Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Hình chụp ốc tai chuột trên kính hiển vi đồng tiêu; Các tế bào tóc có màu xanh lục. (Hình bên trái) Hình ốc tai của chuột mang gen Tmc1 bị đột biến không được điều trị có biểu hiện mất các tế bào tóc. (Hình bên phải) Ngược lại, ốc tai của chuột được điều trị bằng liệu pháp chỉnh sửa gen có biểu hiện duy trì số lượng các tế bào tóc. Nguồn: Gao và cộng sự cung cấp /Nature 2017.
 

Mất thính giác là mất đi một trong những giác quan quan trọng của người, và gần một nửa các trường hợp của bệnh mất thính giác có liên quan đến các yếu tố di truyền. Báo cáo đăng trên tạp chí Nature của một nhóm các nhà khoa học ở Viện MIT và Harvard, bệnh viện Mắt và Tai Massachusetts, Đại học Harvard, và Viện Y khoa Howard Hughes (HHMI) đã phát triển một liệu pháp chỉnh sửa bộ gen sử dụng hệ thống CRISPR-Cas9 nhằm ngăn chặn chứng mất thính giác trên mô hình chuột mắc bệnh mất thính giác tiến triển của người.

Nghiên cứu này lần đầu tiên thực hiện được việc đưa một phức hợp protein để chỉnh sửa bộ gen vào một mô hình động vật bị gây mất thính giác do đột biến di truyền để tìm ra phương thức điều trị bệnh hiệu quả.

Liệu pháp chuyển trực tiếp một phức hợp protein CRISPR-Cas9 để biến đổi di truyền vào các tế bào cảm nhận âm thanh ở tai trong (còn được gọi là "các tế bào tóc") nhằm bất hoạt một đột biến gây chết các tế bào này. Đây là nghiên cứu lần đầu tiên sử dụng một protein mang gen chỉnh sửa được chuyển trực tiếp vào các tế bào liên quan nhằm giúp trì hoãn quá trình gây ra chứng mất thính lực. Việc vận chuyển chuyên biệt protein Cas9, thay vì dùng các yếu tố DNA khác mà tế bào có thể sử dụng để tạo nên Cas9, giúp tăng tính đặc hiệu và tính an toàn của liệu pháp này.

"Chúng tôi đã phát triển một chiến lược chỉnh sửa bộ gen nhằm vào căn bệnh mất thính giác do di truyền bằng cách bất hoạt các biến thể di truyền gây bệnh”, David Liu, đồng tác giả trong nhóm nghiên cứu của giáo sư Richard Merkin, giám đốc Viện kỹ thuật chăm sóc sức khỏe Merkin và cũng là thành viên chính của Viện Broad, giáo sư khoa Hóa và Sinh Hóa của Đại học Harvard, và là một nhà nghiên cứu thuộc nhóm HHMI, phát biểu. "Còn nhiều việc cần được làm trước khi chiến lược này có thể được phát triển thành liệu pháp gen cho người, nhưng vào thời điểm hiện tại, chúng tôi rất phấn khởi khi thông báo rằng phương pháp chữa trị đã phục hồi được khả năng nghe trên mô hình động vật thí nghiệm."

Các tế bào tóc là những tế bào chuyên biệt ở tai trong có thể chuyển các rung động sóng âm sang các tín hiệu điện thế mà não hiểu được. Một nguyên nhân gây mất thính giác là do một đột biến điểm trên gen Tmc1 khiến các tế bào tóc hình thành nên một dạng protein bất thường, gây độc, tích lũy dần và giết chết tế bào. Người (và chuột) mang đột biến này sẽ bị mất dần thính giác từ nhỏ, và cuối cùng bị điếc hoàn hoàn.

Vì đột biến trên gen Tmc1 chỉ khác biệt với gen bình thường ở 1 nucleotide trên DNA, Cas9 phải tiếp cận gen đột biến với độ chính xác cao. Nếu không, protein Cas9 protein sẽ dễ dàng cắt và làm bất hoạt các bản sao có chức năng bình thường khác của gen.

