I. Những cụng nghệ đang nổ
3.1. Y học hệ gen (Genomic Medicine)
Hệ gen học là bộ mụn chuyờn nghiờn cứu chức năng và mối tương tỏc của tất cả cỏc gen trong cơ thể. Y học hệ gen cú nhiệm vụ nhận dạng cỏc gen tham gia làm phỏt sinh bệnh tật và vạch ra chiến lược chữa trị dựa vào tri thức này. Đõy là bộ mụn mới ở giai đoạn phỏt triển ban đầu. Khi việc lập Bản đồ hệ gen người được hoàn thành vào năm 2000, nhiều chuyờn gia đó nhanh chúng dự đoỏn rằng sẽ cú sự phỏt triển rất nhiều ứng dụng y học dựa vào gen. Điều này cho đến nay vẫn chưa được thực hiện, vỡ bản đồ hệ gen người chỉ thuần tuý cung cấp một bản đồ của cỏc bộ phận (“Map of Parts”). Vẫn cũn phải thu thập nhiều dữ liệu hơn nữa, cả ở cấp tế bào lẫn cấp quần thể. Và điều quan trọng là vẫn phải diễn giải nhiều dữ liệu hơn nữa mới mong bước đầu hiểu được những mấu chốt phức tạp về gen và mụi trường của sự phỏt triển bệnh tật.
Những dự ỏn xõy dựng ngõn hàng gen quốc gia quy mụ lớn, chẳng hạn như Biobank của Anh, hay deCode Genetics của Aixơlen sẽ đúng vai trũ quan trọng để giỳp hiểu được sự phỏt sinh và tiến triển của bệnh tật, cũng như sự phản ứng của từng người đối với bệnh tật và dược phẩm được dựng để chữa trị chỳng. Dự ỏn deCode là một trong những cụng trỡnh khảo sỏt gen của quần thể ở mức tiờn tiến nhất. Khoảng 110.000 người Aixơlen, trong đú trờn một nửa là người trưởng thành, đó cung cấp cỏc mẫu ADN cho dự ỏn. Hiện cụng ty chủ dự ỏn đang bước đầu tiến hành thử nghiệm tiền lõm sàng đối với bệnh tim. Tuy nhiờn, một điều được tin chắc rằng những sỏng kiến quốc gia như Biobank cần phải cú khoảng 10 năm thu thập dữ liệu thỡ mới cú thể rỳt ra những kết quả cú ý nghĩa.
Một sỏng kiến then chốt nữa là Dự ỏn HapMap, nhằm tạo ra một biờn mục của cỏc biến thể gen chung xảy ra ở con người. Nú sẽ mụ tả những biến thể này là gỡ, chỳng xảy ra ở đõu trong ADN và cỏch thức phõn bố của chỳng như thế nào giữa những con người ở trong quần thể và giữa cỏc quần thể ở những nơi khỏc nhau trờn thế giới. Dự ỏn này được thiết kế để cung cấp thụng tin cho cỏc nhà nghiờn cứu sử dụng nhằm liờn kết lại những phương phỏp phũng ngừa, chẩn đoỏn và chữa trị mới.
Mặc dự nhiệm vụ đặt ra phức tạp và cần phải thu thập và phõn tớch những dữ liệu khổng lồ, nhưng y học hệ gen hứa hẹn sẽ làm thay đổi ngành y tế và quỏ trỡnh phỏt triển dược phẩm- tuy khụng nhanh như trước đõy mọi người vẫn tưởng.
Những cụng nghệ đang nổi lờn tạo động lực cho sự phỏt triển của y học hệ gen gồm:
Cỏc cụng cụ chẩn đoỏn;
Cỏc dược phẩm thớch hợp với từng người;
3.1.1. Cụng cụ chẩn đoỏn
Cỏc cụng cụ chẩn đoỏn nhanh tạo ra “làn súng” quan trọng thứ nhất của cỏc ứng dụng lõm sàng trong y học hệ gen. Cú thể thấy trước một tương lai, khi năng lực xột nghiệm gen sẽ đạt tới trỡnh độ đo được chớnh xỏc hàng chục, hàng trăm, hàng ngàn, thậm chớ hàng chục ngàn mARN (ARN Messenger-ARN thụng tin), protein hoặc cỏc thành phần phõn tử nhỏ của mỏu. Những thành phần (hoặc cỏc phần tử đỏnh dấu- “marker”) này khỏc nhau đối với từng loại bệnh, cũng như từng giai đoạn trong quỏ trỡnh phỏt sinh bệnh. Dự đoỏn rằng một khi cú thể nhận dạng chớnh xỏc từng phõn tử đỏnh dấu thỡ sẽ cú khả năng ỏp dụng được đỳng phương phỏp điều trị vào giai đoạn thớch hợp nhất của căn bệnh.
