Các phương pháp điều trị ung thư nổi tiếng là đi kèm theo nhiều tác dụng phụ gây khó chịu. Chẳng hạn như xạ trị vùng đầu cổ có thể khiến các bệnh nhân bị rụng tóc, cứng hàm, buồn nôn. Hóa trị có thể gây ra tình trạng mệt mỏi toàn thân, tiêu chảy, đau nhức cơ bắp.
Nhưng một phương pháp điều trị ung thư được gọi là liệu pháp quang động (Photodynamic therapy) dường như có thể khiến bệnh nhân trải nghiệm một hiệu ứng thú vị với tầm nhìn của họ.
Cụ thể, những bệnh nhân điều trị theo phương pháp này sau khi về nhà thường phát hiện ra mình có khả năng nhìn thấy ánh sáng hồng ngoại. Nói một cách khác, mắt của họ đã được trang bị thêm khả năng nhìn đêm để quan sát tốt hơn.
Tại sao điều trị PDT có thể khiến bệnh nhân nhìn được trong bóng tối?
Liệu pháp quang động (PDT) là một phương pháp điều trị ung thư sử dụng thuốc cảm quang và nguồn sáng để tiêu diệt các tế bào bất thường. Nó thường được sử dụng để tiêu diệt các khối u vùng đầu cổ, phổi, bàng quang, ung thư da. Nhưng đôi khi, PDT cũng có thể được ứng dụng trong điều trị mụn trứng cá và bệnh thoái hóa hoàng điểm.
Bệnh nhân trải qua PDT thường sẽ được tiêm một chất nhạy cảm với ánh sáng có độc tính thấp, thường là chlorin e6 vào cơ thể. Chất cảm quang này sẽ được các tế bào khối u ung thư hấp thụ.
Các bác sĩ sau đó sẽ chọn một nguồn sáng, có bước sóng thích hợp, để chiếu vào khối u. Ánh sáng này sẽ kích thích chất cảm quang sinh ra những gốc oxy phản ứng mạnh, từ đó tiêu diệt các tế bào khối u mà vẫn bảo tồn được các tế bào khỏe mạnh xung quanh.
Nhưng một hiệu ứng phụ xảy ra khi bệnh nhân được tiêm thuốc cảm quang, đó là chlorin e6 cũng sẽ đi đến võng mạc của họ. Ở đây, nó sẽ tương tác với một loại protein nhạy sáng của mắt có tên là rhodopsin.
Với sự có mặt của chlorin e6, rhodopsin sẽ tách khỏi retinal, một hợp chất hữu cơ khác trong mắt thường không nhạy cảm với ánh sáng hồng ngoại. Sau đó, quá trình chia tách này tạo ra các tín hiệu điện mà não bộ chúng ta vẫn giải mã như ánh sáng nhìn thấy.
Nói cách khác, chlorin e6 có thể giúp mắt cảm nhận ánh sáng hồng ngoại giống như cách chúng ta vẫn nhìn thấy ánh sáng thông thường. "Điều này giải thích sự gia tăng thị lực vào ban đêm của các bệnh nhân điều trị với liệu pháp quang động", nhà hóa học Antonio Monari đến từ Đại học Lorraine ở Pháp cho biết.
Tuy nhiên, có một bí ẩn mà các nhà khoa học từ trước đến nay chưa biết, đó là việc rhodopsin và retinal đã hoạt động và tương tác với chlorin như thế nào? Để làm sáng tỏ quá trình này, Monari và các đồng nghiệp đã tiến hành một nghiên cứu mô phỏng để quan sát sự tương tác giữa ba nhóm phân tử đó.
Phòng thí nghiệm ảo cho phép quan sát từng bước phản ứng diễn ra như thế nào
Các nghiên cứu mô phỏng liên quan đến việc đưa các phân tử vào trong một mô hình máy tính, tái tạo lại các điều kiện bên trong mắt của bệnh nhân. Có thể coi đó là một phòng thí nghiệm ảo được dựng lên từ các phương trình và thuật toán mô tả lực hút, lực đẩy hoặc tương tác giữa từng nguyên tử trong các phân tử sinh học rhodopsin, retinal và chất cảm quang.
Khác với các thí nghiệm ngoài đời thật xảy ra chỉ trong một vài nano giây, mô phỏng phải chạy trên một siêu máy tính mất vài tháng, trải qua hàng trăm triệu phép tính trước khi nó có thể mô hình hóa chính xác phản ứng ứng hóa học do bức xạ hồng ngoại gây ra.
Tuy nhiên, đó cũng là ưu điểm cho phép chúng ta tua chậm từng quá trình xảy ra phản ứng. "Đối với mô phỏng của chúng tôi, chúng tôi đã đặt một protein rhodopsin ảo được chèn trong màng lipid của nó và cho tiếp xúc với một số phân tử chlorin e6 cộng với nước. Cỡ mẫu này chứa khoảng vài chục nghìn nguyên tử", Monari nói.
Kết quả cho thấy khi chlorin e6 hấp thụ bức xạ hồng ngoại, nó tương tác với oxy trong mô mắt, biến nó thành oxy dạng đơn nguyên tử có khả năng phản ứng cao. Thông thường oxy đơn nguyên tử này sẽ giúp tiêu diệt tế bào ung thư, nhưng nó cũng có thể phản ứng với võng mạc để giúp tăng cừng thị lực ban đêm theo chương trình mô phỏng.
Với việc biết chính xác cơ sở hóa học tạo ra phản ứng phụ kỳ lạ với mắt bệnh nhân, các nhà khoa học cho biết họ có thể giúp bệnh nhân giảm sự ảnh hưởng của việc nhìn thấy trong bóng tối nếu điều đó có vẻ làm phiền họ.
Ngược lại, phản ứng hóa học này cũng có thể được sử dụng để điều trị một số bệnh khiếm thị hoặc quá nhạy cảm với ánh sáng. Tuy nhiên, các nhà khoa học cảnh báo bạn không nên tự nhỏ chlorin e6 vào mắt mình để có thị lực siêu phàm, bởi điều đó có thể tiềm ẩn nguy cơ gây hại cho mắt.
Nghiên cứu này cũng là một ví dụ chứng minh cho sự hiệu quả của các phòng thí nghiệm ảo sử dụng mô hình mô phỏng các phân tử. Các siêu máy tính bây giờ có thể cung cấp cho chúng ta những hiểu biết vô cùng sâu sắc mà những phản ứng hóa học diễn ra ngoài đời thật không thể
"Mô phỏng phân tử đã được sử dụng để làm sáng tỏ nhiều cơ chế phản ứng cơ bản - ví dụ, tại sao một số tổn thương DNA nhất định được sửa chữa tốt hơn những tổn thương khác - và cho phép lựa chọn các phân tử trị liệu tiềm năng, bằng cách bắt chước tương tác của chúng với một mục tiêu đã chọn", Monari nói.
Hiện nay, các nhà khoa học đang tiếp tục sử dụng mô phỏng máy tính mỗi ngày để sàng lọc nhiều loại thuốc, phương pháp trị liệu thậm chí tạo ra cả các phân tử hoàn toàn mới, không có trong tự nhiên sau đó quan sát những tiềm năng ứng dụng của chúng.
Tham khảo Sciencealert
