Năm 2019, Stanley Qi, trợ lý giáo sư thuộc khoa sinh học và hệ thống sinh hóa tại Đại học Stanford cùng một nhóm các nhà khoa học bắt đầu nghiên cứu một kỹ thuật gen, được gọi là PAC-MAN - hay CRISPR Chống vi rút Dự phòng trong tế bào người - sử dụng công cụ chỉnh sửa gen CRISPR chống lại bệnh cúm.

Nhưng công trình nghiên cứu bị thay đổi tháng 1.2020, khi đại dịch COVID-19 bùng phát. Nhóm nghiên cứu Qi bất ngờ đối mặt với một loại virus bí ẩn mới, không đâu có giải pháp ngăn chặn rõ ràng. “Vì vậy chúng tôi nghĩ, tại sao chúng tôi không thử sử dụng công nghệ PAC-MAN để chống lại loại virus mới này?", ông Qi nói.

 

Cuối tháng 3, nhóm Qi hợp tác với nhóm nghiên cứu do Michael Connolly, kỹ sư trưởng thuộc Phòng cấu trúc nano sinh học tại Nhà sản xuất phân tử của Phòng thí nghiệm Berkeley phát triển một hệ thống nhằm đưa PAC-MAN vào tế bào của bệnh nhân .

Giống như tất cả các hệ thống CRISPR, PAC-MAN bao gồm một enzyme - trong trường hợp này là enzyme diệt virus Cas13 và chuỗi RNA dẫn hướng, điều khiển Cas13 phá hủy các chuỗi nucleotide cụ thể trong bộ gen của coronavirus.

Bằng giải pháp xáo trộn mã di truyền virut, PAC-MAN có thể vô hiệu hóa coronavirus và ngăn chặn virus sao chép gen trong các tế bào người bệnh.

Nhà khoa học Qi cho biết, thách thức chính trong việc chuyển dịch PAC-MAN từ một công cụ phân tử sang liệu pháp chống COVID-19 là tìm một giải pháp hiệu quả để đưa PAC - MAB vào tế bào phổi người bị lây nhiễm. Nguyên nhân chính là khi SARS-CoV-2, coronavirus gây ra COVID-19, xâm chiếm các tế bào phổi, túi khí người bệnh bị viêm và chứa đầy chất lỏng, làm bệnh nhân mất khả năng thở, dẫn đến chết người.

Stanley Qi nói: “Phòng thí nghiệm của tôi không chuyên về các phương pháp vận  chuyển trị liệu”. Vì vậy, ngày 14 tháng 3, nhóm nghiên cứu công bố một bản tài liêu trên trang web của cơ quan và thậm chí đăng tải thông tin trên trang mạng xã hội Twitter với hy vọng sẽ lọt vào sự quan tâm của một đơn vị nghiên cứu nào đó, có chuyên môn về kỹ thuật phân phối tế bào để trở thành cộng tác viên.

Ngay sau đó, nhóm khoa học biết về công trình của nhóm nghiên cứu do kỹ sư trưởng công nghệ Michael Connolly dẫn đầu, làm việc với các phân tử tổng hợp, được gọi là lipitoids tại Nhà sản xuất phân tử.

Lipitoids (lipid-peptoid) là một phiên bản của peptide tổng hợp, được biết đến là peptoid, phát hiện được lần đầu tiên cách đây 20 năm bởi Ron Zuckermann, cố vấn của Connolly.

Những thập kỷ sau đó, Connolly và Zuckermann nghiên cứu phát triển các phân tử phân phối những peptoid, tương tự như lipitoids.

Phối hợp với những nhà khoa học khác của Nhà sản xuất Phân tử, nhóm nghiên cứu chứng minh được tính hiệu quả của lipitoids trong việc cung cấp DNA và RNA cho nhiều dòng tế bào khác nhau trong cơ thể người.

Hiện nay, các nhà khoa học, khi nghiên cứu sử dụng lipitoids cho những ứng dụng trị liệu tiềm năng chứng minh rằng, những vật liệu này không độc hại với cơ thể, có thể cung cấp nucleotide bằng giải pháp bọc trong những hạt nano nhỏ có đường kính một phần tỷ mét - kích thước của virus.

Nhờ vậy,  Stanley Qi hy vọng sẽ đưa liệu pháp điều trị COVID-19 trên cơ sở CRISPR vào cơ thể bằng Hệ thống phân phối lipitoid mà Nhà sản xuất phân tử (Molecular Foundry) đang phát triển.

Cuối tháng 04.2020, các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Stanford thử nghiệm một loại lipitoid - Lipitoid 1 – có thể tự ráp nối với DNA và RNA, trở thành các phương tiện mang PAC-MAN vào một mẫu biểu mô tế bào phổi ở người.

Theo Qi, lipitoids hoạt động rất tốt. Khi được đóng gói với PAC-MAN chống coronavirus, hệ thống làm giảm hơn 90% SARS-CoV-2 tổng hợp trong dung dịch thí nghiệm.

Ông nói: “Phòng thí nghiệm Berkeley của Nhà sản xuất phân tử đã cung cấp cho chúng tôi một kho báu phân tử, làm thay đổi nghiên cứu của chúng tôi theo hướng khả thi”.

Nhóm nghiên cứu có kế hoạch thử nghiệm hệ thống PAC-MAN / lipitoid trên mô hình động vật sống chống lại virus SARS-CoV-2. Tham gia vào công trình nghiên cứu này có các cộng tác viên tại Đại học New York và Viện Karolinska ở Stockholm, Thụy Điển.

Nếu thành công, nhóm các nhà khoa học hy vọng sẽ tiếp tục hợp tác với Connolly để phát triển và hoàn thiện các liệu pháp PAC-MAN / lipitoid, phục vụ cho điều trị SARS-CoV-2 và các coronavirus khác, nghiên cứu mở rộng các thí nghiệm để thử nghiệm tiền điều trị trên con người.

Ông Connolly cho biết: “Với một lipitoid vận chuyển trị liệu hiệu quả, kết hợp với phương thức chỉnh sửa gen CRISPR, có thể tạo ra một chiến lược y tế mạnh chống lại dich bệnh do virus gây lên, không chỉ là COVID-19 mà còn có thể ngăn chặn các chủng virus mới, có khả năng gây đại dịch”.

Tất cả mọi người đã làm việc cật lực suốt ngày đêm để cố gắng đưa ra các giải pháp mới, ông Qi cho biết: “Kết quả nghiên cứu có giá trị khoa học rất cao và được công bố trên tạp chí Cell. Sẽ nhanh chóng có được những giải pháp trị bệnh hiệu quả cao khi kết hợp kinh nghiệm chuyên sâu và thử nghiệm những ý tưởng điều trị mới tại nhiều cơ sở nghiên cứu trong giai đoạn khó khăn này.”