Phần lớn cỏc phộp xột nghiệm gen hiện nay được dựng để phỏt hiện những trục trặc di truyền hoặc những trục trặc cỏ lẻ do khuyết tật của một gen hoặc nhiễm sắc thể (vớ dụ như cỏc bệnh Huntington và chứng ưa chảy mỏu). Tuy nhiờn, Dự ỏn Hệ gen Người giỳp nhận dạng dễ dàng hơn một loạt cỏc gen tham gia vào những bệnh phức tạp hơn như ung thư, bệnh tim và tiểu đường. Phộp xột nghiệm gen cú thể giỳp hiểu biết dần về cỏc hiện tượng di truyền phức tạp, ngoài ra cũng giỳp ta hiểu được vỡ sao cú một số người lại dễ bị mắc những căn bệnh nhất định, trờn cơ sở đú cú thể phỏt triển được cỏc cụng cụ xột nghiệm thớch hợp.
Khi bản chất gen của những căn bệnh phức tạp hơn được khỏm phỏ, và nếu như cỏc dụng cụ chẩn đoỏn và xột nghiệm gen trở nờn rẻ hơn và được kết hợp nhiều hơn vào cụng tỏc y tế thỡ phộp xột nghiệm gen sẽ trở thành một cụng cụ đắc lực và phổ biến. Cụng trỡnh Dự bỏo Cụng nghệ lần thứ 7 do Viện Chớnh sỏch KH&CN Quốc gia Nhật Bản thực hiện nờu rằng tới năm 2012 sẽ cú khả năng “xỏc định được toàn bộ cỏc chuỗi cơ bản của từng người, kể cả cấu trỳc gen, một cỏch nhanh chúng và rẻ, giỳp sử dụng rộng rói những phương phỏp như vậy để chẩn đoỏn và chữa trị thớch hợp cho từng cỏ nhõn”.
Cụng cụ xột nghiệm/chẩn đoỏn
Cỏc cụng nghệ tạo điều kiện xột nghiệm ADN nhanh bao gồm cỏc chip, cú khả năng đo được mức biểu hiện của hàng vạn gen trong một lần thử. Một số dụng cụ chẩn đoỏn dựa vào chip đầu tiờn đó được bỏn trờn thị trường. Tuy nhiờn, cụng nghệ hiện cú vẫn cũn đắt và những nhõn viờn cú nhiệm vụ diễn giải kết quả cần phải được đào tạo về sinh học phõn tử. Cụng nghệ này chỉ trở thành chớnh thống khi nào giỏ thành xột nghiệm giảm xuống và cú đủ số lượng cỏc nhõn viờn hoặc ứng dụng phần mềm để diễn giải dữ liệu.
Chip ADN khụng phải là cụng nghệ duy nhất cú tỏc động tới cụng tỏc chẩn đoỏn. Sự kết hợp của CNSH và CNNN cú triển vọng sẽ tạo ra những dụng cụ chẩn đoỏn mạnh. Chỳng sẽ tạo ra khả năng quan sỏt được cỏc mối tương tỏc phức tạp của cỏc phõn tử ở mức độ đặc thự hơn nhiều. Tớnh đặc thự này là cần thiết, vỡ cụng nghệ hiện nay khụng đủ nhạy để vạch ra cỏch thức mà cỏc tế bào thực hiện chức năng của mỡnh như thế nào, cũng như hoạt động của cỏc hệ thống sinh học ở cấp từng phõn tử.
