Khi ếch Xenopus trở thành “que thử thai” sống

Một con ếch Xenopus cái có thể phóng ra hàng trăm trứng sau khi được tiêm hormone thích hợp. Phản ứng dễ quan sát ấy từng giúp bác sĩ trả lời một câu hỏi hệ trọng: người phụ nữ có mang thai hay không. Trước khi những bộ thử hóa học xuất hiện, loài ếch không lưỡi này đã đóng vai trò như một “que thử thai” sống trong nhiều phòng xét nghiệm giữa thế kỷ 20. [1]

Phát minh không bắt đầu từ việc tìm một phương pháp thử thai. Nhà sinh học Anh Lancelot Hogben ban đầu nghiên cứu tuyến yên và khả năng đổi màu của ếch Xenopus laevis. Một tác dụng phụ bất ngờ trong thí nghiệm đã nối sinh lý của loài ếch với hormone thai kỳ ở người, mở ra cách chẩn đoán nhanh hơn, ít tốn kém hơn và không đòi hỏi phải giết con vật sau mỗi lần thử. [1]

Vì sao ếch bỗng đẻ hàng trăm trứng?

Trong thập niên 1920, khi làm việc tại Nam Phi, Hogben nghiên cứu hiện tượng Xenopus đổi màu theo môi trường. Ông nghi tuyến yên điều khiển phản ứng này nên cắt bỏ tuyến ở một số con. Những con ếch sau đó vẫn có màu nhạt bất kể môi trường xung quanh, phù hợp với phỏng đoán của ông. Tuy nhiên, việc mất tuyến yên còn gây ra những tác động khác mà ông muốn khắc phục. [1]

Hogben thử tiêm cho ếch dịch chiết tuyến yên của bò. Kết quả đáng chú ý không nằm ở màu da: ếch cái bắt đầu rụng trứng. Trong điều kiện nuôi nhốt, chúng thường không phóng trứng nếu không có ếch đực ở gần, nhưng một lượng nhỏ hormone đã khiến chúng thải ra hàng trăm noãn. Như vậy, phản ứng sinh sản vốn khó khởi phát trong phòng thí nghiệm lại có thể được bật lên bằng một tín hiệu hóa học. [1]

Điểm quan trọng của quan sát này là đầu ra của phản ứng nằm ngay bên ngoài cơ thể. Người làm xét nghiệm không phải suy đoán qua hành vi của con vật hoặc mổ nó để xem cơ quan bên trong. Họ chỉ cần chờ xem trứng có xuất hiện hay không. Chính đặc điểm ấy biến một hiện tượng sinh lý thành dấu hiệu có thể sử dụng trong chẩn đoán. [1]

hCG liên quan gì đến phản ứng của ếch?

Hogben nhận ra dịch chiết dùng trong thí nghiệm có tác động tương tự human chorionic gonadotropin, thường viết tắt là hCG. Đây là hormone được giải phóng khi hợp tử người làm tổ trong tử cung và vì thế có thể đóng vai trò chỉ dấu sớm của thai kỳ. Nếu nước tiểu của người được thử chứa hCG, hormone đó có thể kích hoạt phản ứng rụng trứng ở Xenopus cái. [1]

Có thể hình dung ếch như một bộ cảm biến sinh học: hCG là tín hiệu đầu vào, còn những quả trứng được phóng ra là kết quả có thể nhìn thấy. Cách ví này không có nghĩa cơ thể ếch đo chính xác nồng độ hormone như thiết bị hiện đại. Xét nghiệm chỉ chuyển một tín hiệu hóa học khó nhận biết trực tiếp thành một phản ứng sinh học rõ ràng hơn. [1]

Quy trình vì thế có logic khá ngắn. Mẫu nước tiểu được tiêm vào ếch; sau thời gian chờ, kỹ thuật viên kiểm tra xem con vật có đẻ trứng hay không. Khi phản ứng xảy ra, đó là dấu hiệu hCG hiện diện trong mẫu và người phụ nữ có khả năng đang mang thai. Xét nghiệm dựa trên đáp ứng của cơ thể sống, chứ không phải một dải giấy đổi màu như hình ảnh quen thuộc ngày nay. [1]

Ếch cải thiện điều gì so với chuột và thỏ?

