Giáo sư Stanford lỡ cuộc gọi báo tin nhận giải Nobel lúc giữa đêm

Vài giây sau, điện thoại của vợ ông, bác sĩ, tiến sĩ Michelle Monje-Deisseroth, đổ chuông. Người vợ nhận máy, nghe câu hỏi ngắn gọn từ đầu dây bên kia: "Chúng tôi có thể nói chuyện với Karl được không?".

"Tôi vô cùng hạnh phúc. Dù biết mình có phần ưu ái chồng, nhưng anh ấy thực sự đã tạo ra những bước tiến đột phá cho ngành khoa học thần kinh và nhiều lĩnh vực khác", bà Monje-Deisseroth, giáo sư Ung thư Thần kinh Nhi khoa tại Stanford Medicine, chia sẻ. "Tôi rất tự hào về anh ấy".

Còn ông Deisseroth tự nhận mình là một "cú đêm", cho biết lúc đó đang thức tại nhà riêng ở Bắc California để viết báo cáo khoa học và gửi email cho sinh viên. Ông vừa mới ngả lưng xuống giường thì nhận được cuộc gọi từ Hội đồng trao giải Nobel.

"Lúc đó tôi gần như không nói nên lời. Cảm giác như thể mình vừa mất đi khả năng ngôn ngữ vậy", ông chia sẻ trong cuộc phỏng vấn với AP sáng sớm 5/10.

Tuy nhiên, ông nhanh chóng lấy lại bình tĩnh và dí dỏm cho biết dẫu nhận được vô số lời chúc mừng vào sáng hôm đó, ông vẫn phải chuẩn bị đồ ăn trưa cho các con mang đến trường ngay khi chúng thức dậy. "Nhiệm vụ duy nhất của tôi trong vài giờ tới là đảm bảo làm xong bánh mì kẹp cho bọn trẻ", ông nói.

TS.BS Deisseroth, hiện giảng dạy ngành Kỹ thuật Sinh học, Tâm thần học và Khoa học Hành vi tại Đại học Stanford, được xướng tên cùng hai giáo sư người Đức là Peter Hegemann và Georg Nagel. Công trình đoạt giải của họ là quang di truyền học (optogenetics), một kỹ thuật mang tính đột phá giúp kích hoạt hoặc ức chế tế bào thần kinh bằng ánh sáng, mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới trong việc tìm hiểu não bộ.

"Quang di truyền học mang lại cơ hội xây dựng bản đồ não bộ theo cách mà trước đây chúng ta chỉ biết ước mơ", giáo sư Per Svenningsson, Chủ tịch Ủy ban Nobel Y sinh, nhận định.

Đánh giá về công trình này, tiến sĩ Lloyd Minor, Trưởng khoa Y Đại học Stanford, khẳng định sự sáng tạo phi thường cùng tư duy kết nối đa ngành của giáo sư Deisseroth đã trao cho giới khoa học công cụ mạnh mẽ để khám phá sự phức tạp của não bộ, giúp tìm ra lời giải cho những câu hỏi từng nằm ngoài tầm với và thắp lên hy vọng về các phương pháp điều trị mới cho bệnh nhân trên toàn thế giới.

Tiến sĩ Jennifer Widom, Trưởng khoa Kỹ thuật Đại học Stanford, nhấn mạnh: "Giải Nobel dành cho Karl Deisseroth là minh chứng cho tầm nhìn đột phá của ông, nơi sự chính xác của kỹ thuật hòa quyện cùng trí tò mò vô hạn và lòng trắc ẩn sâu sắc". Theo bà, công trình này đã tạo ra cuộc cách mạng trong khoa học thần kinh, cung cấp những công cụ chưa từng có để khám phá các bí ẩn phức tạp nhất của bộ não.

Dù sinh ra trong gia đình có cha mẹ đều là nhà khoa học, giáo sư Deisseroth từng chia sẻ với tờ The New York Times năm 2014 rằng "tình yêu đầu đời của ông lại là viết lách". Ban đầu ông dự định theo đuổi ngành phẫu thuật thần kinh nhưng sau đó chuyển hướng vì ấn tượng mạnh mẽ khi tiếp xúc với những bệnh nhân sống trong một thực tại hoàn toàn khác trong đợt luân khoa tâm thần tại Stanford Medicine.

"Quang di truyền học là động cơ thúc đẩy các khám phá, giúp thăm dò các hệ thống phức tạp ngay từ cấp độ tế bào cốt lõi", ông Deisseroth chia sẻ. "Chúng tôi muốn hiểu cách bộ não vận hành trọn vẹn để tạo ra nhận thức, hành vi và cảm giác phức tạp, dù tất cả đều bắt nguồn từ từng tế bào đơn lẻ. Chúng tôi đang từng bước làm rõ cơ chế hoạt động của một bộ não khỏe mạnh cũng như nguyên nhân khiến mọi thứ đi lệch hướng".

Theo giáo sư, nguyên lý cốt lõi của phương pháp này là can thiệp chính xác để tìm ra mối quan hệ nguyên nhân - kết quả, từ đó hướng tới việc điều chỉnh các bất thường chức năng. "Một khi đã biết chính xác tế bào nào đóng vai trò tạo ra hoặc chữa lành một triệu chứng, bạn hoàn toàn có thể thiết kế bất kỳ phương pháp nào để can thiệp trúng đích vào hoạt động của tế bào đó", ông nói.

