Nano-Hoa Tăng Cường Vận Chuyển Ty Thể, Giúp Tế Bào Phục Hồi Năng Lượng

Trong lĩnh vực y học tái tạo, một hướng đi mới đầy hứa hẹn vừa được các nhà nghiên cứu tại Khoa Kỹ thuật Y sinh thuộc Đại học Texas A&M khai phá. Họ đã phát triển một phương pháp sử dụng vật liệu nano nhằm mục đích khuếch đại đáng kể quá trình vận chuyển ty thể tự nhiên giữa các tế bào. Công trình đột phá này, được công bố trên tạp chí uy tín “Biên niên Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia” (PNAS), tập trung vào việc ứng dụng các hạt siêu nhỏ có hình dạng giống bông hoa, được chế tạo từ molypden disulfide (MoS₂), để biến các tế bào gốc thành những “nhà máy sinh học ty thể”. Dự án này được dẫn dắt bởi Giáo sư Akhilesh K. Gaharwar, với nghiên cứu sinh John Sukar là tác giả chính của công trình.

Yếu tố cốt lõi tạo nên sự khác biệt của kỹ thuật này chính là việc sử dụng các cấu trúc nano-hoa MoS₂ có chứa các khuyết tật nguyên tử. Sau khi được tế bào hấp thụ, những cấu trúc nano-hoa này sẽ kích hoạt các con đường sinh tổng hợp ty thể, thúc đẩy trục SIRT1/PGC‑1α trong các tế bào cho. Kết quả là, quá trình sản xuất ty thể và lượng DNA ty thể trong các tế bào cho tăng lên gấp đôi. Theo nhận định của Giáo sư Gaharwar, phương pháp này có khả năng “huấn luyện” các tế bào khỏe mạnh chia sẻ nguồn năng lượng dự trữ của chúng mà không cần đến sự can thiệp bằng kỹ thuật di truyền hay các loại thuốc dược lý. Đây thực sự là một lợi thế lớn tiềm năng cho các ứng dụng lâm sàng trong tương lai.

Các dữ liệu định lượng được trình bày trong nghiên cứu đã minh chứng rằng, hiệu suất vận chuyển ty thể khi có sự hiện diện của các nano-hoa này cao hơn gấp nhiều lần so với sự trao đổi tự nhiên giữa các tế bào. Sự khuếch đại quá trình vận chuyển này giúp cải thiện đáng kể khả năng hô hấp và sản xuất adenosine triphosphate (ATP) ở các tế bào nhận, ngay cả trong điều kiện sinh lý bình thường. Trong các mô hình tổn thương tế bào được thực hiện trong phòng thí nghiệm, việc tăng cường vận chuyển ty thể đã góp phần khôi phục sản lượng ATP và nâng cao tỷ lệ sống sót của tế bào.

Phát kiến này mang ý nghĩa then chốt đối với việc điều trị tiềm năng các bệnh lý liên quan đến sự suy giảm chức năng ty thể, bao gồm cả quá trình lão hóa, bệnh cơ tim và các rối loạn thoái hóa thần kinh như bệnh Alzheimer. Hiện tại, nghiên cứu vẫn đang ở giai đoạn tiền lâm sàng, được chứng minh thông qua các thí nghiệm in vitro. Các tác giả vẫn cần xác định các phác đồ điều trị thực tế và tần suất có thể áp dụng cho các quy trình này. Molypden disulfide, một hợp chất vô cơ hai chiều, đang được nghiên cứu rộng rãi trong lĩnh vực y sinh học nhờ khả năng điều chỉnh các dạng oxy phản ứng (ROS) và đảm bảo tính tương thích sinh học. Điều này khẳng định rằng, vật liệu nano không chỉ đóng vai trò là vật mang thụ động mà còn tích cực tham gia vào các quá trình tế bào.

Trước đó, nhóm nghiên cứu của Giáo sư Gaharwar đã từng công bố khả năng kích thích chức năng ty thể bằng cách sử dụng các khoảng trống nguyên tử trong nano-hoa, được đăng tải trên tạp chí “Nature Communications” vào tháng 9 năm 2024. Nguồn tài trợ cho công trình hiện tại đến từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm Viện Y tế Quốc gia và Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, cho thấy sự quan tâm rộng rãi đối với hướng điều trị bằng cơ quan tử này.