Nhà khoa học này đang giúp xây dựng bản đồ còn thiếu về thời thơ ấu

Việc bỏ quên trẻ em trong nghiên cứu y sinh đang khiến chúng ta bỏ lỡ "cửa sổ can thiệp" quan trọng nhất đối với bệnh tật ở người. Deanne Taylor, một nhà tin sinh học, đang thúc đẩy dự án lớn nhất từ trước đến nay để lấp đầy khoảng trống đó.

Năm 2017, Deanne Taylor tham dự một buổi thuyết trình tại Đại học Pennsylvania, chỉ cách văn phòng của bà vài bước chân. Một nhà nghiên cứu công bố Dự án Bản đồ Tế bào Người (Human Cell Atlas) – một sáng kiến đầy tham vọng nhằm lập bản đồ mọi tế bào trong cơ thể con người. Taylor choáng ngợp, rồi lo lắng. Khi các chi tiết được hé lộ, bà phát hiện ra rằng các nhà nghiên cứu chỉ có kế hoạch nghiên cứu người trưởng thành.

"Đó là lúc chiếc chuông cảnh báo nhỏ của tôi reo lên. Lại nữa rồi", Taylor nói.

Trẻ em không phải là "người lớn thu nhỏ"

Kể từ khi gia nhập Bệnh viện Nhi Philadelphia (CHOP) với vai trò giám đốc tin sinh học ba năm trước đó, Taylor đã thất vọng vì sự thiếu đầu tư vào nghiên cứu y khoa tập trung vào trẻ em. Quan điểm thống trị lúc bấy giờ, theo bà, là trẻ em giống hệt người lớn nhưng nhỏ hơn.

Thực tế không phải vậy. Tế bào của trẻ em khác tế bào người lớn ở cách chúng biểu hiện gen – bật hoặc tắt, tăng hoặc giảm mức độ. Những biến thể này có thể gây ra phản ứng khác biệt hoàn toàn, thậm chí gây tử vong, đối với các loại thuốc mà người lớn dung nạp tốt.

Bài thuyết trình năm 2017 chính là khoảnh khắc Taylor không biết mình đã chờ đợi từ lâu. Bà nhanh chóng biến mối quan tâm thành chiến dịch hành động: tham gia nhóm tình nguyện của Human Cell Atlas, giúp viết phần về trẻ em trong sách trắng nêu mục tiêu và kế hoạch của nhóm, rồi tập hợp liên minh các nhà nghiên cứu nhi khoa liên bệnh viện đóng góp cho dự án. Bà cũng dẫn đầu một bài báo năm 2019 nêu rõ lý do cần nghiên cứu trẻ em – nhằm thu hút sự quan tâm và tài trợ cho lĩnh vực này.

"Nó đã cắm một lá cờ xuống đất. Tại sao chúng ta không có mô hình phát triển khỏe mạnh của trẻ em?"

Bước đột phá với dGTEx

Nỗ lực này đã được đền đáp. Năm 2021, Viện Y tế Quốc gia Hoa Kỳ (NIH) trao khoản tài trợ 38,5 triệu USD cho Dự án Biểu hiện Gen-Mô Phát triển (dGTEx) – một sáng kiến lớn nhằm xây dựng cơ sở dữ liệu toàn diện đầu tiên về mô lành mạnh ở trẻ em. Dự án lưu trữ mẫu từ những trẻ em khỏe mạnh đã qua đời và có cha mẹ đồng ý hiến tặng thi thể, đồng thời lập bản đồ cách gen được biểu hiện trên tất cả các hệ cơ quan chính.

Taylor và nhóm của bà quản lý và chuẩn hóa thông tin liên quan đến từng mô hiến tặng, bao gồm tiền sử gia đình và chi tiết về mẫu vật. Một nhóm riêng phân tích mẫu, sau đó tất cả thông tin được kết hợp tạo thành cơ sở dữ liệu – một đường cơ sở về biểu hiện gen ở trẻ em.

