Ngày 5/10/2026, Hội đồng Nobel tại Viện Karolinska (Thụy Điển) chính thức công bố Giải Nobel Sinh lý học hoặc Y học năm 2026 thuộc về ba nhà khoa học Karl Deisseroth, Peter Hegemann và Georg Nagel vì những khám phá liên quan đến các kênh ion được điều khiển bằng ánh sáng và công nghệ quang di truyền học (optogenetics). Thành tựu này đánh dấu một bước phát triển quan trọng của khoa học thần kinh hiện đại, khi các nhà nghiên cứu không chỉ có thể quan sát hoạt động của những tế bào thần kinh mà còn chủ động kích hoạt hoặc ức chế chúng bằng những tín hiệu ánh sáng có độ chính xác cao. Bắt nguồn từ việc tìm hiểu cách một loài tảo đơn bào cảm nhận ánh sáng, các công trình được vinh danh đã dẫn đến sự ra đời của một phương pháp nghiên cứu có khả năng làm sáng tỏ mối quan hệ giữa hoạt động của não bộ với trí nhớ, cảm xúc và hành vi. Sau hơn hai thập niên phát triển, quang di truyền học còn mở ra triển vọng ứng dụng trong điều trị một số bệnh lý thần kinh và phục hồi thị giác. Vậy ba nhà khoa học đã khám phá điều gì, công nghệ quang di truyền học hoạt động như thế nào và vì sao một nghiên cứu về tảo có thể làm thay đổi cách con người tiếp cận những bí ẩn của bộ não?
Ba nhà khoa học và hành trình khám phá khả năng điều khiển tế bào bằng ánh sáng
Karl Deisseroth sinh năm 1971 tại Hoa Kỳ, hiện là giáo sư tại Đại học Stanford, đồng thời hoạt động trong lĩnh vực tâm thần học, khoa học thần kinh và kỹ thuật sinh học. Ông nhận bằng tiến sĩ năm 1998 và bằng bác sĩ y khoa năm 2000 tại Stanford. Điểm đặc biệt trong sự nghiệp của Deisseroth là sự kết hợp giữa nghiên cứu cơ chế hoạt động của hệ thần kinh với những vấn đề lâm sàng trong lĩnh vực tâm thần học. Thay vì chỉ tìm hiểu sự tương quan giữa hoạt động của não bộ và biểu hiện hành vi, ông quan tâm đến khả năng xác định những tế bào hoặc mạch thần kinh cụ thể thực sự tham gia tạo ra các trạng thái tâm lý và hành vi.
Peter Hegemann sinh năm 1954 tại Đức, nhận bằng tiến sĩ năm 1984 tại Viện Max Planck về Hóa sinh ở Martinsried và hiện là giáo sư tại Đại học Humboldt Berlin. Trong nhiều thập niên, ông nghiên cứu các protein cảm nhận ánh sáng và cách những sinh vật đơn giản phản ứng với sự thay đổi của môi trường. Một trong những đối tượng nghiên cứu đặc biệt quan trọng của Hegemann là Chlamydomonas, một loài tảo lục đơn bào có khả năng di chuyển theo hướng ánh sáng.
Georg Nagel sinh năm 1953 tại Đức, nhận bằng tiến sĩ năm 1988 tại Đại học Frankfurt và hiện công tác tại Đại học Würzburg. Ông chuyên nghiên cứu các protein màng, vận chuyển ion và những cơ chế sinh lý cho phép tế bào chuyển đổi tín hiệu từ môi trường thành phản ứng sinh học. Những nghiên cứu của Nagel về cấu trúc và chức năng của các protein nhạy sáng đóng vai trò quyết định trong việc xác định cách những protein này có thể hoạt động như các kênh ion.
Điểm chung giữa ba nhà khoa học nằm ở việc sử dụng những kiến thức và phương pháp thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau để giải quyết một bài toán sinh học. Hegemann và Nagel tập trung tìm hiểu đặc tính của những protein nhạy sáng có nguồn gốc từ vi sinh vật. Deisseroth cùng các cộng sự phát triển khả năng sử dụng những protein đó để điều khiển hoạt động của tế bào thần kinh ở động vật có vú. Sự kết hợp giữa sinh học phân tử, vật lý sinh học, kỹ thuật di truyền và khoa học thần kinh đã tạo nên nền tảng cho một công nghệ nghiên cứu hoàn toàn mới.
Theo công bố chính thức, ba nhà khoa học chia đều Giải Nobel Y sinh năm 2026, với tổng giá trị giải thưởng là 12 triệu krona Thụy Điển. Quyết định của Hội đồng Nobel ghi nhận không chỉ sự phát hiện ra những protein nhạy sáng mà còn cả quá trình biến các protein đó thành một công cụ nghiên cứu có khả năng tác động trực tiếp đến hoạt động của hệ thần kinh.
Tại sao việc nghiên cứu hoạt động của não bộ lại khó khăn?
Bộ não con người là một trong những hệ thống sinh học phức tạp nhất được biết đến. Với khoảng 86 tỷ tế bào thần kinh, cùng mạng lưới liên kết gồm số lượng khổng lồ các khớp thần kinh, não bộ thực hiện nhiều chức năng từ tiếp nhận thông tin giác quan, điều khiển vận động đến hình thành trí nhớ, cảm xúc và những quá trình nhận thức phức tạp.
