Bước ‘đột phá’ để kiểm soát DNA của con người bằng điện

Một nghiên cứu mới cho biết các nhà khoa học đã chứng minh rằng gen của con người có thể được điều khiển bằng điện; một bước ‘đột phá’ có thể mở đường cho các thiết bị đeo trên cơ thể được lập trình gen để thực hiện các can thiệp y tế.

Trong một thí nghiệm mới, các nhà nghiên cứu đã có thể kích hoạt quá trình sản xuất insulin trong tế bào người bằng cách gửi dòng điện qua giao diện “điện di truyền” (electrogenetic) để kích hoạt các gen mục tiêu.

Các ứng dụng trong tương lai của giao diện này có thể được phát triển để cung cấp các can thiệp y tế nhằm điều trị nhiều loại bệnh, bao gồm cả bệnh tiểu đường, bằng cách điều khiển trực tiếp DNA của con người bằng điện.

Thiết bị đeo thông minh theo dõi sức khoẻ

Hiện đang có sự bùng nổ về mối quan tâm đến các thiết bị điện tử y tế kỹ thuật số đeo trên cơ thể người (từ đây gọi tắt là ‘Thiết bị đeo’), là những công nghệ di động hỗ trợ theo dõi sức khỏe như máy theo dõi thể dục (bước đi, nhịp tim), cảm biến sinh học, máy đo huyết áp và thiết bị điện tâm đồ cầm tay…

Thiết bị đeo thông minh đã trở thành một công cụ thiết yếu đối với nhiều bác sĩ và bệnh nhân, thúc đẩy các nhà nghiên cứu tiếp tục phát triển các nền tảng mới để thu thập dữ liệu y tế hoặc thậm chí thực hiện các biện pháp can thiệp y tế.

Công nghệ DART

Giờ đây, các nhà khoa học do Jinbo Huang, một nhà sinh học phân tử tại ETH Zürich dẫn đầu, đã phát minh ra một giao diện chạy bằng pin mà họ gọi là Công nghệ điều chỉnh dẫn động bằng dòng điện một chiều (direct current (DC)-actuated regulation technology), gọi tắt là DART; có thể kích hoạt các phản ứng gen cụ thể bằng một dòng điện.

Theo một bài báo đã xuất bản của họ trên trang Nature, Huang và các đồng nghiệp của ông đã mô tả thiết bị này là “một bước nhảy vọt, đại diện cho mối liên kết còn thiếu sẽ cho phép các thiết bị đeo có thể kiểm soát gen trong một tương lai không xa”.

Nhóm nghiên cứu cho biết: “Các hệ thống thiết bị điện tử hiện nay và sinh học hoạt động theo những cách hoàn toàn khác nhau và phần lớn không tương thích do thiếu giao diện truyền thông chức năng”.

“Trong khi các hệ thống sinh học là kỹ thuật ‘tương tự’, được lập trình bởi di truyền, được cập nhật dần dần bởi quá trình tiến hóa và được điều khiển bởi các ion chảy qua màng cách điện, thì các hệ thống điện tử là kỹ thuật số, được lập trình bằng phần mềm có thể cập nhật dễ dàng và được điều khiển bởi các electron chạy qua dây cách điện.”

Các nhà nghiên cứu cho biết thêm: “Các giao diện điện di truyền cho phép các thiết bị điện tử kiểm soát biểu hiện gen vẫn là mối liên kết còn thiếu trên con đường hướng tới khả năng tương thích và khả năng tương tác hoàn toàn của thế giới điện tử và di truyền”.

Với ý nghĩ đó, nhóm nghiên cứu nhằm mục đích tạo ra mối liên hệ trực tiếp giữa DNA “tương tự” của chúng ta, với các hệ thống điện tử tạo thành nền tảng của công nghệ kỹ thuật số.

Các nhà nghiên cứu cho biết, chúng ta sinh ra với một bộ gen nhất định và mặc dù mã di truyền đó hầu như không thay đổi trong suốt cuộc đời, nhưng mà, cách gen phản ứng (hoặc kích hoạt) có thể thay đổi khi chúng ta già đi và thay đổi thói quen. DART có khả năng cung cấp phương tiện để hoàn tác một số thay đổi này.

Thí nghiệm nghiên cứu

Trước đây, nhóm nghiên cứu này tại ETH Zürich đã chứng minh rằng gen có thể được kích hoạt bằng điện tại nghiên cứu của họ được công bố vào năm 2020. Thiết kế sửa đổi mới này đơn giản hóa thiết kế ban đầu bằng cách cấy tế bào tuyến tụy của con người vào chuột mắc bệnh tiểu đường loại 1.

Thiết bị đeo đã được thử nghiệm trên chuột mắc bệnh tiểu đường. (Huang và cộng sự, Nature, 2023)

Sau đó, các nhà nghiên cứu sử dụng kim châm cứu kích thích bằng điện để kích hoạt các gen chính xác liên quan đến việc điều chỉnh liều lượng insulin, một loại hormone cần thiết cho việc điều trị bệnh tiểu đường. Kết quả là nồng độ glucose trong máu của chuột đã trở lại mức bình thường.

Huang và các đồng nghiệp của ông cho biết việc tinh chỉnh biểu hiện gen của động vật có vú bằng điện này tạo tiền đề cho “sự biểu hiện gen được điều khiển bằng điện trên thiết bị đeo có khả năng kết nối các biện pháp can thiệp y tế với mạng Internet của cơ thể”.

Một trong nhiều thách thức phía trước là làm cho tính năng này hoạt động được trên các thiết bị nhỏ. Tin tốt là DART cần rất ít năng lượng: ba pin AA sẽ đủ để duy trì hoạt động trong 5 năm, chẳng hạn, với tín hiệu điện được cấp một lần mỗi ngày.

Nhóm nghiên cứu tin tưởng rằng công nghệ này có thể được phát triển rộng hơn để có thể kích hoạt nhiều thứ hơn nữa mà không chỉ là sản xuất insulin. Trong nhiều năm tới, các loại thiết bị đeo theo dõi sức khỏe của chúng ta có thể làm được nhiều việc hơn là chỉ báo cáo số liệu thống kê.

Theo ScienceAlert/Vice