Dữ liệu từ dGTEx cuối cùng sẽ được đưa vào Human Cell Atlas, dự án hiện đã có phần về nhi khoa nhờ Taylor và nhiều đồng tác giả bài báo năm 2019.

Sarah Teichmann, đồng sáng lập Human Cell Atlas, nhận xét về Taylor:

"Deanne đã nhìn ở góc độ tổng thể và nói rằng chúng ta không chỉ cần hiểu thận nhi, não nhi hay hệ miễn dịch nhi. Chúng ta cần một cái nhìn toàn diện về sự phát triển của trẻ. Cô ấy thể hiện tinh thần liên ngành đó."

Sự nghiệp "đi bộ ngẫu nhiên"

Taylor mô tả sự nghiệp của mình như một "bước đi ngẫu nhiên" được thúc đẩy bởi cường độ đặc biệt – điều mà bà nay cho là do chứng tự kỷ và ADHD chưa được chẩn đoán. Năm 5 tuổi, bà bắt đầu đọc sách y khoa của mẹ. Năm 12 tuổi, bà mượn sách vật lý từ thư viện.

Taylor nhận bằng tiến sĩ vật lý sinh học năm 2001, nhưng được truyền cảm hứng từ Dự án Bộ gen Người đang hoạt động lúc đó để chuyển hướng sang làm nghiên cứu sau tiến sĩ tại Pfizer, viết mã xử lý dữ liệu phức tạp trong nghiên cứu bệnh hiếm. Sau đó bà chuyển sang y học sinh sản, nơi bà làm việc trên một số chương trình máy tính đầu tiên sàng lọc bất thường nhiễm sắc thể ở phôi – nhiều chương trình vẫn còn được sử dụng đến nay.

Dù con đường có vẻ quanh co, Taylor cho biết trọng tâm của bà luôn là hiểu tại sao cùng một căn bệnh lại ảnh hưởng đến mọi người khác nhau. Làm sao hai người mang cùng một biến thể gen liên quan đến bệnh, nhưng chỉ một người mắc bệnh?

Human Cell Atlas, bao gồm tất cả dữ liệu từ dGTEx và các dự án khác, cuối cùng có thể giúp các nhà nghiên cứu tìm ra câu trả lời. Đây là sự mở rộng tự nhiên của Dự án Bộ gen Người, vốn kết thúc năm 2003 và đã giúp liên kết các gen cụ thể với bệnh cụ thể. Nhưng bản đồ bộ gen giống như bộ dụng cụ DIY với đầy đủ linh kiện nhưng không có sách hướng dẫn – nó không cho bạn biết tế bào sử dụng từng gen ở đâu và như thế nào trong cơ thể.

Sự khác biệt của tế bào trẻ em

Khác với DNA – phần lớn giữ nguyên suốt đời – cách gen được biểu hiện thay đổi khi chúng ta phát triển. Sự khác biệt trong biểu hiện gen có thể quyết định liệu pháp điều trị có hiệu quả hay có thể gây hại nhiều hơn giúp ích.

Ví dụ, do cách gen tim được biểu hiện ở trẻ em, thuốc hóa trị có thể tấn công không chỉ khối u mà còn cả trái tim đang phát triển của trẻ, có khả năng gây tổn thương suốt đời. Các phương pháp điều trị khác có thể ảnh hưởng toàn cơ thể, đôi khi kích hoạt hội chứng giải phóng cytokine – một phản ứng miễn dịch có thể hồi phục nhưng có khả năng gây tử vong.

Cơ sở dữ liệu dGTEx nhằm tạo đường cơ sở cho biểu hiện gen ở trẻ em – một bản đồ phân tử về cách khoảng 20.000 gen của cơ thể hoạt động trong tế bào mô khỏe mạnh.

