Carolyn Bertozzi - nhà khoa học nữ duy nhất giành giải Nobel Hóa học 2022

Ngày 5/10, Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển đã vinh danh những nghiên cứu tiên phong của bà Bertozzi, cùng 2 nhà khoa học khác là Barry Sharpless (Mỹ) và Morten Meldal (Đan Mạch) về phản ứng hóa học click và phản ứng hóa học sinh trực giao. Bà Bertozzi (55 tuổi) - Giáo sư của trường đại học Stanford (bang California, Mỹ) trở thành người phụ nữ thứ 8 trong lịch sử giành giải Nobel Hóa học.

Hành trình đến giải Nobel

Bà Carolyn Bertozzi sinh năm 1966 tại Mỹ. Bà lấy bằng Tiến sĩ năm 1993 tại Viện Đại học California - Berkeley, Mỹ. Sau đó làm Giáo sư tại Đại học Stanford, Mỹ.

Cuộc hành trình nghiên cứu bắt đầu khi bà nhận thấy mình có niềm đam mê với hóa học hữu cơ, lúc đang theo học các khóa học tiền y học tại trường Harvard. Lĩnh vực này được đánh giá là "khó nhằn" này đã thay đổi hướng đi của cuộc đời bà - người có cha là Giáo sư Vật lý và chị gái là Giáo sư Toán học ứng dụng.

Sau khi hoàn thành chương trình nghiên cứu sau tiến sĩ và tham gia giảng dạy tại Viện Đại học California - Berkeley, bà Bertozzi muốn nghiên cứu sâu hơn về glycan (carbohydrate dạng phức - hay còn gọi là đường - nằm trên bề mặt tế bào) đã "trải qua những thay đổi cấu trúc" ra sao khi trở thành những khối u ác tính.

Từ "hai mảnh ghép lego"

Nhà hóa học Bertozzi bắt đầu nghiên cứu từ năm 1997. Bà cho biết vào thời điểm đó, "không có công cụ nào để ghi lại hình ảnh các loại đường, chẳng hạn như dưới kính hiển vi". Bà đã nảy ra một ý tưởng, trong đó đòi hỏi 2 chất hóa học phải khớp với nhau một cách hoàn hảo, giống như những miếng lego. Miếng lego đầu tiên được cung cấp cho các tế bào thông qua đường. Tế bào sau đó chuyển hóa đường và đặt đường vào đầu của glycan.

Trong khi đó, miếng lego thứ hai - một phân tử huỳnh quang - được tiêm vào cơ thể người. Khi 2 miếng lego này gắn vào nhau, các glycan ẩn mình sẽ tự lộ ra dưới kính hiển vi.

Kỹ thuật nói trên được bà Carolyn Bertozzi lấy cảm hứng từ "phản ứng hóa học click", do 2 nhà nghiên cứu Barry Sharpless và Morten Meldal phát triển độc lập. Tuy nhiên, nếu như nghiên cứu của các nhà khoa học Sharpless và Meldal dựa trên việc sử dụng chất xúc tác là đồng - 1 chất kim loại có thể gây độc cho cơ thể, thì nghiên cứu của bà Bertozzi lại loại bỏ điều này.

Nghiên cứu của bà Bertozzi đã cùng lúc đạt được 2 bước tiến lớn, đó là thu được phản ứng rất hiệu quả, mà không cần chất xúc tác là đồng và thúc đẩy phản ứng mà không làm ảnh hưởng đến các quá trình khác trong cơ thể.

Bà đã đặt ra thuật ngữ "phản ứng hóa học sinh trực giao" có nghĩa là một phản ứng không can thiệp vào các quá trình sinh hóa khác. Phương pháp này mất tới 10 năm để hoàn thiện về kỹ thuật.

Bà giải thích: "Glycans trên tế bào ung thư có thể che giấu tế bào ung thư khỏi hệ miễn dịch - và do đó, cơ thể bạn không thể nhìn thấy nó, không thể chống lại nó. Bằng cách ứng dụng phản ứng hóa học sinh trực giao, chúng tôi đã tạo ra một loại thuốc mới, về cơ bản hoạt động giống như một chiếc máy cắt cỏ. Miếng lego đầu tiên gắn vào bề mặt tế bào ung thư và miếng thứ hai gắn lên nó, được trang bị một loại enzyme có chức năng loại bỏ đường, như thể chúng ta cắt bỏ cỏ dại. Chúng hoạt động và đường rơi ra".

Đến bước đột phá trong điều trị ung thư

Khi bắt đầu nghiên cứu về glycan, bà Bertozzi chỉ nhằm mục đích quan sát sự tiến hóa của một số phân tử nhất định trên bề mặt tế bào ung thư. 

Tuy nhiên, nhờ những khám phá của bà Bertozzi, các nhà nghiên cứu đang phát triển các phương pháp mới điều trị ung thư.

Phát hiện đột phá của bà Carolyn Bertozzi dẫn tới vô số ứng dụng ấn tượng, như cung cấp các phương pháp điều trị với độ chính xác rất cao, hiểu rõ hơn về cách thuốc hoạt động bên trong cơ thể, giúp quan sát nhiều loại vi khuẩn ẩn mình... 

Phát biểu trong một cuộc phỏng vấn với báo giới, bà Bertozzi cho biết: "Tôi thậm chí không thể thống kê hết được các ứng dụng. Tôi đã không hình dung ra phần lớn những ứng dụng này ngay từ ban đầu". 

Hiện loại thuốc mà công ty của bà Bertozzi phát triển đang trong giai đoạn đầu của thử nghiệm lâm sàng.

Một công ty khác cũng đang tìm cách ứng dụng phản ứng hóa học sinh trực giao để nhắm mục tiêu điều trị ung thư tốt hơn. Miếng lego đầu tiên được tiêm vào một khối u, sau đó miếng lego thứ hai (mang theo thuốc) được gắn vào miếng thứ nhất và chỉ tác động lên mục tiêu này. Điều này cho phép bác sỹ điều trị khối u và tiêu diệt khối u mà không để toàn bộ cơ thể bệnh nhân tiếp xúc với hóa chất độc hại.