Để cải tiến sự chỉnh sửa gen một cách chính xác, nhóm nghiên cứu đã thực hiện nghiên cứu trước đó và đã công bố vào năm 2014. Khi sử dụng CRISPR-Cas9 để điều chỉnh gen, các nhà khoa học thường chèn đoạn DNA mã hóa cho phức hợp Cas9 vào trong tế bào, và để tế bào sử dụng chính bộ máy của mình để sản xuất nên các công cụ chỉnh sửa gen. Nhưng Liu và các cộng sự trong một nghiên cứu trước đó đã mô tả rằng nếu bản thân phức hợp chỉnh sửa gen Cas9 được chuyển thẳng vào tế bào và được đóng gói trong một vỏ bọc lipid thì quá trình chỉnh sửa gen được đánh giá là chính xác hơn nhiều. Bản thân protein Cas9 tự hủy rất nhanh chóng, và chúng cắt toàn bộ vào đúng mục tiêu trước khi di chuyển sang các DNA tượng tự “nằm ngoài mục tiêu” – vì vậy, khi ở dạng phức hợp protein, chúng thường bị phân hủy trước khi có cơ hội gây ra những lỗi chỉnh sửa trên gen thông thường.

"Chiến lược chúng tôi sử dụng đặc biệt có hiệu quả trên chứng mất thích giác do rối loạn di truyền," đồng tác giả nhóm nghiên cứu Zheng-Yi Chen, phó giáo sư Viện Mắt và Tai Massachusetts, cho biết. "Ở người, chứng mất thính giác do di truyền thường xuất hiện muộn và tiến triển theo thời gian, vì vậy chúng ta có khoảng một thời gian quý giá để ngăn chặn chúng. Tác động của liệu pháp gen thông qua sự chuyển hệ thống biến đổi gen vào tai trong cũng thể hiện lợi ích trong giảm thiểu các nguy cơ tiềm ẩn."

Các nhà khoa học đã thử nghiệm phương pháp này trên mô hình chuột đang phát triển bệnh giảm thính lực mang gen Tmc1 bị đột biến. Chuột không được xử lý liệu pháp chỉnh sửa gen bị giảm thính giác trong 4 tuần đầu và mất hoàn toàn thính giác ở tuần thứ 8. Với nhóm chuột có sử dụng liệu pháp điều trị, nhóm nghiên cứu đã tiêm một hỗn hợp để chỉnh sửa gen vào ốc tai của chuột mới sinh mang gen gây mất thính lực. Chuột được xử lý có khả năng duy trì khả năng nghe tốt hơn so với chuột không xử lý. Ở tuần thứ 4, chuột không xử lý có phản ứng ghi nhận được trong não sau khi cho tiếp xúc với âm thanh bắt đầu ở mức 80 decibel, tương đương với tiếng ồn của  máy hủy rác khi hoạt động hay tiếng radio lớn. Nhưng chuột có xử lý phản ứng với âm thanh từ 65 decibel – tương ứng với âm lượng của một cuộc trò chuyện thông thường.

Các thông số đo lường sinh lý học cho thấy các tế bào tóc có tỷ lệ sống sót cao hơn ở lô thí nghiệm chuột có xử lý; giải trình tự gen cho thấy trong các tế bào được xử lý, các bản sao đột biến gen Tmc1 đã được bất hoạt thành công đến 94%, các allele hoang dại chỉ chiếm khoảng 6%. Vào tuần thứ 8, chuột đã xử lý cũng duy trì được phản xạ “giật mình” trước tiếng động to bất ngờ, trong khi chuột không xử lý hoàn toàn không phản ứng.

“Đây là một nghiên cứu thú vị cho thấy khả năng ứng dụng chiến lược chỉnh sửa bộ gen không cần dùng virus cho bệnh mất thính giác do đột biến gen trội trên các tế bào tóc. Điều này có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong việc tăng cường công cụ để điều trị bệnh mất thính giác do di truyền” ,phó giáo sư Tina Stankovic tại Viện Mắt và Tai Massachesetts, người không tham gia vào công trình nghiên cứu đã đánh giá. 

Nhóm nghiên cứu đang dự định phát triển liệu pháp trên các mô hình động vật lớn hơn cũng mang bệnh mất thính giác tiến triển. “Những kết quả này gợi mở tiềm năng phát triển một phương pháp chữa trị một nhóm bệnh mất thính lực do rối loạn di truyền. Tuy nhiên việc đảm bảo liệu pháp hoàn toàn an toàn và hiệu quả là cực kỳ quan trọng trước khi chúng ta có thể đến gần hơn đến các thử nghiệm trên người,” phó giáo sư Liu phát biểu. “Chúng tôi cũng nhận thấy tầm quan trọng và luôn giữ sự lưu tâm đến tính văn hóa trong cộng đồng khiếm thính khi tiếp tục tiến hành nghiên cứu này.”

Nguồn: Bệnh viện Mắt và Tai Massachusetts