Hen phế quản dị ứng có đặc điểm là tình trạng viêm và phù nề đường thở, dẫn đến khó thở và ho dữ dội. Do hiện nay vẫn chưa có phương pháp điều trị dứt điểm, nhiều bệnh nhân phải chịu sự suy giảm đáng kể về chất lượng cuộc sống. Trong bối cảnh đó, một nghiên cứu trên động vật gần đây do nhóm các nhà nghiên cứu Hàn Quốc thực hiện đã chứng minh rằng tế bào gốc được xử lý bằng melatonin có hiệu quả trong việc làm giảm các triệu chứng hen suyễn, thu hút sự chú ý như một phương pháp tiếp cận điều trị mới đầy tiềm năng.
Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Dong-Myung Shin (Khoa Kỹ thuật Di truyền và Tế bào, Viện Khoa học Đời sống, Bệnh viện Asan Seoul) dẫn đầu, phối hợp cùng Giáo sư Sang-Yeob Kim (Trung tâm Nghiên cứu Y học Hội tụ) và Giáo sư Eui Man Jeong (Đại học Dược, Đại học Quốc gia Jeju), đã phát hiện ra rằng việc sử dụng tế bào gốc trung mô (Mesenchymal Stem Cells – MSCs) được kích hoạt bằng melatonin trên chuột mắc hen suyễn đã dẫn đến sự sụt giảm rõ rệt số lượng các tế bào viêm trong phổi.
“Priming” (Kích hoạt/Tiền xử lý) là một kỹ thuật nhằm tăng cường chức năng của tế bào gốc bằng cách cho chúng tiếp xúc trước với các hoạt chất cụ thể. Tế bào gốc được kích hoạt bằng melatonin là các tế bào gốc đã được xử lý bằng dung dịch melatonin – một chất có đặc tính chống oxy hóa và kháng viêm, qua đó củng cố các chức năng điều trị của tế bào.
Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng khi đã làm sáng tỏ cơ chế mà melatonin tăng cường chức năng kháng viêm và điều hòa miễn dịch của tế bào gốc trung mô. Đồng thời, đây là lần đầu tiên chứng minh được rằng tế bào gốc trung mô được kích hoạt bằng melatonin tạo ra hiệu quả giảm viêm rõ rệt trên mô hình động vật mắc hen suyễn.
Các phát hiện này gần đây đã được đăng tải trực tuyến trên ‘Chemical Engineering Journal’ (Tạp chí Kỹ thuật Hóa học), một tạp chí hàng đầu nằm trong top 3% lĩnh vực kỹ thuật hóa học, với chỉ số ảnh hưởng (Impact Factor) là 13.2.
Để củng cố các phát hiện in vivo (trên cơ thể sống), nhóm nghiên cứu đã khảo sát cơ chế mà melatonin giúp nâng cao năng lực chức năng của tế bào gốc trung mô. Cụ thể, họ đã kiểm tra cách melatonin bảo vệ tế bào gốc trung mô khỏi tổn thương và chết tế bào do căng thẳng ferroptosis (một quá trình trong đó hoạt động sắt quá mức dẫn đến oxy hóa lipid và gây tổn thương tế bào) thông qua việc theo dõi động học của glutathione. Glutathione là chất chống oxy hóa chính trong cơ thể người, và nồng độ glutathione nội bào đầy đủ cho phép các tế bào chống chịu lại các căng thẳng liên quan đến ferroptosis.
Để làm rõ cơ chế melatonin cải thiện động học glutathione, nhóm nghiên cứu tập trung vào con đường tín hiệu CREB1-NRF2, được xem là một trong những cơ chế then chốt nền tảng cho việc tăng cường chức năng của tế bào gốc trung mô. Con đường này được biết đến như một mạch tín hiệu giúp gia tăng glutathione – một phân tử bảo vệ tế bào đóng vai trò trung tâm trong phòng vệ tế bào.
Sử dụng công nghệ Cộng hưởng truyền năng lượng huỳnh quang (FRET), nhóm nghiên cứu đã theo dõi chính xác những thay đổi theo thời gian thực về hoạt động protein bên trong tế bào gốc. Kết quả cho thấy Protein Kinase A, hoạt động như một công tắc phân tử cho CREB1, đã được kích hoạt mạnh mẽ hơn trong các tế bào gốc trung mô được kích hoạt bằng melatonin. Sự kích hoạt này sau đó đã kích thích con đường CREB1-NRF2, dẫn đến việc tăng cường duy trì nồng độ glutathione bên trong tế bào.
Thông qua phân tích hệ thống phiên mã (transcriptome analysis) bổ sung, nhóm đã xác định sự kích hoạt của con đường JAK-STAT là một cơ chế quan trọng khác trong tác động của melatonin, đồng thời chứng minh rằng sự gia tăng PD-L1 (một protein quan trọng trong điều hòa điểm kiểm soát miễn dịch) cuối cùng dẫn đến tăng cường chức năng điều hòa miễn dịch của các tế bào gốc trung mô được kích hoạt bằng melatonin.
Nói cách khác, melatonin đã được chứng minh là kích hoạt con đường CREB1-NRF2, thúc đẩy bảo vệ tế bào, hoạt động chống oxy hóa và duy trì glutathione; đồng thời kích hoạt con đường JAK-STAT để củng cố các phản ứng miễn dịch và năng lực điều hòa miễn dịch của tế bào gốc.
Bên cạnh đó, đồng tác giả liên hệ, Giáo sư Keunhong Jeong thuộc Học viện Quân sự Hàn Quốc, đã tự động hóa việc đếm các tế bào miễn dịch trong dịch rửa phế quản – phế nang (BALF) bằng cách sử dụng học máy (machine learning), qua đó giảm thiểu sai số giữa các nghiên cứu viên trong phân tích tế bào miễn dịch và cho phép nghiên cứu hiệu quả, đáng tin cậy hơn.
Giáo sư Dong-Myung Shin (Khoa Kỹ thuật Di truyền và Tế bào, Viện Khoa học Đời sống) cho biết: “Nghiên cứu này không chỉ dừng lại ở việc chứng minh tác dụng chống oxy hóa của melatonin. Ý nghĩa của nó nằm ở việc xác định melatonin là ứng cử viên hiệu quả nhất để tăng cường chức năng của tế bào gốc trung mô – loại vật liệu được công nhận là an toàn và được liệt kê trong các dược điển quốc tế.”
Ông nói thêm: “Bằng cách áp dụng các chỉ thị oxy hóa khử theo thời gian thực và công nghệ FRET cho phép dự đoán định lượng về hiệu quả điều trị của tế bào gốc trung mô, nghiên cứu này đưa ra một manh mối quan trọng cho việc phát triển các liệu pháp tế bào gốc hiệu suất cao phù hợp cho ứng dụng lâm sàng.”
Nghiên cứu này được thực hiện với sự hỗ trợ từ Bộ Khoa học và CNTT và Quỹ Nghiên cứu Quốc gia Hàn Quốc thông qua Chương trình Nhà nghiên cứu Trung cấp, Chương trình Nghiên cứu STEAM cho các Tiên phong Công nghệ Hội tụ Tương lai hứa hẹn, và Chương trình Phát triển Công nghệ Y học Tái tạo Liên bộ.