Trước khi quang di truyền học ra đời, giới nghiên cứu não bộ chủ yếu dựa vào hai công cụ truyền thống: kích thích bằng dòng điện và dùng thuốc. Việc kích thích điện giúp các neuron phản ứng ngay lập tức nhưng lại vô tình làm ảnh hưởng lan sang cả các tế bào và mạch thần kinh lân cận. Thêm vào đó, dù dòng điện có thể kích hoạt neuron, nó lại không thể ức chế chúng một cách chuẩn xác, trong khi việc kiềm chế tế bào lại là chìa khóa then chốt để hiểu rõ chức năng não.

Phương pháp dùng thuốc cũng thiếu tính chính xác. Dù có thể chọn lọc loại tế bào để kích hoạt hoặc ức chế, thuốc vẫn tác động tràn sang các mạch thần kinh xung quanh. Đồng thời, thuốc bị khuếch tán rộng và chuyển hóa chậm, khiến chúng trở thành một phương pháp can thiệp kém hiệu quả.

Hãy tưởng tượng chúng ta có thể điều khiển hoạt động của các tế bào thần kinh trong một bộ não đang sống bằng ánh sáng để điều phối tín hiệu và quan sát kết quả. Công nghệ mới này kết hợp giữa quang học, kỹ thuật di truyền cùng nhiều ngành khoa học khác, dùng chính ánh sáng để điều khiển các tín hiệu chạy dọc dây thần kinh: ánh sáng xanh có tác dụng kích hoạt, còn ánh sáng vàng có tác dụng ức chế tế bào thần kinh.

Cả hai tác động đều dựa vào opsin, nhóm protein cảm quang nằm trên màng tế bào có nguồn gốc từ vi sinh vật. Loại protein này đã được nghiên cứu sâu trước năm 2004, thời điểm nhà khoa học trẻ Deisseroth bắt tay vào dự án. Ông cùng hai nghiên cứu sinh đã kế thừa phát hiện từ Viện Max Planck: một loại opsin trích xuất từ tảo, khi gặp ánh sáng xanh, sẽ mở đường cho dòng ion chạy vào tế bào.

Nhóm nghiên cứu đã biến đổi gene protein opsin để nó xuất hiện trên màng các tế bào thần kinh mong muốn ở chuột, giúp tế bào "phát xung" mỗi khi chiếu ánh sáng xanh. Kỹ thuật này được công bố trên tạp chí Nature Neuroscience vào năm 2005 và hiện trở thành công cụ được sử dụng phổ biến.

Để nâng cao tính thực tiễn, nhóm đã thiết kế kỹ thuật cấy một sợi cáp quang siêu mỏng và mềm dẻo vào não chuột đang sống. Nhờ đó, các nhà khoa học có thể chiếu ánh sáng từ xa trực tiếp vào từng tế bào hoặc mạch thần kinh mục tiêu, qua đó trực tiếp điều khiển hành vi của con vật. Đồng thời, nhóm cũng chế tạo thành công một loại opsin mới kích hoạt bởi ánh sáng vàng, có khả năng ức chế và làm ngừng hoạt động của tế bào thần kinh.

    Giáo sư Stanford lỡ cuộc gọi báo tin nhận giải Nobel lúc giữa đêm

Ngày nay, giới khoa học thần kinh đã ứng dụng nhiều dải màu ánh sáng khác nhau và có thể điều phối hoạt động của tế bào mà không nhất thiết phải qua biến đổi gene trực tiếp. Nhờ công nghệ này, giáo sư Deisseroth cùng cộng sự đã làm thuyên giảm các triệu chứng bệnh Parkinson trên mô hình chuột, đồng thời kiểm soát hành vi giao tiếp xã hội và giúp giảm bớt các biểu hiện trầm cảm trong nghiên cứu.

Tại Stanford, ông xây dựng chương trình đào tạo quang di truyền học cho hàng nghìn nhà khoa học và chia sẻ mã gene opsin biến đổi tới các phòng thí nghiệm trên toàn thế giới. Công nghệ này còn được mở rộng sang nghiên cứu tế bào cơ tim, tuyến tụy và có tiềm năng kết hợp với liệu pháp gene để hỗ trợ phục hồi chức năng vận động cho người bị liệt hay cải thiện thị lực cho người khiếm thị.

Bên cạnh công tác nghiên cứu và giảng dạy với tư cách là Giám đốc Chương trình Đại học ngành Kỹ thuật Sinh học tại Stanford, giáo sư Deisseroth vẫn trực tiếp thăm khám cho các bệnh nhân mắc trầm cảm kháng trị và rối loạn phổ tự kỷ bằng các phương pháp điều trị lâm sàng hiện hành.

Sinh ngày 18/11/1971 tại Boston, ông tốt nghiệp thủ khoa ngành Khoa học Sinh hóa tại Đại học Harvard năm 1992, nhận bằng tiến sĩ Khoa học Thần kinh năm 1998 và Bác sĩ Y khoa năm 2000 tại Stanford. Ông trở thành nghiên cứu viên tại Viện Y khoa Howard Hughes năm 2014 và là chủ nhân của hàng loạt giải thưởng danh giá như Giải Asan, Japan Prize, Horwitz, Lasker... Ông cũng được bầu vào Viện Y học, Viện Hàn lâm Khoa học, Viện Hàn lâm Kỹ thuật Quốc gia Mỹ và Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Đức. Năm 2021, ông xuất bản cuốn sách Projections: A Story of Human Emotions tái hiện những trải nghiệm lâm sàng sâu sắc với bệnh nhân tâm thần, hiện đã được dịch ra hơn 15 ngôn ngữ trên thế giới.

Bình Minh (Theo Stanford Medicine)