Tại sao các nhà khoa học đang tìm kiếm các loại thuốc mới trên đại dương
Khi các nhà nghiên cứu y tế tiếp tục nỗ lực cải thiện sức khỏe con người, một số người đang chuyển sự chú ý của họ sang đại dương vì họ tin rằng các vùng biển trên Trái đất có thể chứa các chất hóa học chống lại bệnh tật mới.
Các đại dương bao phủ hơn 2/3 Trái đất. Như câu ngạn ngữ, chúng ta biết nhiều hơn về bề mặt của mặt trăng hơn là chúng ta biết về đáy đại dương.
Khả năng biển chuyển từ cơn thịnh nộ tối tăm, bùng nổ sang yên bình trong vắt như pha lê đã khiến nhân loại khiếp sợ và kinh ngạc kể từ lần đầu tiên chúng tôi đến thăm bãi biển.
Với bản chất rộng lớn, chưa được khai thác của các đại dương trên Trái đất, việc tìm kiếm các phương pháp điều trị mới và sáng tạo là rất hợp lý.
Động vật biển, thực vật và vi sinh vật đã phát triển một danh mục hóa chất độc đáo để tự vệ và hỗ trợ giao tiếp. Các nhà khoa học rất muốn biết thêm về những hợp chất mới lạ này.
Tại sao phải nhìn ra biển?
Có một số lý do giải thích tại sao sự sống ở biển đã phát triển sự lựa chọn phân tử khác biệt. Ví dụ, những động vật được neo vào sàn và không có lớp giáp mạ, chẳng hạn như bọt biển và san hô, cần phải tìm những cách khác để tự vệ. Trong nhiều trường hợp, hóa chất là vũ khí được họ lựa chọn.
Ngoài ra, các sinh vật biển có xu hướng có hệ thống miễn dịch tương đối nguyên thủy và một số sống trong môi trường sống quá đông đúc, chẳng hạn như các rạn san hô, nơi tự vệ là công việc toàn thời gian.
Đồng thời, các sinh vật trong đại dương cần thu hút một số sinh vật và đẩy lùi những sinh vật khác. Chúng cũng cần phối hợp sinh sản bằng cách phóng thích đồng bộ trứng và tinh trùng vào môi trường. Tất cả những thứ này đều cần đến các phân tử sinh học hoạt động.
Động vật và thực vật sống trong đại dương ngồi bơi trong bồn tắm của vi khuẩn, nấm và các sinh vật khác nhằm mục đích biến chúng thành một bữa ăn hoặc một ngôi nhà.
Sự đa dạng của các mối đe dọa đã buộc quá trình tiến hóa phải gắn kết các cuộc chiến hóa học ngày càng phức tạp. Một số hợp chất tạo thành có thể hữu ích cho cuộc chiến chống lại bệnh tật của chính chúng ta.
“Hãy xem xét […] sự ăn thịt đồng loại phổ biến của biển; tất cả những sinh vật của chúng làm mồi cho nhau, tiến hành cuộc chiến vĩnh cửu kể từ khi thế giới bắt đầu. "
Herman Melville, Moby Dick
Biển cổ đại
Niềm đam mê của các nhà nghiên cứu y học với biển không có gì mới. Bằng chứng đầu tiên về việc con người sử dụng thuốc từ đại dương đến từ Trung Quốc vào năm 2953 TCN. Trong thời trị vì của hoàng đế Fu Hsi, có một loại thuế đánh vào lợi nhuận thu được từ thuốc làm từ cá.
Sau vài nghìn năm tới những năm 1950, một nhà hóa học hữu cơ tên là Werner Bergmann đã phân lập được một số nucleoside từ một loài bọt biển vùng Caribe có tên là Cryptotethya crypta.
Các hóa chất này đã truyền cảm hứng cho việc tạo ra một thế hệ thuốc mới, với các nhà khoa học đã tạo ra hai loại thuốc có tên là Ara-A và Ara-C từ các nucleoside này. Các bác sĩ sử dụng Ara-A để điều trị nhiễm trùng herpes và Ara-C để điều trị bệnh bạch cầu dòng tủy cấp tính và ung thư hạch không Hodgkin.
Trong những năm gần đây, tìm nguồn cung cấp thuốc từ đại dương đã được quan tâm trở lại. Dưới đây, chúng tôi cung cấp một vài ví dụ gần đây.