Một số cỏc ứng dụng đầu tiờn của CNSH nano cú thể sẽ ở lĩnh vực chẩn đoỏn phõn tử. Cỏc nhà nghiờn cứu tin chắc rằng sau chip ADN sẽ là thế hệ của chip protein, hoạt động ở cấp nano. Cỏc chip này sẽ cú khả năng xột nghiệm nhiều protein hoặc cỏc phõn tử gắn với protein hoặc ADN khỏc ở 1 lần thử duy nhất. Năng lực này cú tầm quan trọng để xột nghiệm hiệu quả cỏc bệnh phức tạp liờn quan đến nhiều gen và đỏnh giỏ được giai đoạn phỏt triển của bệnh.
Những kỹ thuật cú tờn gọi là “Vạch mụ thức protein” (Protein Pattern Profiling) đang bắt đầu được ỏp dụng để nhận dạng sự tiến triển của một số bệnh ung thư. Dựa vào thuật toỏn của bộ mụn Trớ tuệ nhõn tạo, cỏc nhà khoa học Mỹ bước đầu nhận dạng được một số mụ thức ung thư nhờ xột nghiệm mỏu. Một xột nghiệm đối với bệnh ung thư buồng trứng hiện đang được đỏnh giỏ đối với cỏc phụ nữ để làm giảm căn bệnh này.
Cụng nghệ cảm biến, chẳng hạn như cảm biến dựa vào dõy nano- một ứng dụng đang nổi- xem ra nhạy cảm hơn 1000 lần so với xột nghiệm ADN và cho kết quả sau vài phỳt, chứ khụng cần đến vài ngày hoặc vài tuần, cú thể sẽ mở đường cho những xột nghiệm nhanh hơn và chớnh xỏc hơn. Những cảm biến cực nhạy này là một vớ dụ về khả năng đo trực tiếp dũng điện của ADN bằng CNNN.
Cỏc cụng nghệ hiển thị hỡnh ảnh gần đõy cũng đặc biệt hứa hẹn. Vớ dụ, thiết bị chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI) giỳp ta quan sỏt được cỏc mụ, cỏc bộ phận và chức năng của chỳng. Cỏc chuyờn gia tin rằng trong vũng 5 năm tới sẽ cú được thiết bị chụp ảnh phõn tử để quan sỏt được sự biểu hiện gen ở người (cụng nghệ này hiện đó được dựng cho động vật). Điều này khụng chỉ đem lại khả năng cho chẩn đoỏn mà cũn cho phộp quan sỏt, đỏnh giỏ ở thời gian thực những tỏc dụng của nhiều loại dược phẩm và liệu phỏp gen.
Những hạt nano, đặc biệt là điểm lượng tử (Quantum Dot) sẽ đúng vai trũ quan trọng trong lĩnh vực đang nổi là phỏt triển phần tử đỏnh dấu sinh học (Biomarker). Điểm lượng tử là những cấu trỳc tinh thể cú tớnh chất phỏt quang khi chịu tỏc dụng của tia laser. Chỳng cú thể được dựng làm cỏc phần tử đỏnh dấu hiệu quả của bệnh tật. Khụng như những thuốc nhuộm hữu cơ thường được dựng làm tỏc nhõn phỏt quang cú cường độ ỏnh sỏng suy giảm sau vài phỳt, điểm lượng tử phỏt sỏng được trong vài tuần hoặc lõu hơn, cho phộp cỏc nhà nghiờn cứu quan sỏt được chức năng tế bào. Chỳng cho phộp sử dụng đồng thời nhiều màu sắc. Rừ ràng, điều này đem lại khả năng quan sỏt mối tương tỏc của nhiều phõn tử. Một số chuyờn gia tin rằng điểm lượng tử sẽ được sử dụng phổ biến trong cỏc dụng cụ chẩn đoỏn vào năm 2009.
