dontbemed

Hướng dẫn lâm sàng theo y học chứng cứ

Cách nanomedicine đi vào tế bào và điều trị bạn từ bên trong

How nanomedicine gets inside your cells and treats you from the inside out

Show
Hide
EN – VI
VI – EN

Canadians swallow millions of pills every day to treat common health issues like high blood pressure, high cholesterol and Type II diabetes, but scientists are working at the molecular level to turn patients’ cells into pharmacies.

Người Canada nuốt hàng triệu viên thuốc mỗi ngày để điều trị các vấn đề sức khỏe phổ biến như huyết áp cao, cholesterol cao và tiểu đường loại II, nhưng các nhà khoa học đang nghiên cứu ở cấp độ phân tử để biến tế bào của bệnh nhân thành các hiệu thuốc.

Nanotechnology, where atoms and molecules are manipulated on a tiny scale — a billion times smaller than a metre — is already incorporated into everyday products like sunscreen, waterproof clothing and smartphones.

Công nghệ nano, nơi các nguyên tử và phân tử được thao tác ở quy mô cực nhỏ — nhỏ hơn một mét hàng tỷ lần — đã được tích hợp vào các sản phẩm hàng ngày như kem chống nắng, quần áo chống nước và điện thoại thông minh.

In nanomedicine, it’s being used to prompt RNA to make protein-based drugs to treat diseases. Now we can fine-tune protein production by dialling it up or down, creating personalized medicine on an invisible scale.

Trong y học nano, nó đang được sử dụng để kích hoạt RNA tạo ra các loại thuốc dựa trên protein để điều trị bệnh. Giờ đây, chúng ta có thể điều chỉnh sản xuất protein bằng cách tăng hoặc giảm nồng độ, tạo ra y học cá nhân hóa ở quy mô vô hình.

Protein production and health

Sản xuất protein và sức khỏe

The human body is a precision instrument, and its smooth operation relies on the balance of proteins like keratin, which creates structure for your hair and nails, and collagen, which gives your skin its strength and elasticity.

Cơ thể con người là một công cụ chính xác, và hoạt động trơn tru của nó phụ thuộc vào sự cân bằng của các protein như keratin, chất tạo cấu trúc cho tóc và móng tay của bạn, và collagen, chất mang lại sức mạnh và độ đàn hồi cho da của bạn.

Factor VIII is a clotting protein that acts like molecular glue at wound sites, and if your body doesn’t make enough of it — like people with Hemophilia A — a seemingly small injury can cause dangerous bleeding. Conversely, if you make too much of apolipoprotein C3 (ApoC3) , it blocks the breakdown of fats in the blood called triglycerides, and these high lipid levels increase the risk of pancreatitis, heart disease and stroke.

Yếu tố VIII là một protein đông máu hoạt động như keo phân tử tại các vết thương, và nếu cơ thể bạn không sản xuất đủ — như những người mắc bệnh Hemophilia A — một vết thương tưởng chừng nhỏ có thể gây chảy máu nguy hiểm. Ngược lại, nếu bạn sản xuất quá nhiều apolipoprotein C3 (ApoC3) , nó sẽ ngăn chặn sự phân hủy chất béo trong máu gọi là triglyceride, và mức lipid cao này làm tăng nguy cơ viêm tụy, bệnh tim và đột quỵ.

The body maintains this delicate protein balance through an elegant molecular system, one that nanomedicine is now learning to control.

Cơ thể duy trì sự cân bằng protein tinh tế này thông qua một hệ thống phân tử tinh vi, một hệ thống mà y học nano hiện đang học cách kiểm soát.

Immunity and Society is a new series from The Conversation Canada that presents new vaccine discoveries and immune-based innovations that are changing how we understand and protect human health. Through a partnership with the Bridge Research Consortium, these articles — written by experts in Canada at the forefront of immunology, biomanufacturing, social science and humanities — explore the latest developments and their impacts.

Immunity and Society là một loạt bài mới từ The Conversation Canada, giới thiệu các khám phá vắc-xin và đổi mới dựa trên miễn dịch đang thay đổi cách chúng ta hiểu và bảo vệ sức khỏe con người. Thông qua quan hệ đối tác với Bridge Research Consortium, các bài viết này — được viết bởi các chuyên gia tại Canada tiên phong trong lĩnh vực miễn dịch học, sản xuất sinh học, khoa học xã hội và nhân văn — khám phá những phát triển mới nhất và tác động của chúng.

RNA’s balancing act

Hành động cân bằng của RNA

How does your body make proteins? Think of your cells as factories, with DNA as the operating manual.

Cơ thể bạn tạo ra protein bằng cách nào? Hãy hình dung các tế bào của bạn như những nhà máy, với DNA là cuốn sổ tay vận hành.

In order to make the proteins it needs, your body’s cells act as factories, with DNA as the operating manual. The blueprints are safely locked away in the nucleus, and cells can’t make anything directly from the precious original.

