Các nhà khoa học Stanford tìm ra cách tái tạo sụn khớp, mở ra hy vọng chấm dứt thoái hóa khớp

Các nhà khoa học tại Đại học Stanford (Mỹ) vừa công bố một phát hiện đáng chú ý: bằng cách ức chế một loại protein gia tăng theo tuổi tác, họ có thể tái tạo sụn khớp gối bị bào mòn ở chuột già và ngăn ngừa thoái hóa khớp sau chấn thương. Đáng kinh ngạc hơn, mô sụn lấy từ bệnh nhân thay khớp gối cũng bắt đầu sản sinh sụn mới khi tiếp xúc với chất ức chế tương tự.

Phát hiện này được công bố trên tạp chí Science, mở ra triển vọng về một loại thuốc uống hoặc mũi tiêm có thể tái tạo sụn và giảm nhu cầu phẫu thuật thay khớp gối hay khớp háng — một trong những ca phẫu thuật phổ biến và tốn kém nhất hiện nay.

Thoái hóa khớp – căn bệnh âm thầm của tuổi tác

Thoái hóa khớp (osteoarthritis) là bệnh thoái hóa khớp trong đó sụn dần bị phá hủy, khiến khớp đau, sưng và ngày càng khó cử động. Tại Mỹ, căn bệnh này ảnh hưởng đến khoảng 1/5 người trưởng thành và tiêu tốn khoảng 65 tỷ USD chi phí y tế trực tiếp mỗi năm.

Các phương pháp điều trị hiện nay chủ yếu tập trung vào kiểm soát cơn đau và triệu chứng. Khi bệnh trở nặng, phẫu thuật thay khớp có thể là lựa chọn duy nhất còn lại. Cho đến nay, chưa có loại thuốc nào có thể làm chậm hoặc đảo ngược thoái hóa khớp một cách đáng tin cậy.

Điểm mấu chốt là sụn khớp (còn gọi là sụn trong suốt/articular cartilage) vốn có rất ít khả năng tự phục hồi. Các nhà nghiên cứu từng tìm thấy tế bào gốc có thể tạo sụn trong xương, nhưng nỗ lực tìm kiếm quần thể tế bào tương tự bên trong chính sụn khớp đều không thành công.

Mục tiêu: protein 15-PGDH

Nghiên cứu do Stanford Medicine dẫn đầu tập trung vào một loại protein có tên 15-PGDH. Nhóm nghiên cứu gọi đây là một "gerozyme" — thuật ngữ chỉ các enzyme trở nên dồi dào hơn theo tuổi tác và góp phần làm mất dần chức năng mô.

Các công trình trước đây của chính nhóm này đã chỉ ra rằng 15-PGDH hoạt động như một chất điều hòa quan trọng của quá trình lão hóa ở nhiều mô. Ức chế protein này bằng một phân tử nhỏ giúp tăng khối lượng và sức bền cơ ở chuột già. Ngược lại, tăng 15-PGDH ở động vật non khiến cơ của chúng teo và yếu đi.

Điều bất ngờ là sụn lại hoạt động theo cách khác biệt. Thay vì dựa vào tế bào gốc, các tế bào sụn hiện có — gọi là chondrocyte — thay đổi kiểu hoạt động gen và chuyển sang trạng thái trẻ trung hơn.

"Đây là một cách mới để tái tạo mô trưởng thành, và nó có tiềm năng lâm sàng đáng kể trong điều trị thoái hóa khớp do lão hóa hoặc chấn thương", giáo sư Helen Blau, đồng tác giả cấp cao của nghiên cứu, cho biết. "Chúng tôi tìm kiếm tế bào gốc, nhưng rõ ràng chúng không tham gia vào quá trình này. Điều đó rất thú vị."

Sụn khớp bị tổn thương do thoái hóa và lão hóa

"Tái tạo ngoạn mục" trên chuột già

Các nhà nghiên cứu so sánh nồng độ 15-PGDH trong sụn khớp gối của chuột non và chuột già, và phát hiện lượng enzyme này tăng gần gấp đôi theo tuổi tác.

Họ sau đó cho những con vật già dùng một loại thuốc phân tử nhỏ ức chế 15-PGDH, theo hai cách: tiêm vào ổ bụng để tác động toàn cơ thể, hoặc tiêm trực tiếp vào khớp gối. Cả hai cách đều cho kết quả đáng kinh ngạc: sụn ở khớp gối của chuột già vốn mỏng hơn và kém chức năng hơn trở nên dày hơn trên khắp bề mặt khớp.

Điều quan trọng là các tế bào tạo ra sụn trong suốt — loại sụn khớp trơn nhẵn cần thiết cho chuyển động khớp khỏe mạnh — chứ không phải sụn sợi kém phù hợp hơn.

"Sụn tái tạo đến mức độ như vậy ở chuột già khiến chúng tôi bất ngờ", bà Bhutani, đồng tác giả cấp cao, nhận xét. "Hiệu quả thật đáng kinh ngạc."

