John Hughes và cuộc săn tìm chất giảm đau tự nhiên trong não lợn

Trước bình minh, John Hughes đạp xe đến lò mổ với cưa tay, dao và một lời nhờ vả kỳ lạ: xin những chiếc đầu lợn vừa bị cắt. Mỗi ngày, ông lấy não, nghiền thành hỗn hợp màu xám rồi tìm trong đó một chất chưa ai biết tên. Điều khiến cuộc săn tìm này đáng chú ý là Hughes không bắt đầu từ một hóa chất bí ẩn trong não, mà đi ngược lại: ông bắt đầu từ morphine và những thụ thể mà nó bám vào. [1]

Câu hỏi trung tâm là: nếu não có những “ổ khóa” tiếp nhận morphine, liệu cơ thể có sẵn “chìa khóa” của chính mình hay không? Theo bài viết của Science History Institute, suy luận ấy đã dẫn Hughes đến Substance X, chất sau này được gọi là endorphin, và mở ra cách hiểu mới về khả năng tự điều chỉnh cảm giác đau của cơ thể. [1]

Vì sao morphine gợi ý về một chất tự nhiên?

Morphine và các thuốc phiện tác động lên tế bào thần kinh bằng cách bám vào những thụ thể trên bề mặt tế bào. Thụ thể là cấu trúc tiếp nhận tín hiệu, tương tự một điểm lắp vừa với phân tử nhất định. Khi nhận ra morphine, nó có thể làm thay đổi hoạt động truyền tín hiệu liên quan đến cảm giác đau. [1]

Đến giữa thế kỷ 20, các nhà khoa học nhận thấy thuốc phiện không tác động một cách ngẫu nhiên. Chúng bám rất phù hợp vào những thụ thể đã tồn tại sẵn trong cơ thể. Hughes và người hướng dẫn, Hans Kosterlitz, đặt ra một suy luận ngược với thói quen nghiên cứu lúc đó: nếu cơ thể có thụ thể dành cho một chất từ bên ngoài, có lẽ nó cũng tạo ra những phân tử tự nhiên có hình dạng đủ tương thích để kích hoạt các thụ thể ấy. Substance X là tên tạm đặt cho những phân tử chưa được tìm thấy đó. [1]

Vì sao Hughes tìm đến não lợn?

Thông thường, các chất truyền tin thần kinh được phát hiện khi một hóa chất xuất hiện trong quá trình nghiên cứu tế bào, sau đó được tách riêng và thử nghiệm. Nhưng với chất giảm đau tự nhiên, hướng đi lại bắt đầu từ tác dụng của morphine. Hughes cần một lượng mô thần kinh lớn để có cơ hội tách được một chất hiện diện với hàm lượng rất nhỏ. [1]

Não lợn trở thành nguyên liệu thực tế cho cuộc tìm kiếm. Theo lời kể được Science History Institute đăng lại, Hughes thường nhận khoảng 20 hộp sọ mỗi ngày. Ông lấy từng bộ não, làm lạnh bằng băng khô rồi mang về phòng thí nghiệm. Chi tiết này không phải một màn trình diễn kỳ quặc bên lề, mà cho thấy quy mô thủ công của công việc: trước khi có dấu hiệu của Substance X, mỗi mẫu đều phải được xử lý bằng tay. [1]

Tách một chất vô hình bằng cách nào?

Tại phòng thí nghiệm, những bộ não được nghiền nhỏ và hòa tan trong acetone. Hỗn hợp sau đó được quay ly tâm để tách các phần khác nhau, rồi từng phần được làm bay hơi và đem thử. Mục tiêu không phải nhìn thấy Substance X bằng mắt, mà xem một phần chiết có tạo ra tác dụng giống morphine hay không. [1]

Quy trình này cho thấy khó khăn của việc tìm một chất truyền tin trong mô sống. Một mẫu não chứa vô số thành phần; nếu chỉ quan sát màu hoặc mùi, nhà nghiên cứu không thể biết thành phần nào có hoạt tính. Mỗi vòng tách vì thế phải đi kèm một phép thử sinh học. Ví dụ, nếu một phần chiết làm thay đổi hoạt động của mô thử theo cùng hướng với morphine, nó mới đáng được giữ lại để tinh chế tiếp. [1]

Ruột chuột lang và ống dẫn tinh giúp nhận diện chất gì?

Hans Kosterlitz đã sử dụng hai mô có phản ứng đặc biệt: hồi tràng chuột lang và ống dẫn tinh của chuột. Khi được đặt trong dung dịch muối và kích thích một dây thần kinh nhất định, chúng co lại lặp đi lặp lại. Quan trọng hơn, các mô này rất nhạy với những hóa chất giống morphine. Chỉ một lượng nhỏ morphine cũng có thể làm các cơn co dừng lại. [1]

Hughes và Kosterlitz dùng chính phản ứng ấy như một phép thử sàng lọc. Họ lần lượt đưa các phần chiết từ não lợn vào những mô đang co, rồi quan sát phần nào làm giảm hoặc chặn các cơn co. Cách làm này biến một tác dụng khó đo trực tiếp trong não thành một tín hiệu có thể quan sát trong phòng thí nghiệm: mô thử chuyển động, hóa chất được thêm vào, và mức thay đổi của chuyển động cho biết mẫu có đáng theo đuổi hay không. [1]

Substance X trở thành endorphin như thế nào?

Cuối cùng, nhóm nghiên cứu tìm thấy một chất có tác dụng làm gián đoạn các cơn co theo cách tương tự morphine. Nó được mô tả là một chất sáp màu vàng, có mùi khó chịu. Substance X sau đó được gọi là endorphin, ghép từ endogenous morphine, nghĩa là “morphine nội sinh” hoặc morphine do cơ thể tạo ra. [1]

Ý nghĩa của phát hiện không nằm ở việc cơ thể có một bản sao hoàn chỉnh của thuốc giảm đau bên ngoài. Điều quan trọng hơn là nó củng cố ý tưởng rằng hệ thần kinh có các cơ chế hóa học riêng để điều chỉnh tín hiệu đau. Khi nhìn lại một cú va chạm hoặc một nỗ lực thể chất, người ta có thể hiểu cảm giác đau không chỉ phụ thuộc vào tổn thương tại chỗ; nó còn liên quan đến cách hệ thần kinh tiếp nhận và xử lý tín hiệu đó. Bài viết cũng liên hệ endorphin với cảm giác hưng phấn sau khi chạy, nhưng điều ấy không biến phát hiện thành lời khuyên y khoa hay cách tự điều trị. [1]

Cuộc săn tìm bắt đầu từ một câu hỏi về “ổ khóa” trên tế bào và kết thúc bằng việc nhận ra cơ thể có thể tự tạo ra chìa khóa tương ứng. Hình ảnh Hughes xử lý từng bộ não lợn vì thế gợi nhắc một điều lớn hơn câu chuyện về phòng thí nghiệm: đôi khi một phát minh sinh học xuất hiện khi nhà nghiên cứu theo đuổi một giả thuyết đủ cụ thể để biến điều vô hình thành phản ứng có thể đo được. [1]