Để tạo ra các protein cần thiết, các tế bào của cơ thể bạn hoạt động như những nhà máy, với DNA là cuốn sổ tay vận hành. Bản thiết kế được khóa an toàn trong nhân tế bào, và các tế bào không thể tạo ra bất cứ thứ gì trực tiếp từ bản gốc quý giá này.

Instead, when the cell needs a specific protein, it makes a temporary copy of the blueprint, called messenger RNA (mRNA) . This single strand of nucleic acids carries the instructions to the cytoplasm, or the factory floor. There, molecular machines called ribosomes read the instructions and build amino acids into a protein.

Thay vào đó, khi tế bào cần một protein cụ thể, nó sẽ tạo ra một bản sao tạm thời của bản thiết kế, gọi là RNA thông tin (mRNA) . Sợi axit nucleic đơn này mang các chỉ dẫn đến tế bào chất, hay sàn nhà máy. Tại đó, các cỗ máy phân tử gọi là ribosome đọc các chỉ dẫn và xây dựng các axit amin thành protein.

This is the central dogma of molecular biology: DNA → RNA → protein.

Đây là học thuyết trung tâm của sinh học phân tử: DNA → RNA → protein.

When the body needs proteins, it makes mRNA copies and transfers them to the cytoplasm. The factory foreman is a mechanism called RNA interference, which ensures proteins are not over-produced or under-produced.

Khi cơ thể cần protein, nó sẽ tạo ra các bản sao mRNA và chuyển chúng vào tế bào chất. Người giám sát nhà máy là một cơ chế gọi là nhiễu RNA (RNA interference) , cơ chế này đảm bảo protein không bị sản xuất quá mức hoặc thiếu hụt.

For example, small interfering RNA (siRNA) or Antisense oligonucleotides (ASO) molecules can stop the production of proteins by silencing genetic instructions from DNA and cutting target mRNA apart. In both cases, the mRNA degrades and protein production stops, like hitting the emergency button on a conveyor belt.

Ví dụ, các phân tử RNA can thiệp nhỏ (siRNA) hoặc Oligonucleotide kháng nghĩa (ASO) có thể ngăn chặn việc sản xuất protein bằng cách làm im lặng các chỉ dẫn di truyền từ DNA và cắt các mRNA mục tiêu. Trong cả hai trường hợp, mRNA bị phân hủy và quá trình sản xuất protein dừng lại, giống như nhấn nút khẩn cấp trên băng chuyền.

Turning RNA into drugs

Biến RNA thành thuốc

What does this mean for future disease treatment? Unlike small-molecule drugs such as antibiotics or protein-based drugs like insulin, RNA drugs work upstream, at the instruction level itself.

Điều này có ý nghĩa gì đối với việc điều trị bệnh tật trong tương lai? Khác với các loại thuốc phân tử nhỏ như kháng sinh hay các loại thuốc gốc protein như insulin, thuốc RNA hoạt động ở cấp độ thượng nguồn, ngay tại cấp độ chỉ thị.

As scientists in nanomedicine, we harness cellular machinery to treat diseases with RNA drugs by dialing up or dialing down protein production. Want more of a beneficial protein? Deliver more mRNA. Want less of a harmful one? Use siRNA or ASO to silence the gene.

Là các nhà khoa học về nanomedicine, chúng tôi khai thác cơ chế tế bào để điều trị bệnh bằng thuốc RNA bằng cách tăng hoặc giảm sản xuất protein. Muốn nhiều protein có lợi hơn? Cung cấp thêm mRNA. Muốn ít protein có hại hơn? Sử dụng siRNA hoặc ASO để làm im lặng gen.

Teaching cells to make what’s missing

Dạy tế bào tạo ra những gì còn thiếu

When the human body lacks an essential protein, disease follows. In hemophilia A, the problem lies in the blueprint. A mutation in the DNA means the gene for factor VIII contains errors, like a typo in a recipe that calls for salt instead of sugar. The cell follows this flawed instruction, and makes messenger RNA that produces either a broken protein or none at all.

Khi cơ thể con người thiếu một protein thiết yếu, bệnh tật sẽ xảy ra. Trong bệnh máu khó đông A, vấn đề nằm ở bản thiết kế. Một đột biến trong DNA có nghĩa là gen của yếu tố VIII chứa các lỗi, giống như một lỗi đánh máy trong công thức nấu ăn yêu cầu muối thay vì đường. Tế bào tuân theo chỉ dẫn sai sót này, và tạo ra RNA thông tin (mRNA) sản xuất ra một protein bị hỏng hoặc hoàn toàn không có.

Without functional factor VIII, a simple nosebleed can last for hours, not minutes and a little bump can lead to a big bruise that takes a long time to heal. Even a minor cut can lead to prolonged bleeding.