Bảo vệ đầu gối sau chấn thương dây chằng

Nhóm nghiên cứu cũng thử nghiệm liệu phương pháp điều trị có thể giúp ích sau chấn thương khớp gối hay không. Đứt dây chằng chéo trước (ACL) đặc biệt phổ biến trong các môn thể thao như bóng đá, bóng rổ và trượt tuyết. Khoảng 50% người gặp chấn thương này sẽ phát triển thoái hóa khớp ở khớp bị ảnh hưởng trong vòng khoảng 15 năm.

Trong thí nghiệm trên chuột, chất ức chế được dùng hai lần mỗi tuần trong bốn tuần sau chấn thương. Phương pháp điều trị giúp giảm mạnh khả năng phát triển thoái hóa khớp. Những con chuột được dùng thuốc đối chứng có nồng độ 15-PGDH gấp đôi bình thường và phát triển thoái hóa khớp trong vòng bốn tuần. Những con được điều trị cũng di chuyển bình thường hơn và dồn nhiều trọng lượng hơn lên chân bị thương.

Tế bào sụn già "trẻ hóa" trở lại

Để hiểu điều gì xảy ra bên trong khớp, nhóm nghiên cứu phân tích kỹ hơn các tế bào chondrocyte. Tế bào sụn già có hoạt động gen liên quan đến viêm và quá trình chuyển sụn trong suốt thành xương nhiều hơn, đồng thời các gen liên quan đến phát triển sụn bình thường hoạt động kém hơn. Điều trị đã đảo ngược sự cân bằng này:

• Quần thể tế bào già sản xuất 15-PGDH và biểu hiện gen thoái hóa sụn giảm từ 8% xuống 3%
• Quần thể tế bào không sản xuất 15-PGDH nhưng liên quan đến tạo sụn sợi giảm từ 16% xuống 8%
• Quần thể tế bào liên quan đến tạo sụn trong suốt và duy trì chất nền ngoại bào tăng từ 22% lên 42%

Chất nền ngoại bào là mạng lưới protein và phân tử bao quanh tế bào, giúp mô chịu được áp lực trong khi duy trì bề mặt trơn nhẵn mà khớp cần để chuyển động. Nhìn chung, phương pháp điều trị dường như đưa sụn trở về trạng thái sinh học trẻ hơn mà không cần huy động tế bào gốc.

Mô sụn người cũng phản ứng tích cực

Các nhà nghiên cứu sau đó kiểm tra sụn lấy từ những người bị thoái hóa khớp đang phẫu thuật thay khớp gối toàn phần. Sau một tuần điều trị bằng chất ức chế 15-PGDH, mô người có ít tế bào chondrocyte biểu hiện 15-PGDH hơn và hoạt động của các gen liên quan đến thoái hóa sụn cũng giảm. Đáng chú ý nhất, các mẫu bắt đầu tái tạo sụn khớp.

"Cơ chế này khá ấn tượng và thực sự thay đổi quan điểm của chúng tôi về cách mô có thể tái tạo", bà Bhutani nói. "Rõ ràng có một lượng lớn tế bào đã tồn tại trong sụn đang thay đổi kiểu biểu hiện gen của chúng."

Triển vọng và những bước tiếp theo

Cần lưu ý rằng các kết quả này chưa chứng minh phương pháp điều trị có thể tái tạo sụn hay ngăn ngừa thoái hóa khớp ở người. Kết quả trên chuột và thí nghiệm trên mô người là bằng chứng ban đầu quan trọng, nhưng vẫn cần các thử nghiệm lâm sàng để xác định liệu phương pháp này có an toàn và hiệu quả với bệnh nhân hay không.

Điểm đáng khích lệ là một chất ức chế 15-PGDH dạng uống đã bước vào giai đoạn thử nghiệm lâm sàng cho một vấn đề lão hóa khác: yếu cơ.

"Thử nghiệm lâm sàng giai đoạn 1 của chất ức chế 15-PGDH cho chứng yếu cơ đã cho thấy nó an toàn và có hoạt tính trên người tình nguyện khỏe mạnh", giáo sư Blau cho biết. "Hy vọng của chúng tôi là một thử nghiệm tương tự sẽ sớm được triển khai để kiểm tra tác dụng của nó đối với tái tạo sụn. Hãy tưởng tượng việc tái tạo sụn hiện có và tránh phải thay khớp."

Nghiên cứu được tài trợ bởi Viện Y tế Quốc gia Mỹ (NIH) cùng nhiều quỹ khác. Một số tác giả là nhà phát minh trên các đơn xin cấp bằng sáng chế của Đại học Stanford liên quan đến việc ức chế 15-PGDH cho tái tạo sụn và mô — các đơn này đã được cấp phép cho công ty Epirium Bio.

Đối với hàng triệu người Việt Nam đang sống chung với cơn đau khớp do thoái hóa — một tình trạng ngày càng phổ biến khi dân số già hóa — đây là một tín hiệu đáng hy vọng. Tuy nhiên, giới chuyên môn khuyến cáo người bệnh vẫn nên duy trì cân nặng hợp lý, tập luyện phù hợp và tham khảo bác sĩ chuyên khoa cơ xương khớp thay vì chờ đợi các liệu pháp còn đang trong giai đoạn nghiên cứu.