Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Trong những năm gần đây, việc tìm kiếm các hợp chất từ thiên nhiên đã trở thành xu hướng chủ đạo trong nghiên cứu dược lý, đặc biệt trong lĩnh vực điều trị ung thư. Hải sâm-loài sinh vật biển không xương sống vốn được xem là “người dọn vệ sinh” của đại dương-giờ đây đang thu hút sự chú ý như một kho tàng tiềm năng chứa các phân tử sinh học quý giá.

Một nghiên cứu do Đại học Mississippi dẫn đầu, đăng trên tạp chí Glycobiology, đã phát hiện ra một loại đường thuộc nhóm glycosaminoglycan-cụ thể là fucosylated chondroitin sulfate (FCS)-chiết xuất từ loài hải sâm Holothuria floridana, có khả năng ức chế enzyme Sulf-2, một yếu tố then chốt trong quá trình phát triển và di căn của tế bào ung thư.

Điểm nổi bật là FCS không ảnh hưởng đến cơ chế đông máu-khác với nhiều hợp chất sulfat hóa hiện nay-mở ra tiềm năng lớn cho việc phát triển các liệu pháp carbohydrate-based vừa hiệu quả, vừa đảm bảo an toàn sinh học và thân thiện với cơ thể người.
 

Hải sâm (Holothuroidea), một loài động vật da gai sống ở đáy biển, từ lâu được biết đến với vai trò sinh thái là “người quét dọn đại dương” – giúp làm sạch đáy biển và tái tuần hoàn các chất dinh dưỡng trong hệ sinh thái biển. Tuy nhiên, loài sinh vật biển khiêm tốn này cũng có thể mang trong mình một chìa khóa sinh học quan trọng trong việc ngăn chặn sự phát triển và di căn của ung thư.

Một nghiên cứu gần đây do Đại học Mississippi (University of Mississippi) dẫn đầu và công bố trên tạp chí Glycobiology đã chỉ ra rằng, hợp chất đường đặc biệt được tìm thấy trong hải sâm có khả năng ức chế hiệu quả enzyme Heparan-6-O-endosulfatase 2 (Sulf-2) – một enzyme giữ vai trò thiết yếu trong quá trình phát triển và lan rộng của các tế bào ung thư.

Theo Marwa Farrag, nghiên cứu sinh tiến sĩ năm thứ tư tại Khoa Khoa học Sinh học Phân tử, UM, và là tác giả chính của nghiên cứu, “Sinh vật biển tạo ra nhiều hợp chất có cấu trúc đặc biệt, thường rất hiếm hoặc không tồn tại ở động vật có xương sống trên cạn. Trong đó, các hợp chất đường chiết xuất từ hải sâm là ví dụ điển hình – mang cấu trúc độc đáo, hiếm gặp ở các sinh vật khác và chính vì thế rất đáng để nghiên cứu”.

Farrag cùng nhóm nghiên cứu liên ngành đến từ Đại học Mississippi và Đại học Georgetown đã tiến hành nghiên cứu sâu về cấu trúc và chức năng của hợp chất đường này.

Ở cấp độ tế bào, bề mặt của tế bào người và đa số động vật có vú được bao phủ bởi các chuỗi oligosaccharide gọi là glycans – các cấu trúc phân tử đóng vai trò trong việc truyền tín hiệu giữa các tế bào, kích hoạt đáp ứng miễn dịch và nhận diện các mối đe dọa như mầm bệnh. Trong tế bào ung thư, biểu hiện enzyme Sulf-2 thường bị rối loạn, từ đó dẫn đến biến đổi cấu trúc glycans, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xâm lấn và di căn.

TS. Vitor Pomin, Phó Giáo sư Dược liệu học tại UM, mô tả hình ảnh minh họa cho vai trò của glycans: “Các tế bào trong cơ thể chúng ta như được bao phủ bởi ‘khu rừng’ glycans, và các enzyme như Sulf-2 đóng vai trò như người cắt tỉa – thay đổi cấu trúc và chức năng của khu rừng đó. Nếu chúng ta có thể ức chế enzyme này, về mặt lý thuyết, chúng ta có thể làm chậm hoặc ngăn chặn sự lây lan của ung thư.”