Thiếu yếu tố VIII chức năng, một cơn chảy máu cam đơn giản có thể kéo dài hàng giờ, chứ không phải vài phút, và một va chạm nhỏ có thể dẫn đến vết bầm lớn mất nhiều thời gian để lành. Ngay cả một vết cắt nhỏ cũng có thể gây chảy máu kéo dài.

Scientists can now synthesize mRNA in the lab — for example, by making a correct, error-free copy of the instructions for factor VIII — and package it in lipid nanoparticles, which are little protective bubbles of fat.

Các nhà khoa học hiện có thể tổng hợp mRNA trong phòng thí nghiệm — ví dụ, bằng cách tạo ra bản sao chính xác, không lỗi của chỉ thị cho yếu tố VIII — và đóng gói nó trong các hạt nano lipid, là những bong bóng chất béo bảo vệ nhỏ.

As a materials scientist at UBC working with researchers Anna Blakney and Pieter Cullis, I design formulations of lipid nanoparticles. When these particles are infused intravenously, they deliver the synthetic mRNA to liver cells, which then read the instructions and manufacture fresh factor VIII protein. The cell becomes its own pharmacy.

Là một nhà khoa học vật liệu tại UBC, làm việc với các nhà nghiên cứu Anna Blakney và Pieter Cullis, tôi thiết kế các công thức hạt nano lipid. Khi các hạt này được truyền tĩnh mạch, chúng sẽ vận chuyển mRNA tổng hợp đến các tế bào gan, nơi các tế bào này sau đó đọc các chỉ dẫn và sản xuất protein yếu tố VIII tươi mới. Tế bào trở thành nhà thuốc của riêng nó.

Silencing the trouble-makers

Tắt tiếng những tác nhân gây rối

Over-expression of some proteins can also cause disease, for example, in familial chylomicronemia syndrome where the messenger RNA makes too much apolipoprotein C3.

Việc biểu hiện quá mức của một số protein cũng có thể gây bệnh, ví dụ, trong hội chứng chylomicronemia gia đình, nơi RNA thông tin (mRNA) tạo ra quá nhiều apolipoprotein C3.

ApoC3 helps regulate fat metabolism, but too much of it blocks the body’s ability to clear triglycerides from the bloodstream. The instructions from the DNA manual may be correct, but small interfering RNA molecules are not doing their job to keep production in check. Like an out-of-control assembly line, fat accumulates in the blood. If it reaches dangerous levels it can cause acute pancreatitis — a painful and potentially fatal inflammation of the pancreas.

ApoC3 giúp điều chỉnh quá trình chuyển hóa chất béo, nhưng quá nhiều nó sẽ cản trở khả năng loại bỏ triglyceride khỏi máu của cơ thể. Các chỉ dẫn từ bộ gen DNA có thể đúng, nhưng các phân tử RNA can thiệp nhỏ (siRNA) lại không thực hiện nhiệm vụ kiểm soát quá trình sản xuất. Giống như một dây chuyền lắp ráp mất kiểm soát, chất béo tích tụ trong máu. Nếu đạt đến mức nguy hiểm, nó có thể gây viêm tụy cấp — một tình trạng viêm tụy đau đớn và có khả năng gây tử vong.

The U.S. Food and Drug Administration and Health Canada recently approved Plozasiran, an injectable drug that treats familial chylomicronemia syndrome by delivering small interfering RNA to liver cells.

Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) và Y tế Canada gần đây đã phê duyệt Plozasiran, một loại thuốc tiêm điều trị hội chứng chylomicronemia gia đình bằng cách đưa RNA can thiệp nhỏ đến các tế bào gan.

This siRNA molecule is a short double strand of nucleic acids to be unzipped as two single strands, one of which complements ApoC3 mRNA, like a key fitting a lock. The binding event will be recognized by the cellular machinery to cut the mRNA apart. No mRNA means no protein production.

Phân tử siRNA này là một chuỗi axit nucleic kép ngắn được tháo ra thành hai chuỗi đơn, trong đó một chuỗi bổ sung cho mRNA của ApoC3, giống như chìa khóa vào ổ khóa. Sự kiện liên kết này sẽ được bộ máy tế bào nhận diện để cắt mRNA. Không có mRNA nghĩa là không có sản xuất protein.

The same technology offers different levers: mRNA amplifies production of beneficial proteins like factor VIII; siRNA silences production of harmful proteins like ApoC3. Together, they represent medicine’s new ability to program biology, turning genes up or down as precisely as adjusting the volume on a stereo.

Công nghệ tương tự cung cấp các cơ chế khác nhau: mRNA khuếch đại sản xuất các protein có lợi như yếu tố VIII; siRNA làm im lặng sản xuất các protein có hại như ApoC3. Kết hợp lại, chúng đại diện cho khả năng mới của y học trong việc lập trình sinh học, điều chỉnh gen lên hoặc xuống chính xác như điều chỉnh âm lượng trên bộ khuếch đại âm thanh.

Suiyang Liao is affiliated with the University of British Columbia.

Suiyang Liao thuộc Đại học British Columbia.