Chất độc của ốc biển
Conus magus là một loài ốc biển có nọc độc có kích thước nhỏ bé và lớp vỏ trang trí được cho là có bộ độc tố thần kinh chết người của nó.
Thương hiệu vũ khí hóa học của loài động vật không xương sống này là conotoxins - một họ chất độc rất đa dạng, mặc dù loài ốc sên sử dụng chúng để giết cá, nhưng có nhiều khả năng giết chết con người.
Có hàng trăm loài ốc nón khác, bao gồm cả ốc nón địa lý. Đôi khi, người ta gọi loài nhuyễn thể này là ốc hút thuốc lá vì theo cách nhìn nhận, bạn chỉ có đủ thời gian để hút một điếu thuốc trước khi chết.
Ziconotide là một phiên bản tổng hợp của conotoxin hoạt động như một loại thuốc giảm đau và mạnh hơn morphin 1.000 lần. Mọi người có thể dùng nó để điều trị cơn đau mãn tính do các bệnh như ung thư, HIV giai đoạn 3 và một số rối loạn thần kinh nhất định.
Điều quan trọng, như một tác giả viết, “việc sử dụng ziconotide kéo dài không dẫn đến sự phát triển của chứng nghiện hoặc sự dung nạp”.
Tuy nhiên, vì ziconotide chỉ hoạt động nếu các chuyên gia chăm sóc sức khỏe đưa nó trực tiếp vào dịch tủy sống (trong da), họ chỉ sử dụng nó khi các liệu pháp khác đã thất bại hoặc không còn khả thi.
Phương pháp điều trị ung thư từ bên dưới làn sóng
Bất chấp nhiều năm nghiên cứu, bệnh ung thư vẫn đang chứng minh một vấn đề khó bẻ gãy. Mặc dù việc điều trị đã được cải thiện rất nhiều, nhưng các nhà khoa học vẫn mong muốn có được những hóa chất hoạt tính sinh học mới có thể giúp ích trong cuộc chiến. Một số nhà nghiên cứu ung thư đang nhúng ngón chân của họ vào đại dương.
Gần đây nhất, một nhóm các nhà nghiên cứu đã điều tra các phân tử mà họ đã chiết xuất từ cá đèn - một loài cá không hàm, ký sinh với một phả hệ cổ xưa. Đặc biệt, họ quan tâm đến cái gọi là các thụ thể tế bào lympho thay đổi (VLR).
VLR nhắm mục tiêu đến ma trận ngoại bào (ECM), là một mạng lưới các phân tử chạy giữa các tế bào. ECM thực hiện các vai trò khác nhau trong cơ thể. Ví dụ, nó cung cấp hỗ trợ cấu trúc cho các mô, giúp các tế bào và mô liên kết với nhau và hỗ trợ giao tiếp giữa tế bào với tế bào.
Khi VLR nhắm mục tiêu đến ECM, các nhà nghiên cứu tin rằng chúng có thể hoạt động như những con la ma túy có thể vận chuyển hóa chất qua hàng rào máu não bình thường không thể xuyên thủng và đến thẳng não.
Họ đưa ra giả thuyết rằng nếu VLR có thể vượt qua hàng rào máu não - rào cản đối với hầu hết các loại thuốc - thì chúng có thể điều trị một số bệnh nhất định, bao gồm cả ung thư não và đột quỵ, hiệu quả hơn. Nghiên cứu ban đầu của họ trên mô hình chuột đã cho kết quả đáng khích lệ.
Điều kỳ diệu của bọt biển
Bọt biển được các nhà nghiên cứu thuốc điều trị ung thư đặc biệt quan tâm. Trên thực tế, các tác giả của một bài đánh giá về chủ đề này thậm chí còn coi chúng như một “kho tàng ma túy”. Họ viết:
“Hàng năm, khoảng 5.300 sản phẩm tự nhiên khác nhau và các hợp chất mới đã được phân lập từ bọt biển. […] Những hợp chất như vậy được chứng minh là có tác dụng kháng khuẩn, kháng vi-rút, kháng nấm, chống sốt rét, kháng u, ức chế miễn dịch và hoạt động tim mạch. ”
Miếng bọt biển Halichondria okadai chịu trách nhiệm sản xuất một chất hóa học đáng chú ý, mà các nhà nghiên cứu đã tái tạo và đổi tên thành eribulin.
