Trong tự nhiên, quang hợp là quá trình gần như chỉ tồn tại ở thực vật, tảo và một số vi khuẩn, cho phép chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học để duy trì sự sống. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Cell đã đưa ra một ý tưởng táo bạo: liệu các thành phần quang hợp của thực vật có thể được “cấy ghép” vào mô động vật để hỗ trợ điều trị bệnh hay không?
Nhóm nghiên cứu tập trung vào bệnh khô mắt (dry eye disease) – một bệnh lý phổ biến liên quan đến stress oxy hóa, viêm và tổn thương bề mặt giác mạc. Trong tình trạng này, các tế bào giác mạc thường thiếu hụt NADPH – một phân tử quan trọng giúp chống oxy hóa và duy trì cân bằng nội bào. Đồng thời, các gốc oxy hóa tự do (reactive oxygen species – ROS) như hydrogen peroxide (H₂O₂) tăng cao, làm tổn thương mô mắt và thúc đẩy phản ứng viêm.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đã khai thác hệ thống quang hợp của cải bó xôi (spinach). Từ lá cải bó xôi, họ tách các cấu trúc chloroplast và thylakoid – đặc biệt là grana, nơi diễn ra pha sáng của quang hợp. Sau đó, nhóm nghiên cứu loại bỏ phần tiêu thụ NADPH nhưng giữ lại hệ thống hấp thu ánh sáng và tạo NADPH. Hệ thống này được đóng gói thành các hạt nano kích thước khoảng 400 nm và được đặt tên là LEAF (Light-reaction Enriched thylakoid NADPH-foundry, tạm dịch: các hạt chức năng hoạt hóa năng lượng bằng hấp thu ánh sáng).
Mục tiêu của LEAF là hoạt động như một “nhà máy NADPH mini” sử dụng ánh sáng môi trường để tạo năng lượng khử chống oxy hóa ngay trong mô động vật.
Đầu tiên, nhóm nghiên cứu tiến hành thí nghiệm trên tế bào giác mạc. Các tế bào được gây stress oxy hóa và chia thành nhiều nhóm gồm đối chứng, nhóm xử lý LEAF và nhóm xử lý LEAF kết hợp ánh sáng môi trường thông thường. Sau đó, các nhà khoa học đánh giá mức NADPH, ROS và trạng thái miễn dịch của tế bào.
Kết quả cho thấy chỉ sau khoảng 30 phút tiếp xúc ánh sáng, hệ LEAF đã làm tăng mạnh NADPH trong tế bào, đồng thời giảm đáng kể ROS. Đáng chú ý, các tế bào miễn dịch tại giác mạc chuyển từ trạng thái gây viêm sang trạng thái chống viêm. Điều này cho thấy hệ quang hợp có nguồn gốc thực vật vẫn có thể hoạt động chức năng trong môi trường tế bào động vật.
Tiếp theo, nhóm nghiên cứu kiểm tra hiệu quả của LEAF trên mẫu nước mắt của 20 bệnh nhân khô mắt. Kết quả cho thấy hệ thống này có thể làm tăng NADPH khoảng 20 lần và giảm hơn 95% hydrogen peroxide – một trong những ROS quan trọng gây tổn thương tế bào.
Để đánh giá khả năng ứng dụng thực tế, các nhà khoa học tiếp tục thử nghiệm trên chuột bị gây bệnh khô mắt. Chuột được chia thành các nhóm sử dụng dung dịch muối sinh lý (saline), thuốc điều trị chuẩn (Restasis®) và thuốc nhỏ mắt chứa LEAF. Các nhóm được giữ dưới điều kiện ánh sáng phòng bình thường.
Sau khoảng 5 ngày điều trị, nhóm sử dụng LEAF cho thấy mức độ tổn thương giác mạc giảm rõ rệt so với nhóm đối chứng sử dụng saline. Phân tích mô học cho thấy lớp biểu mô giác mạc ở nhóm saline bị mỏng đi khoảng 30%, kèm theo tình trạng viêm và tổn thương bề mặt rõ rệt, trong khi nhóm LEAF duy trì cấu trúc giác mạc gần mức bình thường. Đồng thời, các chỉ dấu stress oxy hóa như hydrogen peroxide và ROS giảm mạnh sau điều trị. Trong các thử nghiệm trên mẫu sinh học, LEAF làm tăng NADPH khoảng 20 lần và giảm hơn 95% hydrogen peroxide. Đáng chú ý, khả năng phục hồi biểu mô giác mạc và giảm viêm của LEAF trong một số chỉ tiêu còn được ghi nhận tốt hơn thuốc điều trị chuẩn Restasis® (chứa cyclosporine A) trong mô hình chuột bị khô mắt.
Một điểm quan trọng khác là nghiên cứu không ghi nhận độc tính đáng kể. Các thử nghiệm về kích ứng mắt, da và độc tính cơ quan trong thời gian theo dõi khoảng hai tháng đều cho thấy hệ thống này tương đối an toàn trong mô hình động vật.
Về cơ chế, LEAF hoạt động tương tự pha sáng của quang hợp ở thực vật. Khi hấp thu ánh sáng, hệ thống này tạo ra NADPH và ATP – các phân tử đóng vai trò trung tâm trong chống oxy hóa và duy trì chuyển hóa tế bào. Nhờ đó, tế bào giác mạc có thể giảm stress oxy hóa và phục hồi tốt hơn.
Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ dừng lại ở bệnh khô mắt. Công trình này được xem là một trong những bằng chứng đầu tiên cho thấy “bộ máy quang hợp” từ thực vật có thể được tích hợp chức năng vào mô động vật có vú. Điều này mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực biohybrid engineering (kỹ thuật sinh học lai), nơi các cấu trúc sinh học từ nhiều giới sinh vật khác nhau có thể được kết hợp nhằm tạo ra các hệ thống điều trị mới.
Trong tương lai, công nghệ tương tự có thể được nghiên cứu cho các mô thiếu oxy, tổn thương thần kinh, da hoặc y học tái tạo. Tuy nhiên, nghiên cứu hiện vẫn đang ở giai đoạn tiền lâm sàng và cần thêm nhiều thử nghiệm để đánh giá hiệu quả lâu dài cũng như độ an toàn trên người.
Dù còn nhiều thách thức, nghiên cứu này cho thấy ranh giới giữa sinh học thực vật và sinh học động vật có thể không “tách biệt tuyệt đối” như trước đây. Những cơ chế tiến hóa vốn chỉ tồn tại ở thực vật giờ đây đang được khai thác như một công cụ tiềm năng cho y học tương lai.
TS. Nguyễn Trí Nhân, Khoa Khoa học Thực phẩm và Sức khoẻ, Trường Đại học Kiên Giang (Email: ntnhan82@vnkgu.edu.vn)
Nguồn:
Mullard, A. (2026, May 15). Mouse eyes photosynthesize after plant-to-animal transplant: Could spinach extracts be the next treatment for dry-eye disease? Nature News. https://doi.org/10.1038/d41586-026-01559-9
Xing, K., et al. (2026). Transplanting light-dependent reactions for mammalian eye photosynthesis. Cell. https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.04.034