Việc ức chế enzyme Sulf-2 – yếu tố then chốt trong quá trình biến đổi cấu trúc glycans và thúc đẩy di căn ung thư – được xem là một chiến lược tiềm năng trong điều trị ung thư hiện đại. Theo nhóm nghiên cứu, hợp chất fucosylated chondroitin sulfate (FCS) chiết xuất từ hải sâm Holothuria floridana có khả năng ức chế hiệu quả hoạt tính của Sulf-2, dựa trên dữ liệu từ cả mô phỏng tính toán và thí nghiệm in vitro.

GS. Robert Doerksen, chuyên gia hóa dược tại UM, nhận định: “Kết quả từ mô hình tính toán hoàn toàn phù hợp với dữ liệu thực nghiệm, qua đó nâng cao độ tin cậy của nghiên cứu và khẳng định tính nhất quán của cơ chế tác động.”

Một điểm nổi bật trong nghiên cứu là hợp chất FCS không gây ảnh hưởng đến quá trình đông máu – một nhược điểm phổ biến ở nhiều thuốc sulfat hóa hiện hành có tác dụng lên enzyme tương tự. TS. Joshua Sharp, Phó Giáo sư Dược lý học tại UM cho biết: “Nếu một hợp chất làm gián đoạn quá trình đông máu, nguy cơ xuất huyết mất kiểm soát là rất nghiêm trọng. Việc hợp chất từ hải sâm không gây tác dụng phụ này là một tín hiệu rất đáng mừng và mở ra hướng ứng dụng an toàn hơn cho người bệnh.”

Ngoài ra, việc khai thác hợp chất từ sinh vật biển còn mang lại những lợi ích đáng kể về tính bền vững và an toàn sinh học. Trong khi nhiều loại thuốc glycosaminoglycan đang sử dụng hiện nay vẫn được chiết xuất từ động vật có vú như lợn – vốn tiềm ẩn nguy cơ truyền nhiễm virus hoặc tác nhân gây bệnh – thì nguồn gốc biển như hải sâm lại được xem là “nguồn nguyên liệu sạch” hơn.

Tuy nhiên, việc khai thác hải sâm với quy mô lớn để phục vụ sản xuất dược phẩm không phải là phương án khả thi, do nguồn sinh khối hạn chế và rủi ro tác động tiêu cực đến hệ sinh thái biển. Vì vậy, định hướng tiếp theo của nhóm nghiên cứu là phát triển quy trình tổng hợp hóa học fucosylated chondroitin sulfate (FCS) nhằm gia tăng hiệu suất sản xuất, đảm bảo tính ổn định và khả năng mở rộng cho các nghiên cứu tiền lâm sàng.

“Theo hiện trạng, hiệu suất thu nhận FCS từ nguồn tự nhiên còn rất thấp, không đáp ứng được yêu cầu sản xuất ở quy mô dược phẩm,” TS. Vitor Pomin nhận định. “Chúng tôi đang tập trung xây dựng lộ trình tổng hợp hóa học khả thi. Khi quy trình được hoàn thiện, các thử nghiệm tiền lâm sàng trên mô hình động vật sẽ được triển khai.”

Tài liệu tham khảo: Marwa Farrag, Reem Aljuhani, Julius Benicky, Hoda Al Ahmed, Sandeep K Misra, Sushil K Mishra, Joshua S Sharp, Robert J Doerksen, Radoslav Goldman, Vitor H Pomin. Heparan-6-O-endosulfatase 2, a cancer-related proteoglycan enzyme, is effectively inhibited by a specific sea cucumber fucosylated glycosaminoglycan. Glycobiology, 2025; 35 (6) DOI: 10.1093/glycob/cwaf025