Trong một nghiên cứu năm 2010 liên quan đến những phụ nữ bị ung thư vú đã di căn, hợp chất này đã kéo dài tuổi thọ của những người tham gia. Vào thời điểm đó, tác giả Giáo sư Christopher Twists lưu ý rằng, hy vọng rằng "[t] kết quả này có thể thiết lập eribulin như một phương pháp điều trị mới, hiệu quả cho những phụ nữ bị ung thư vú di căn giai đoạn cuối."
Vi khuẩn biển
Các nhà khoa học khác đã kiểm tra một hợp chất gọi là seriniquinone từ Serinicoccus, một chi vi khuẩn biển quý hiếm. Các nhà khoa học đã chứng minh rằng hóa chất này có thể tiêu diệt một cách có chọn lọc các tế bào ung thư hắc tố trong phòng thí nghiệm.
Mặc dù còn rất lâu nữa seriniquinone mới sẵn sàng để sử dụng ở người, nhưng một nghiên cứu từ tháng 2 năm 2019 đã giúp chúng ta tiến gần hơn một bước. Các nhà khoa học đã xác định các phần của phân tử cung cấp khả năng chống ung thư của nó.
Mặc dù sẽ cần nhiều kỹ thuật hóa học hơn và các thử nghiệm lâm sàng rộng rãi, các tác giả tin rằng “[o] verall, những nghiên cứu này cho thấy rằng có thể thiết kế các dẫn xuất seriniquinone đặc hiệu cho khối u ác tính với các đặc tính giống như thuốc.”
Một loại thuốc đã được thử nghiệm lâm sàng và được sử dụng phổ biến là trabectedin, được biết đến với tên thương hiệu Yondelis. Các nhà sản xuất thu được loại thuốc này từ chiết xuất của Ecteinascidia, thường được gọi là mực biển, là một loài động vật không xương sống ở biển có dạng túi.
Các nhà nghiên cứu lần đầu tiên xác định các đặc tính chống ung thư của chiết xuất từ mực biển vào cuối những năm 1960 và sau quá trình điều tra sâu rộng, các nhà nghiên cứu hiện đã tìm ra cách để tổng hợp nó và sản xuất với số lượng lớn hơn.
Yondelis là sản phẩm của công trình nghiên cứu này và hiện nó đã được chấp thuận để điều trị sarcoma mô mềm ở Nga, Châu Âu và Hàn Quốc. Các nhà khoa học cũng đang thử nghiệm nó để sử dụng chống lại các bệnh ung thư khác, bao gồm cả ung thư tuyến tiền liệt và ung thư vú.
Kháng thuốc kháng sinh
Mối đe dọa của việc kháng thuốc kháng sinh hiếm khi xuất hiện trong tâm trí các nhà nghiên cứu y tế. Ngày càng có nhiều mầm bệnh trở nên không thấm vào đâu so với các loại thuốc kháng sinh hiện đại. Sự thiếu nhạy cảm này làm cho chúng khó điều trị hơn nhiều và do đó, nguy hiểm hơn đáng kể.
Theo Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh (CDC), kháng kháng sinh là “một trong những thách thức sức khỏe cộng đồng lớn nhất trong thời đại của chúng ta”.
Cuộc tìm kiếm đang được thực hiện đối với các hợp chất mới có thể lấp đầy khoảng trống ngày càng tăng mà các loại thuốc kháng sinh không hiệu quả đã để lại.
Một số người trong nhiệm vụ này đã quay ra biển, và một nhóm tập trung vào chất nhờn của cá - lớp phủ bóng bao phủ một số loài.
Chất nhờn này hoạt động mạnh để tiêu diệt các mầm bệnh trong môi trường biển, vì vậy một số nhà khoa học tự hỏi liệu nó có thể giúp chống lại các mầm bệnh trên cạn hay không.
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Bang California ở Fullerton và Đại học Bang Oregon ở Corvallis đã tìm cách phân lập 47 chủng vi khuẩn khác nhau từ chất nhầy. Họ phát triển những vi khuẩn này và giảm chúng thành một chiết xuất hóa học.
Tiếp theo, họ thử nghiệm chiết xuất này chống lại các mầm bệnh khác và phát hiện ra rằng 5 trong số các chủng vi khuẩn có hiệu quả cao trong việc kháng methicillin Staphylococcus aureus (MRSA), trong khi ba hiệu quả chống lại Candida albicans.
Họ đã trình bày những phát hiện sơ bộ của mình tại Hội nghị & Triển lãm Quốc gia Mùa xuân 2019 của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ.