Tuy nhiờn, giống như cỏc hạt nano khỏc, điểm lượng tử cú thể đem lại rủi ro cho sức khoẻ con người. Vớ dụ, điểm lượng tử cú thành phần kim loại như selenium, chỡ và cađimi, cú thể độc hại nếu giải phúng ra trong cơ thể. Để khắc phục, cỏc nhà khoa học đó bổ sung thờm cỏc chất phủ để đảm bảo cho độ an toàn và độ ổn định. Tuy nhiờn, để cụng nghệ này cú thể ỏp dụng cho cơ thể người, cỏc nhà nghiờn cứu sẽ phải phỏt triển cỏc chất phủ vừa đỏp ứng được tớnh an toàn, vừa duy trỡ được hiệu quả hoạt động của điểm lượng tử.
3.1.2. Gen dược học (Pharmacogenetics)
ễng Phú Chủ tịch Cụng ty Dược phẩm khổng lồ, Glaxo SmithKline, vừa qua đó đưa ra lời nhận định rằng 90% số dược phẩm hiện nay chỉ đạt hiệu quả 30-50% ở bệnh nhõn. Sở dĩ như vậy vỡ cơ thể con người cú những phản ứng khỏc nhau đối với cựng một loại dược phẩm, chớnh vỡ thế mà Gen dược học-một bộ mụn chuyờn nghiờn cứu về ảnh hưởng của sự khỏc biệt gen đối với phản ứng của từng cỏ nhõn lờn dược phẩm- cú vai trũ quan trọng. Một số phản ứng này là do những khỏc biệt ở cỏch bố trớ gen. Những người cú cỏch bố trớ gen đặc biệt cú thể khiến cho một số loại thuốc mất cụng hiệu, hoặc cần ỏp dụng liều lượng cao hơn hoặc thấp hơn mới cú hiệu quả. Điều này là do cơ thể của họ phõn giải cỏc chất nhanh hơn hoặc chậm hơn. Cú một số lượng lớn
nhưng xỏc định cỏc hệ thống mà cơ thể cú thể sử dụng để xử lý thuốc, và khi hiểu biết của chỳng ta về chỳng được tăng cường lờn thỡ việc xột nghiệm gen cú khả năng giỳp xỏc định lại loại dược phẩm cần bào chế và liều lượng của chỳng.
ứng dụng thương mại đầu tiờn của Gen dược học được tung ra thị trường vào 2003, đú là chip ADN dựng để xột nghiệm 2 enzym then chốt chịu trỏch nhiệm đối với quỏ trỡnh trao đổi chất của thuốc. Những enzym này được tỡm thấy trong gan, tham gia vào quỏ trỡnh trao đổi chất của gần 40% của tất cả cỏc loại thuốc hiện đang được bào chế. Khoảng 7% số dõn Capca và 2% số dõn khụng phải là người Capca cú biến thể gen làm giảm hoạt động của một trong hai loại enzym này.
ứng dụng của Gen dược học cũng cú thể đúng vai trũ quan trọng trong quỏ trỡnh phỏt triển dược phẩm, đặc biệt là thử nghiệm lõm sàng. Việc cú được khả năng sàng lọc chớnh xỏc những cỏ nhõn để thử nghiệm trước cũng cú thể cú tỏc động lớn tới cỏch thức thiết kế và quản lý thử nghiệm để giảm bớt phớ tổn. Cũng cú thể tăng độ linh hoạt trong quỏ trỡnh này: một thử nghiệm đó bị bói bỏ trước đú vẫn cú thể được tiếp tục nếu loại trừ những bệnh nhõn cú rủi ro.
Một khảo sỏt gần đõy của conxoocxiom SNP cho thấy rằng phần lớn cỏc cụng ty dược phẩm tin rằng tới năm 2007, ớt nhất 50% cỏc thử nghiệm lõm sàng sẽ bao hàm việc thu nhận cỏc dữ liệu gen của những người tham gia.
