẳng ai thèm để ý đến nó cả.

Jeff Wager, một doanh nhân đã cùng tiến sĩ Choi sáng lập một công ty tư nhân gọi là Proterris để đi tiên phong trong lĩnh vực. Mặc dù những nghiên cứu về CO còn trong giai đoạn trứng nước, với những nhà đầu tư thì lợi nhuận lớn đòi hỏi họ phải chấp nhận rủi ro lớn.

Prolong Pharmaceuticals, một công ty công nghệ sinh học có trụ sở tại New Jersey, cũng đang tiến hành một hướng nghiên cứu mới với khí CO. Họ muốn tìm hiểu xem liệu các phân tử hemoglobin gắn với CO có thể được sử dụng để phòng ngừa hiệu ứng đào thải ở những bệnh nhân cấy ghép thận hay không.

Hillhurst Biopharmaceuticals, một công ty khác có trụ sở tại Nam California, thì đang phát triển một loại thức uống hòa tan CO, hướng đến một số đối tượng đặc biệt. Họ tin rằng nó sẽ có ích với những bệnh nhân mắc bệnh hồng cầu hình liềm, người đã trải qua cấy ghép thận hoặc bị chấn thương não.

Một nhóm nghiên cứu khác đang phát triển một dạng phân tử phân phối CO, có thể đưa nó tới một vị trí cụ thể trong cơ thể. Điều này sẽ tránh cho bệnh nhân phải chịu đựng sự tiếp xúc quá lớn với CO, và cũng có thể là biện pháp để làm cho các phương pháp trị liệu hiệu quả hơn.

Tiến sĩ Choi cầm trong tay một mặt nạ, thứ có thể được sử dụng trong các liệu pháp khí CO

Đó là một lĩnh vực khá sôi động ở thời điểm này. Nhưng trở lại những nghiên cứu từ cuối thập kỷ 90 đến những năm 2000, chỉ có những người tài năng nhất mới chú ý đến những liệu pháp sử dụng khí CO.

Tiến sĩ Fritz Banh, một trong những người tiên phong trong lĩnh vực cấy ghép, đã thử phơi nhiễm những con chuột của ông với khí CO trong 2 ngày. Sau đó, ông lấy trái tim của chúng để cấy ghép sang những con chuột khác. Trong hai tuần sau cuộc phẫu thuật, những con chuột tiếp tục được cho phơi nhiễm dưới khí CO.

Otterbein đã thường xuyên liên lạc với Miguel Soares, một nhà khoa học thuộc nhóm của tiến sĩ Banh. “Mỗi ngày, tôi đều muốn hỏi anh ấy, những con chuột lúc này ra sao rồi?". Và mỗi ngày, các email nhận lại của Soares đều viết rằng “TRÁI TIM CỦA CHÚNG VẪN CÒN ĐẬP”, Otterbein nhớ lại.

Anh biết rằng thông thường, những quả tim được cấy ghép theo cách này sẽ chỉ chịu đựng nổi một tuần, khi những con chuột đào thải cơ quan ngoại lai không phải của nó. Nhưng những email của Soares vẫn cứ đều đặn mang tin tốt tới. Đó là 8 ngày sau, 12 ngày và 60 ngày, các dòng phản hồi của Soares vẫn là những chữ in hoa tất cả.

Nghiên cứu cuối cùng được nhóm tiến sĩ Banh công bố trên tạp chí Journal of Immunology.

Otterbein vì thế cảm thấy tự tin hơn rất nhiều để theo đuổi con đường của mình cũng như Tiến sĩ Choi đã chọn. “Với tôi, vẫn còn đó những dữ liệu rất mạnh mẽ ngoài đó. Bởi vì còn có cả những người khác, những nhà khoa học nghiên cứu độc lập với tôi, chứng minh phương pháp [trị liệu với khí CO] có hiệu quả”.

Cuối cùng, để đi tới một mỏ vàng trong vùng đất bị lãng quên, người ta vẫn cần sự kiên trì và phải dám đối đầu với thử thách. Trong tương lai, có thể những liệu pháp điều trị CO ra đời sẽ là phần thưởng xứng đáng cho nỗ lực của Otterbein, Tiến sĩ Choi, những nhà khoa học dũng cảm và cả những nhà đầu tư dám chấp nhận sự mạo hiểm.

Tham khảo Statnews