Một nghiên cứu khác, nổi bật trong Biên giới trong vi sinh vật học, kiểm tra Laminaria ochroleuca, một loài rong biển là nguồn cung cấp vi khuẩn Actinobacteria phong phú.
Actinobacteria đặc biệt thú vị đối với các nhà nghiên cứu y học. Như các tác giả của nghiên cứu giải thích, “các hoạt tính sinh học được báo cáo từ [các sản phẩm tự nhiên] của actinobacteria bao gồm các hoạt động kháng khuẩn, kháng nấm, kháng u, chống ung thư, chống viêm, kháng vi rút, độc tế bào và ức chế miễn dịch.”
Một số chất chiết xuất từ vi khuẩn có hiệu quả chống lại C. albicans và S. aureus. Điều thú vị là, theo tác giả cao cấp, Tiến sĩ Maria de Fátima Carvalho, “bảy trong số các chất chiết xuất đã ức chế sự phát triển của ung thư vú và đặc biệt là ung thư tế bào thần kinh, trong khi không ảnh hưởng đến các tế bào không ung thư”.
Kháng nấm
Song song với vấn đề kháng kháng sinh là vấn đề kháng nấm song song: thuốc diệt nấm cũng làm mất răng. Một số hy vọng rằng bọt biển có thể hỗ trợ.
Ví dụ, nghiên cứu cho thấy rằng các chất chiết xuất hóa học từ Jaspis các loài bọt biển có hiệu quả chống lại C. albicans trong một mô hình chuột.
Tương tự, một nghiên cứu cho thấy eurysterol A và B, hai chất hóa học từ một loại bọt biển thuộc chi Euryspongia, “Thể hiện hoạt tính kháng nấm chống lại các chủng hoang dã và kháng amphotericin B của [C. albicans]. ” Họ cũng giết chết các tế bào ung thư biểu mô ruột kết của con người trong phòng thí nghiệm.
Các nhà khoa học phát hiện ra khoảng 1.000 hợp chất mới trong các đại dương mỗi năm. Như một tác giả giải thích, chúng “thường được đặc trưng bởi tính mới, phức tạp và đa dạng về cấu trúc”.
Tuy nhiên, vẫn còn rất ít các hợp chất có nguồn gốc từ biển đóng vai trò điều trị bệnh. Tại sao chúng ta không sử dụng nhiều hóa chất mới này hơn?
Khoảng cách giữa hóa chất và phòng khám
Thứ nhất, như với bất kỳ loại thuốc thử nghiệm nào, có một bước tiến lớn giữa đĩa nuôi cấy trong phòng thí nghiệm và bệnh nhân. Trong một sinh vật sống, không phải lúc nào thuốc cũng đáp ứng theo cách mà các nhà khoa học mong đợi.
Thứ hai, nhiều loại thuốc có tác dụng phụ độc hại khiến chúng không thể sử dụng được. Cả hai vấn đề này đều không phải là ngõ cụt vì các nhà dược học và hóa học có thể điều chỉnh các phân tử hoặc thiết kế các hóa chất tương tự, nhưng tất cả đều tốn thời gian.
Một vấn đề đáng quan tâm khác là tạo ra đủ lượng hóa chất có nguồn gốc từ biển. Nhiều loài không thể sống sót trong điều kiện nuôi nhốt hoặc yêu cầu môi trường đặc biệt cao, khó duy trì. Một lần nữa, điều này có nghĩa là các nhà khoa học cần tìm cách tái tạo các phân tử quan tâm, đây là một con đường dài và phức tạp.
Nói về những vấn đề này, các tác giả của một bài đánh giá viết rằng “sức mạnh của tổng hợp hữu cơ và hóa dược sẽ phải gánh chịu”. Đây là những kỹ thuật, những vòng đắt tiền để vượt qua.
Tóm lại, mặc dù có rất nhiều hứa hẹn trên các vùng biển của hành tinh, nhưng nhiều con đường tiềm năng rất dài và quanh co, và sẽ không có chiến thắng nhanh chóng.
Khi con người tạo ra áp lực ngày càng tăng lên các hệ sinh thái biển, những lo ngại về sức khỏe của các đại dương của chúng ta đang lên đến đỉnh điểm. Rất có thể các loại thuốc tiềm năng của tương lai đang biến mất trước khi các nhà khoa học có cơ hội thu hoạch chúng.