Trước phương pháp của Hogben, đã có hai xét nghiệm dựa trên động vật. Nước tiểu của người nghi mang thai được tiêm cho chuột cái non hoặc thỏ cái chưa giao phối. Nếu có hCG, buồng trứng của chúng sẽ biến đổi. Khó khăn là người làm xét nghiệm phải tiêm nhiều lần trong nhiều ngày, sau đó giết con vật để kiểm tra buồng trứng. [1]

Xenopus loại bỏ bước mổ kiểm tra vì trứng được thải ra ngoài. Một con ếch có thể được dùng lại nhiều lần, giúp giảm số động vật cần nuôi và hạ chi phí. Tốc độ cũng khác biệt rõ: ếch cái có thể phản ứng trong khoảng năm giờ, trong khi phép thử trên thỏ mất hai ngày và trên chuột mất năm ngày. [1]

Sự cải thiện không nằm ở một thiết bị phức tạp mà ở việc chọn đúng sinh vật có phản ứng phù hợp. Chuột và thỏ cũng đáp ứng với hormone, nhưng dấu hiệu của chúng bị giấu bên trong cơ thể. Ở Xenopus, dấu hiệu tự đi ra ngoài. Cùng một loại tín hiệu đầu vào, đặc điểm sinh học của ếch làm cho việc đọc kết quả nhanh và thuận tiện hơn. [1]

Từ thí nghiệm tuyến yên đến xét nghiệm phổ biến

Năm 1930, Hogben rời Nam Phi sang Anh và mang theo một nhóm ếch Xenopus cho phòng thí nghiệm mới tại London. Trong vài năm tiếp theo, ông cùng các trợ lý phát triển quan sát ban đầu thành một xét nghiệm thai có quy trình chuẩn. Phương pháp có thể giúp xác định thai kỳ khoảng một tuần sau lần đầu trễ kinh, dù việc tiếp cận xét nghiệm khi ấy còn phụ thuộc vào quyết định của bác sĩ. [1]

Bác sĩ từng dùng các phép thử trên động vật để phân biệt thai kỳ với những tình trạng khác có thể làm ngừng kinh nguyệt, chẳng hạn thiếu máu, khối u hoặc vấn đề nội tiết. Xét nghiệm sớm cũng được quan tâm đối với phụ nữ mắc bệnh lao hoặc có tim yếu. Tuy vậy, nhiều bác sĩ không muốn biến thử thai thành dịch vụ thường quy, trong khi những người vận động cho quyền lợi phụ nữ cho rằng biết kết quả sớm có lợi cả về y khoa lẫn tâm lý. [1]

Chi phí thấp hơn của phép thử bằng ếch góp phần làm thay đổi cán cân đó. Đến cuối thập niên 1940, các phòng xét nghiệm ở nhiều nơi đã có những nhóm kỹ thuật viên chuyên tiêm mẫu nước tiểu cho ếch. Một phát hiện bắt đầu từ câu hỏi về màu da và tuyến yên nhờ vậy đã trở thành công cụ phục vụ một nhu cầu hoàn toàn khác. [1]

Vì sao “que thử” sống cuối cùng biến mất?

Sau khoảng 15 năm giữ vai trò xét nghiệm tiêu chuẩn, phương pháp dùng Xenopus cái có thêm một biến thể. Một nhà khoa học tại Buenos Aires phát hiện một số ếch đực sẽ phóng tinh trùng khi tiếp xúc với nước tiểu giàu hCG. Phép thử này còn nhanh hơn, đôi khi cho kết quả trong vòng một giờ. Cả hai cách đều dựa trên cùng nguyên tắc: dùng phản ứng sinh sản của động vật để phát hiện hormone. [1]

Xét nghiệm của Hogben tiếp tục là một công cụ quan trọng trong chăm sóc sức khỏe phụ nữ cho đến thập niên 1960, khi các phép thử hóa học thay thế nó. Sự chuyển đổi ấy chấm dứt nhu cầu duy trì một đàn động vật chỉ để đọc tín hiệu hormone, nhưng không làm mất đi ý nghĩa của phát minh. Con ếch đã đóng vai trò cầu nối giữa các phép thử phải mổ động vật và những phương pháp xét nghiệm không còn cần đến cơ thể sống. [1]

Câu chuyện của Xenopus cho thấy một phát minh chẩn đoán có thể xuất phát từ việc nhận ra giá trị mới trong một phản ứng đã quan sát được. Hogben không tạo ra hCG hay khả năng rụng trứng của ếch; đóng góp quyết định là ghép hai điều ấy thành một quy trình có thể lặp lại. Trong lịch sử xét nghiệm thai, bước tiến lớn từng không phải một dụng cụ nhỏ hơn, mà là tìm được sinh vật trả lời câu hỏi bằng một dấu hiệu dễ nhìn hơn. [1]