Taylor còn quản lý nhiều hợp tác khác: là điều tra viên chính cho Trung tâm Tài nguyên Dữ liệu Kids First, nơi giải trình tự mô bệnh thu thập từ trẻ em trong các nghiên cứu trên toàn quốc; và hợp tác với HubMAP – dự án xây dựng nguồn tài nguyên bổ sung cho Human Cell Atlas – để tìm tài trợ tạo bản đồ 3D tế bào trẻ em.

Teichmann lập luận rằng việc mở rộng các sáng kiến này sang trẻ em là quan trọng. Phần lớn sự phát triển của con người diễn ra trong thời thơ ấu: các tế bào não chủ chốt gọi là astrocyte hình thành trong năm năm đầu đời, hệ miễn dịch trưởng thành ở tuổi dậy thì.

"Những thay đổi đó thực sự quan trọng cần hiểu từ góc độ bệnh tật. Cái nhìn chi tiết về cách từng tế bào hoạt động chắc chắn sẽ thay đổi y học nhi khoa."

"Chăn mèo" và kỷ nguyên dữ liệu lớn

Taylor giúp cỗ máy dGTEx vận hành, điều phối các nhà nghiên cứu từ nhiều tổ chức khác nhau, mỗi bên đóng góp một phần vào bức tranh tổng thể: một tổ chức phi lợi nhuận thu thập mẫu mô từ trẻ em đã qua đời ngay sau khi chết, các nhà nghiên cứu bệnh học tại CHOP đánh giá chất lượng và loại mẫu, mô được đông lạnh và lưu trữ cho các nhà nghiên cứu tương lai sử dụng với sự cho phép của nhóm, mẫu được gửi đến các tổ chức như Viện Broad để phân tích biểu hiện gen.

Sự phối hợp này giống như "chăn mèo", theo lời Rebecca Linn, một nhà nghiên cứu bệnh học nhi khoa tại CHOP: "Quá nhiều cá nhân với những mục tiêu khác nhau." Taylor cho biết vai trò quan trọng của bà là làm trung gian giữa các bên tham gia – ví dụ giải thích cho các nhà nghiên cứu muốn dùng mô dGTEx rằng không thể chia tinh hoàn nhỏ xíu của trẻ một tháng tuổi thành 20 phần.

Các đồng nghiệp mô tả Taylor là một cộng tác viên có mối quan hệ rộng, người kết nối mọi người từ nhiều chuyên khoa khác nhau – phẩm chất thiết yếu cho một nỗ lực đa ngành, quốc tế như Human Cell Atlas. Bà cũng đầy bất ngờ: có hình xăm phương trình Schrödinger và Boltzmann, vẽ tranh và chụp ảnh, trên bàn đặt một hòn đá vô danh từ Burning Man nơi bà từng tình nguyện trong bếp.

Cửa sổ can thiệp cho tương lai

Taylor tin rằng tiềm năng thay đổi cuộc sống của công việc là đủ để thúc đẩy các đồng nghiệp. So sánh tế bào của người bệnh với đường cơ sở khỏe mạnh phù hợp độ tuổi mà Human Cell Atlas cung cấp có thể tạo ra các dấu ấn sinh học về sức khỏe và bệnh tật, đóng vai trò là mục tiêu thuốc hoặc dấu hiệu chẩn đoán.

Mở rộng bản đồ tế bào người sang trẻ em thậm chí có thể giúp tiết lộ cách các bệnh ở người trưởng thành bắt nguồn từ tín hiệu riêng biệt trong thời thơ ấu, mở ra khả năng sàng lọc và điều trị các bệnh mãn tính nhiều năm hoặc thậm chí nhiều thập kỷ trước khi chúng xuất hiện. Điều này không chỉ cải thiện kết quả điều trị mà còn giúp mọi người ngăn ngừa các triệu chứng suy nhược trước khi chúng phát triển.

"Suy cho cùng, chúng ta chỉ là những đứa trẻ lớn tuổi hơn", Taylor nói. "Bằng cách bỏ qua khía cạnh nhi khoa, tôi nghĩ mọi người đang bỏ lỡ một cửa sổ can thiệp vào bệnh tật của con người."