Nobel Y học 2026 vinh danh nghiên cứu điều khiển tế bào não bằng ánh sáng

Giải Nobel Y học năm 2026 vinh danh Karl Deisseroth, Peter Hegemann và Georg Nagel nhờ những đóng góp trong nghiên cứu các protein nhạy sáng và phát triển kỹ thuật quang di truyền học. Thành tựu này cho phép các nhà khoa học kiểm soát hoạt động của những tế bào thần kinh cụ thể bằng ánh sáng, thay vì chỉ quan sát hoạt động của chúng một cách thụ động.

Điều đặc biệt là nền tảng của công nghệ không bắt đầu từ một phương pháp điều trị bệnh, mà từ câu hỏi cơ bản về cách một sinh vật đơn bào cảm nhận ánh sáng và phản ứng với môi trường.

Từ protein nhạy sáng của tảo đến khả năng điều khiển tế bào thần kinh

Peter Hegemann, thuộc Đại học Humboldt Berlin (Đức), và Georg Nagel, thuộc Đại học Würzburg (Đức), nghiên cứu cách một loài tảo đơn bào có tên Chlamydomonas phát hiện ánh sáng. Dù không có mắt như động vật, sinh vật này vẫn có thể nhận biết ánh sáng và điều chỉnh hướng di chuyển để thích nghi với môi trường.

Các nhà khoa học phát hiện vai trò của một loại protein mang tên channelrhodopsin. Protein này nằm trong màng tế bào tảo và có khả năng phản ứng khi hấp thụ ánh sáng. 

Khi ánh sáng tác động lên phân tử nhạy sáng bên trong protein, cấu trúc của nó thay đổi, tạo thành một kênh cho phép các ion mang điện tích dương đi qua màng tế bào. Sự di chuyển của các ion tạo ra tín hiệu giúp tảo phản ứng với ánh sáng.

Phát hiện này trở nên đặc biệt quan trọng khi các nhà nghiên cứu nhận ra tế bào thần kinh cũng sử dụng sự di chuyển của các ion qua màng để điều chỉnh hoạt động. Nếu đưa được protein nhạy sáng vào tế bào thần kinh, họ có thể sử dụng ánh sáng để kích hoạt những tế bào đó theo cách có kiểm soát.

Sau đó Karl Deisseroth, bác sĩ tâm thần và nhà nghiên cứu kỹ thuật sinh học tại Đại học Stanford (Mỹ), cùng các cộng sự đã góp phần phát triển hướng nghiên cứu này thành kỹ thuật quang di truyền học.

Trong phương pháp này, các nhà khoa học đưa gene mã hóa protein nhạy sáng vào nhóm tế bào cần nghiên cứu. Một trong những cách được sử dụng là đưa gene vào tế bào thông qua vi rút đã được biến đổi để phục vụ mục đích nghiên cứu. Sau đó tế bào tạo ra protein nhạy sáng và có thể phản ứng khi được chiếu ánh sáng thích hợp.

Ở thí nghiệm trên động vật, ánh sáng có thể được dẫn vào một vùng não bằng sợi quang học mảnh. Nhờ vậy, nhà nghiên cứu có thể kích hoạt một nhóm tế bào thần kinh trong khoảng thời gian xác định, rồi quan sát những thay đổi xảy ra.

Điểm mạnh của quang di truyền học là khả năng tác động tương đối chính xác vào các tế bào đã được lựa chọn, đồng thời kiểm soát thời điểm bật hoặc tắt kích thích. Điều này giúp các nhà khoa học tìm hiểu vai trò của từng nhóm tế bào trong những chức năng phức tạp như trí nhớ, giấc ngủ, cảm giác và vận động.

Ánh sáng có thể kích hoạt ký ức và mở ra hướng điều trị mới?

Một thí nghiệm nổi bật được công bố trên tạp chí Nature năm 2012 cho thấy tiềm năng của quang di truyền học trong nghiên cứu trí nhớ. Các nhà khoa học huấn luyện chuột hình thành phản ứng sợ hãi trong một môi trường cụ thể, đồng thời xác định nhóm tế bào thần kinh hoạt động trong quá trình hình thành ký ức đó.

Vài ngày sau, khi kích hoạt nhóm tế bào này bằng ánh sáng trong một môi trường khác, những con chuột biểu hiện phản ứng đứng bất động, thường được xem là dấu hiệu sợ hãi ở chuột. Phản ứng này không xuất hiện tương tự ở nhóm chuột đối chứng chưa trải qua quá trình huấn luyện gây sợ hãi.

Kết quả cho thấy việc kích hoạt một nhóm tế bào thần kinh nhất định có thể khơi gợi phản ứng liên quan đến một ký ức cụ thể. Nghiên cứu giúp làm rõ hơn mối liên hệ giữa hoạt động của các tế bào thần kinh và quá trình ghi nhớ. Tuy nhiên, đây là thí nghiệm trên động vật, không đồng nghĩa với việc các nhà khoa học có thể tùy ý điều khiển hoặc khôi phục ký ức của con người.

Ngoài nghiên cứu não bộ, quang di truyền học còn được khảo sát trong lĩnh vực phục hồi thị lực. Ở một số bệnh thoái hóa võng mạc, các tế bào que và tế bào nón vốn đảm nhiệm việc phát hiện ánh sáng bị tổn thương hoặc mất đi. 

Các nhà nghiên cứu đang thử nghiệm cách đưa protein nhạy sáng vào những tế bào thần kinh còn lại trong võng mạc, nhằm giúp chúng phản ứng với ánh sáng và hỗ trợ khôi phục một phần khả năng nhìn.

Hướng tiếp cận này đã được nghiên cứu trong các thử nghiệm lâm sàng ban đầu. Dù vậy, hiệu quả còn phụ thuộc vào tình trạng bệnh và phương pháp can thiệp; đây chưa phải giải pháp có thể áp dụng rộng rãi cho mọi trường hợp mất thị lực.

Các nhà khoa học cũng đang tìm hiểu khả năng ứng dụng quang di truyền học đối với những bệnh lý thần kinh như Parkinson và động kinh. Những hướng nghiên cứu này vẫn cần thêm bằng chứng về hiệu quả, độ an toàn và khả năng triển khai trên người trước khi có thể trở thành phương pháp điều trị thường quy.

Ngày 6-10, Giải Nobel Y sinh năm 2025 được trao cho ba nhà khoa học Mary E. Brunkow, Fred Ramsdell (cùng quốc tịch Mỹ) và Shimon Sakaguchi (Nhật Bản) vì những phát hiện mang tính đột phá của họ về cơ chế dung nạp miễn dịch ngoại biên.