Trung Quốc phát triển lợi khuẩn "thông minh" hỗ trợ kiểm soát bệnh tiểu đường

Nghiên cứu do nhóm chuyên gia thuộc Trường Khoa học Sự sống, Đại học Sư phạm Hoa Đông ở Thượng Hải thực hiện và được công bố trên tạp chí khoa học Nature ngày 12/8.

Sử dụng công nghệ sinh học tổng hợp, nhóm nghiên cứu đã phát triển một loại lợi khuẩn có tên GIFT - viết tắt của "lợi khuẩn cảm biến glucose và phản ứng chức năng". Hệ thống được thiết kế để hoạt động theo cơ chế "cảm biến và phản ứng", tức nhận biết sự thay đổi của đường huyết và chỉ kích hoạt cơ chế điều trị khi cần thiết. Nền tảng của GIFT là Escherichia coli Nissle 1917, một chủng lợi khuẩn đã có lịch sử sử dụng lâu dài ở người. Các nhà khoa học đưa vào vi khuẩn này một hệ thống gồm bộ phận nhận biết glucose và gene mã hóa GLP-1 - hormone có vai trò thúc đẩy cơ thể tiết insulin và điều hòa đường huyết.

Thành phần đóng vai trò "cảm biến" là protein HexR có nguồn gốc từ vi khuẩn Pseudomonas putida. Khi nồng độ glucose ở mức bình thường, hệ thống duy trì trạng thái không hoạt động. Khi glucose tăng, cơ chế cảm biến được kích hoạt, bật gene chịu trách nhiệm sản xuất GLP-1. Lợi khuẩn khi đó giải phóng hormone để thúc đẩy tiết insulin và hỗ trợ đưa đường huyết trở lại mức kiểm soát.

Theo Giáo sư Ye Haifeng, tác giả liên hệ của nghiên cứu, mục tiêu là tạo ra một hệ thống có khả năng thích ứng với biến động glucose trong cơ thể, tương tự cơ chế điều hòa đường huyết tự nhiên. Khác với việc sử dụng thuốc theo liều lượng và thời điểm định sẵn, GIFT hướng tới khả năng cung cấp hoạt chất theo nhu cầu thực tế. Sau khi được đưa vào cơ thể qua đường uống, lợi khuẩn có thể tạm thời tồn tại trong đường ruột, theo dõi tín hiệu liên quan đến glucose và tự điều chỉnh quá trình sản xuất hormone.

Nhóm nghiên cứu mô tả phương pháp này như một dạng "cơ quan ảo thông minh", với mục tiêu chuyển việc quản lý đường huyết từ mô hình sử dụng thuốc thụ động sang cơ chế điều hòa tự động. Tuy nhiên, công nghệ hiện vẫn đang ở giai đoạn nghiên cứu tiền lâm sàng và chưa được chứng minh hiệu quả trên người.

Các nhà khoa học đã thử nghiệm GIFT trên nhiều mô hình chuột mắc bệnh tiểu đường và động vật linh trưởng không phải người. Ở mô hình chuột mắc tiểu đường type 2, nồng độ GLP-1 trong huyết thanh đạt đỉnh khoảng 2-4 giờ sau một liều GIFT duy nhất, đồng thời lượng đường trong máu giảm đáng kể. Sau 30 ngày liên tục sử dụng lợi khuẩn mỗi ngày, đường huyết lúc đói, khả năng dung nạp glucose và độ nhạy insulin của động vật đều được cải thiện rõ rệt. Chỉ số hemoglobin glycated (HbA1c) - một chỉ dấu quan trọng phản ánh mức đường huyết trung bình trong thời gian dài - cũng giảm đáng kể. Đáng chú ý, việc sử dụng GIFT dài ngày còn giúp cải thiện một số biểu hiện liên quan đến biến chứng của bệnh tiểu đường ở chuột, trong đó có tình trạng gan nhiễm mỡ, tổn thương thận và viêm đại tràng.