3.1.3. Cỏc liệu phỏp
Người ta đặt nhiều hy vọng rằng việc lập chuỗi hệ gen người sẽ tạo ra cuộc cỏch mạng cho quỏ trỡnh phỏt minh dược phẩm. Nhưng trờn thực tế, hệ gen vẫn chỉ là một “danh mục cỏc bộ phận” khụng hơn khụng kộm của cỏc gen, mà sự liờn hệ của chỳng với bệnh tật vẫn cũn chưa được biết. Một khối lượng lớn thụng tin đó được tạo ra ở dạng ký sinh, vỡ cỏc nhà nghiờn cứu vẫn chưa biết được chớnh xỏc những bộ phận nào cú liờn quan đến những căn bệnh nào. Nếu thiếu kiến thức thỡ khụng thể phỏt triển được những liệu phỏp gen thớch hợp. Bởi vậy, những dự bỏo lạc quan trước đõy hiện đó lắng xuống do hiểu biết được nhiều hơn về tớnh phức tạp của nhiệm vụ đặt ra,
Mặc dự tràn ngập dữ liệu, nhưng chỳng ta đang trong xu hướng tiến tới rời bỏ mụ hỡnh phỏt triển dược phẩm ở dạng những “quả bom tấn” hoỏ chất để chuyển sang sản xuất cỏc dược phẩm sinh học thớch hợp với từng cỏ nhõn. Gần 16% cỏc dược phẩm mới được bào chế từ 1997 là dựa vào CNSH. Theo dự bỏo của một số nhà quan sỏt, tới năm 2015, tỷ lệ trờn sẽ tăng lờn 40%. Dự bỏo này là cú cơ sở, bởi lẽ trờn 30% số dược phẩm được phỏt triển hiện nay là sản phẩm sinh học.
Chỉ cú một số ớt dược phẩm trị liệu gen nhằm vào những mục tiờu cụ thể được đưa ra thị trường. Hai dược phẩm được biết đến nhiều nhất là Herceptin chữa ung thư vỳ và Glecvec chữa bệnh bạch cầu. Những dược phẩm này chỉ phục vụ cho một số người cú gen đặc thự. Vớ dụ, Herceptin là một khỏng thể đơn dũng, nhằm vào những tế bào ung thư nào biểu thị quỏ mức loại protein cú tờn là HER-2. Chỉ cú khoảng 25-30% số người bị ung thư vỳ là cú loại gen này và loại thuốc được bào chế tỏ ra là cú nhạy cảm. Tuy nhiờn, trong một phỏt triển gần đõy, cỏc nhà nghiờn cứu đó phỏt hiện ra rằng ngay cả những liệu phỏp thành cụng như Glecvec, cú khoảng 15-20% bệnh nhõn sử dụng loại dược phẩm này sau 3 năm trở nờn nhờn thuốc. Sở dĩ như vậy vỡ loại enzym mà dược phẩm trờn tỏc dụng vào trở nờn khỏng thuốc.
Kinh nghiệm dựa vào cỏc dược phẩm đó đưa ra thị trường cho thấy rằng liệu phỏp hệ gen phần lớn đều chỉ nhằm vào một bộ phận bệnh nhõn. Việc đưa dược phẩm ra thị
trường rất tốn kộm và tốn nhiều thời gian. Do vậy, nếu dược phẩm chỉ phục vụ cho một bộ phận nhỏ trong số cỏc bệnh nhõn mắc bệnh thỡ cỏc cụng ty dược phẩm khụng thu được nhiều lợi nhuận. Một hy vọng là nếu cú thể nhận dạng chớnh xỏc những nhúm người cú gen mục tiờu ngay ở giai đoạn thử nghiệm lõm sàng thỡ sẽ giỳp việc thử nghiệm được nhanh hơn và đỡ tốn phớ hơn.
3.1.4. Liệu phỏp dựa vào gen
Liệu phỏp dựa vào gen hay gọi tắt là liệu phỏp gen gen là “một kỹ thuật điều trị, trong đú một gen thực hiện chức năng được nạp vào tế bào mục tiờu để sửa chữa sai sút bẩm sinh hoặc cung cấp chức năng mới cho tế bào”. Nếu nạp thành cụng, cỏc tế bào sẽ sản xuất được protein trị liệu để thay thế hoặc bổ sung cho gen bị hư hỏng hoặc xử lý những ảnh hưởng của cỏc bệnh bị mắc như ung thư. Những ứng dụng liệu phỏp gen hứa hẹn sẽ giỳp cơ thể sản xuất được những phõn tử trị liệu một cỏch lõu bền.
Thoạt đầu, người ta cho rằng những trục trặc gen di truyền là những mục tiờu hiển