Nghiên cứu sử dụng CO để kích hoạt thuốc diệt tế bào ung thư

Công trình được công bố trên Nature Communications năm 2026, mở ra hướng nghiên cứu về hóa học tổng hợp ngay bên trong cơ thể sống, trong đó những phân tử liên quan đến bệnh được tận dụng để tạo ra hợp chất điều trị.

Tạo ra thuốc tiêu diệt tế bào ung thư bằng cách sử dụng lượng carbon monoxide dư thừa có chính nó.

Carbon monoxide có thể được tạo ra trong tế bào thông qua hoạt động chuyển hóa heme. Một số tế bào ung thư tạo ra lượng CO cao hơn so với tế bào bình thường, khiến khí này trở thành một dấu hiệu sinh hóa tiềm năng để khai thác.

Thay vì đưa một loại thuốc độc vào tế bào, các nhà khoa học muốn đưa vào một hệ thống xúc tác tương đối ít hoạt động khi chưa gặp điều kiện phù hợp. Khi đi vào môi trường tế bào ung thư có đủ CO, hệ thống sẽ kích hoạt phản ứng tạo ra hợp chất gây độc.

Minh họa ý tưởng tạo hợp chất tiêu diệt ung thư ngay bên trong tế bào nhờ carbon monoxide.

Các nhà nghiên cứu sử dụng một nhóm hợp chất kim loại gọi là palladacycle chứa palladium, có khả năng xúc tác phản ứng với carbon monoxide để tạo thành phân tử hữu cơ phenanthridinone. Một số dẫn xuất của phenanthridinone có độc tính với tế bào và đã được sử dụng trong các thuốc chống ung thư.

Tuy nhiên, việc đưa palladacycle trực tiếp vào tế bào gặp trở ngại lớn. Glutathione, một chất có mặt trong tế bào với vai trò chống oxy hóa, có thể làm bất hoạt trung tâm palladium của chất xúc tác khiến phản ứng tạo thuốc không thể diễn ra hiệu quả.

Để khắc phục vấn đề, nhóm nghiên cứu bao bọc phức chất palladacycle bằng albumin, một protein phổ biến trong máu giúp bảo vệ chất xúc tác, hạn chế sự tiếp xúc trực tiếp với những thành phần có thể làm bất hoạt palladium.

Khi tiếp xúc với CO, palladacycle thúc đẩy phản ứng tạo phenanthridinone, tách khỏi chất mang và di chuyển trong tế bào, đồng thời tạo ra một dẫn xuất phenanthridinone có độc tính mạnh.

Các nhà khoa học thử nghiệm hệ thống trên những dòng tế bào ung thư gan, cổ tử cung, vú và phổi nuôi cấy trong phòng thí nghiệm. Sau 48 giờ, họ phát hiện phenanthridinone trong các dòng tế bào ung thư, nhưng không tìm thấy sản phẩm tương tự trong dòng tế bào không ung thư được dùng làm đối chứng.

Các tế bào ung thư nuôi cấy trong phòng thí nghiệm.

Khi hệ thống được điều chỉnh để tạo ra dẫn xuất có độc tính mạnh hơn, nhóm nghiên cứu quan sát thấy hợp chất chống ung thư hình thành bên trong tế bào ung thư gan nuôi cấy. Những tế bào này sau đó xuất hiện dấu hiệu tổn thương do thuốc gây ra.

Kết quả cho thấy phản ứng hóa học có thể được kích hoạt trong tế bào ung thư, thay vì tạo ra thuốc độc sẵn trong môi trường bên ngoài. Đây là điểm khác biệt quan trọng so với cách đưa trực tiếp một phân tử thuốc có hoạt tính vào cơ thể.

Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy thuốc độc không được tạo ra trong mẫu máu, nơi cũng có carbon monoxide. Nhóm nghiên cứu cho rằng nguyên nhân là phần lớn CO trong máu gắn với hemoglobin, protein vận chuyển oxy trong hồng cầu. Khi ở dạng liên kết này, CO dường như không sẵn sàng tham gia phản ứng xúc tác như lượng CO trong tế bào ung thư.

GS Katsunori Tanaka tại RIKEN, trưởng nhóm nghiên cứu phát triển phương pháp tổng hợp thuốc ngay trong tế bào ung thư.

Tuy nhiên, điều này chưa chứng minh an toàn khi đưa vào cơ thể sống. Trong môi trường sinh học thực tế, hệ thống phải đối mặt với quá trình phân bố thuốc, đào thải, phản ứng miễn dịch và nhiều thành phần hóa học phức tạp khác.

Nhóm nghiên cứu dự định chuyển sang thử nghiệm trên động vật để đánh giá khả năng phân bố, hiệu quả tiêu diệt khối u và độc tính toàn thân.

Video: Cận cảnh tế bào T tấn công tiêu diệt tế bào ung thư qua kính hiển vi.