Kết quả trên động vật linh trưởng cũng cho thấy những tín hiệu đáng chú ý. Sau một liều GIFT đường uống, nồng độ GLP-1 trong huyết thanh và insulin trong huyết tương tăng nhanh, trong khi tác dụng hạ đường huyết kéo dài tới 3 ngày. Trong toàn bộ thời gian theo dõi 5 tuần, đường huyết của các động vật thí nghiệm được duy trì tương đối ổn định và có thể kiểm soát.

Để đánh giá thêm tiềm năng của phương pháp, nhóm nghiên cứu so sánh trực tiếp tác dụng kiểm soát đường huyết của GIFT với Ozempic - thuốc chứa hoạt chất semaglutide thuộc nhóm đồng vận thụ thể GLP-1. Theo kết quả được công bố, tác dụng hạ đường huyết của lợi khuẩn thử nghiệm ở các mô hình động vật có thể so sánh với thuốc này. Tuy nhiên, kết quả trên động vật không đồng nghĩa GIFT sẽ đạt hiệu quả tương tự ở người. Công nghệ vẫn cần trải qua các bước đánh giá nghiêm ngặt về độ an toàn, liều lượng, khả năng kiểm soát hoạt động của vi khuẩn và hiệu quả điều trị trong các thử nghiệm lâm sàng.

Trước đây, nhóm nghiên cứu từng phát triển tế bào động vật có vú biến đổi gene và cấy vào chuột mắc tiểu đường, sau đó sử dụng ánh sáng xanh để kích hoạt quá trình biểu hiện GLP-1. Kết quả được công bố trên tạp chí Science năm 2011. Tuy nhiên, hệ thống này phụ thuộc vào tín hiệu kích hoạt từ bên ngoài. Với GIFT, các nhà khoa học tìm cách loại bỏ hạn chế đó bằng cách để chính những biến động glucose trong cơ thể đóng vai trò tín hiệu kích hoạt. So với các liệu pháp sử dụng tế bào động vật có vú biến đổi, lợi khuẩn đường uống cũng có tiềm năng tránh những vấn đề phức tạp và nguy cơ liên quan đến phản ứng miễn dịch khi cấy ghép tế bào.

Theo nhóm nghiên cứu, một ưu điểm khác của GIFT nằm ở cấu trúc có tính mô-đun. Bộ phận cảm biến glucose và bộ phận tạo ra tác nhân điều trị hoạt động tương đối độc lập, do đó về nguyên tắc có thể thay thế từng thành phần để nhận biết các tín hiệu sinh học khác hoặc tạo ra những hoạt chất điều trị khác. Giáo sư Ye Haifeng cho rằng đặc điểm này có thể biến GIFT thành nền tảng để phát triển thế hệ "thuốc sống thông minh" có khả năng lập trình, không chỉ dành cho bệnh tiểu đường mà còn có tiềm năng mở rộng sang các bệnh chuyển hóa như béo phì và gan nhiễm mỡ.

Bệnh tiểu đường hiện là một trong những bệnh chuyển hóa mạn tính phổ biến nhất trên thế giới. Theo số liệu được dẫn trong nghiên cứu, hơn 530 triệu người trưởng thành trên toàn cầu mắc bệnh và con số này có thể vượt 850 triệu người vào năm 2050. Nhiều bệnh nhân phải sử dụng thuốc uống hoặc tiêm insulin trong thời gian dài để kiểm soát đường huyết.

Nhóm nghiên cứu đã nộp đơn đăng ký bằng sáng chế cho GIFT và đang tiếp tục nâng cao mức độ an toàn, đồng thời tối ưu hóa quy trình sản xuất nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn Thực hành tốt sản xuất thuốc (GMP) phục vụ định hướng tiếp cận thị trường Mỹ và châu Âu.

Theo Giáo sư Ye Haifeng, nếu quá trình phát triển diễn ra thuận lợi, sản phẩm lợi khuẩn này có thể hướng tới thị trường Mỹ dưới dạng thực phẩm bổ sung sức khỏe trong khoảng 2 năm tới. Tuy nhiên, đây mới là mục tiêu của nhóm phát triển, không đồng nghĩa sản phẩm đã được cơ quan quản lý phê duyệt để điều trị bệnh tiểu đường.