Đột phá công nghệ trong quá trình sinh tổng hợp thuốc điều trị ung thư Paclitaxel

Các nhà khoa học Trung Quốc đã tháo gỡ được nút thắt công nghệ quan trọng trong quá trình sinh tổng hợp thuốc điều trị ung thư Paclitaxel, mở đường cho việc sản xuất loại thuốc này một cách bền vững sau 20 năm nghiên cứu.

Nghiên cứu do nhà khoa học Yan Jianbin, Viện Gene nông nghiệp ở Thâm Quyến (AGIS) thuộc Viện Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc (CAAS), làm chủ nhiệm, được công bố trên số mới nhất của tạp chí khoa học Science.

Paclitaxel là một loại dược phẩm chống lại khối u tự nhiên có cấu trúc phân tử đặc biệt phức tạp và độc đáo, được sử dụng rộng rãi trong điều trị lâm sàng ung thư vú, ung thư buồng trứng, ung thư phổi và các bệnh ung thư khác. Theo ông Yan Jianbin, đây là loại thuốc điều trị ung thư dựa trên thảo dược bán chạy nhất thế giới và là một trong số ít loại thuốc có nguồn gốc thảo dược, có khả năng kiểm soát sự phát triển của tế bào ung thư.

Trong tự nhiên, Paclitaxel chỉ có thể được chiết xuất từ loại thực vật hạt trần quý hiếm và có nguy cơ tuyệt chủng, thuộc chi Thông đỏ (Taxus). Thực vật thuộc chi Thông đỏ thường phát triển rất chậm, phải mất hàng chục năm, thậm chí hàng trăm năm mới trở thành cây lớn. Ngoài ra, hàm lượng các chất tương tự Paclitaxel trong cây thuộc chi Thông đỏ là cực kỳ thấp. Theo nhà khoa học Yan Jianbin, tất cả những yếu tố này gây khó khăn lớn cho việc tiếp tục sử dụng Paclitaxel trong điều trị ung thư.

Mục tiêu của nhóm nghiên cứu là giải quyết thách thức sinh tổng hợp Paclitaxel. Vào năm 2021, ông Yan Jianbin cùng các cộng sự đã tạo ra bộ gene tham chiếu chất lượng cao đầu tiên trên thế giới về thực vật thuộc chi Thông đỏ, qua đó cung cấp giải trình tự gene và xác định các gene tiềm năng nhằm giải mã phương thức sinh tổng hợp Paclitaxel. Các kết quả nghiên cứu có liên quan đã được công bố trên tạp chí Nature Plants.

Dựa trên cơ sở này, nhóm nghiên cứu đã sàng lọc và xác định thêm các gene ứng cử viên và phát hiện thành công loại enzyme quan trọng nhất, chưa từng được biết đến trước đây trong con đường sinh tổng hợp Paclitaxel, làm sáng tỏ cơ chế hình thành cấu trúc dược lý của Paclitaxel và thiết lập con đường sinh tổng hợp Paclitaxel.

Ngoài ra, các enzyme chủ chốt của quá trình sinh tổng hợp Paclitaxel và phương pháp tái thiết của con đường tổng hợp liên quan đến nghiên cứu có ý nghĩa rất lớn trong việc hướng dẫn nhân giống cây thuộc chi Thông đỏ và sử dụng hiệu quả nguồn gene của chúng.

Việc làm sáng tỏ quá trình trao đổi chất chịu trách nhiệm tổng hợp Paclitaxel là một vấn đề chưa được giải quyết trong nhiều năm. Nhóm các nhà khoa học Trung Quốc đã tìm cách lấp đầy những khoảng trống trong con đường tổng hợp Paclitaxel. Theo Giáo sư Gregory Stephanopoulos thuộc Viện Công nghệ Massachusetts (Mỹ), ngoài việc có đóng góp đặc biệt quan trọng cho khoa học cơ bản, bước đột phá trên còn có ý nghĩa quan trọng trong việc mở đường cho việc tổng hợp và sản xuất thuốc Paclitaxel một cách hiệu quả hơn, với chi phí thấp hơn, cũng như tạo ra khả năng mới để tổng hợp nhiều dẫn xuất nhằm tìm kiếm các loại thuốc chống ung thư mạnh hơn.

Giáo sư Jens Nielsen thuộc trường Đại học Công nghệ Chalmers (Thụy Điển) cho biết: “Phát hiện trên là một bước đột phá lớn trong sự hiểu biết của chúng ta về quá trình sinh tổng hợp các sản phẩm tự nhiên phức tạp và điều này sẽ cho phép chúng ta có khả năng sản xuất các sản phẩm tự nhiên có giá trị khác trên quy mô lớn và từ đó phát triển các loại thuốc mới và có giá trị”.

Trong khi đó, ông Deng Zixin - một học giả thuộc Viện hàn lâm Khoa học Trung Quốc - đánh giá việc phát triển một chiến lược xanh và thân thiện với môi trường để sinh tổng hợp Paclitaxel có ý nghĩa rất lớn trong việc điều trị bệnh ung thư.