Hoạt động của não không phụ thuộc vào một tế bào riêng lẻ mà được hình thành thông qua sự phối hợp của nhiều nhóm tế bào và những mạng lưới thần kinh có chức năng khác nhau. Ngay cả một hành vi tưởng chừng đơn giản như đưa tay cầm một vật cũng liên quan đến quá trình tiếp nhận thông tin thị giác, xác định vị trí, lập kế hoạch vận động và điều khiển sự co cơ.
Trong lịch sử nghiên cứu thần kinh, các nhà khoa học đã phát triển nhiều phương pháp nhằm tìm hiểu mối quan hệ giữa hoạt động của não và hành vi. Kỹ thuật điện sinh lý cho phép ghi nhận tín hiệu điện của tế bào thần kinh, trong khi các phương pháp chụp ảnh não như cộng hưởng từ chức năng (functional magnetic resonance imaging – fMRI) cung cấp thông tin về những thay đổi có liên hệ với hoạt động thần kinh tại các khu vực khác nhau.
Tuy nhiên, việc quan sát một khu vực não hoạt động khi con người thực hiện một nhiệm vụ không đủ để chứng minh rằng khu vực đó trực tiếp gây ra hành vi được nghiên cứu. Đây là sự khác biệt quan trọng giữa tương quan (correlation) và quan hệ nhân quả (causation).
Chẳng hạn, nếu một nhóm tế bào thần kinh hoạt động mạnh khi con người trải qua cảm giác sợ hãi, điều đó chưa chứng minh các tế bào ấy tạo ra cảm giác sợ hãi. Chúng có thể tham gia ghi nhận mối đe dọa, xử lý ký ức, điều phối phản ứng cơ thể hoặc thực hiện một chức năng khác liên quan đến trạng thái tâm lý.
Để xác định quan hệ nhân quả, các nhà khoa học cần có khả năng chủ động thay đổi hoạt động của những tế bào được lựa chọn và quan sát kết quả. Nếu việc kích hoạt một nhóm tế bào làm xuất hiện một phản ứng hành vi, còn việc ức chế hoạt động của chúng khiến phản ứng thay đổi, nhà nghiên cứu sẽ có thêm bằng chứng để xác định vai trò chức năng của nhóm tế bào đó.
Trước khi quang di truyền học phát triển, việc kích thích điện được sử dụng rộng rãi để tác động lên hoạt động thần kinh. Tuy nhiên, một điện cực có thể ảnh hưởng đến nhiều loại tế bào và các sợi thần kinh nằm gần vị trí kích thích, khiến việc phân biệt đóng góp của từng nhóm tế bào trở nên khó khăn.
Các phương pháp sử dụng thuốc cũng có thể tác động đến hoạt động thần kinh, nhưng thường có giới hạn về tốc độ, khả năng kiểm soát thời gian và mức độ chọn lọc đối với những nhóm tế bào cụ thể.
Do đó, một bài toán quan trọng của khoa học thần kinh là phát triển phương pháp có thể đồng thời đáp ứng ba yêu cầu: lựa chọn đúng nhóm tế bào cần nghiên cứu, tác động vào chúng trong khoảng thời gian chính xác và quan sát được sự thay đổi về hoạt động hoặc hành vi.
Quang di truyền học ra đời nhằm đáp ứng những yêu cầu đó. Thay vì chỉ sử dụng điện hoặc hóa chất, phương pháp này kết hợp kỹ thuật di truyền với ánh sáng để điều khiển hoạt động của các tế bào đã được lựa chọn.
Từ một loài tảo đơn bào đến phát hiện về kênh ion nhạy sáng
Nguồn gốc của công nghệ quang di truyền học bắt đầu từ một câu hỏi tương đối đơn giản: Bằng cách nào một loài tảo đơn bào có thể nhận biết và di chuyển theo hướng ánh sáng?
Chlamydomonas reinhardtii là một loài tảo lục đơn bào có khả năng quang hợp và di chuyển nhờ hai roi. Để tồn tại và thực hiện quá trình quang hợp hiệu quả, sinh vật này có thể điều chỉnh chuyển động trước những thay đổi về cường độ và hướng ánh sáng trong môi trường.
Các nhà khoa học từ lâu đã biết rằng Chlamydomonas sở hữu một cấu trúc cảm nhận ánh sáng, thường được gọi là điểm mắt (eyespot). Tuy nhiên, cơ chế phân tử giúp sinh vật chuyển đổi ánh sáng thành phản ứng điện và từ đó điều chỉnh vận động vẫn cần được làm rõ.
Trong các nghiên cứu về khả năng cảm nhận ánh sáng của tảo, Peter Hegemann cùng các cộng sự tìm hiểu những biến đổi điện sinh lý xảy ra khi tế bào tiếp xúc với ánh sáng. Những nghiên cứu này góp phần dẫn đến việc xác định các protein có khả năng chuyển tín hiệu ánh sáng thành sự thay đổi hoạt động điện của màng tế bào.
Bước ngoặt quan trọng xuất hiện năm 2002, khi Georg Nagel, Peter Hegemann và các cộng sự công bố bài báo Channelrhodopsin-1: A Light-Gated Proton Channel in Green Algae trên tạp chí Science. Công trình mô tả một protein có tên channelrhodopsin-1 (ChR1), có khả năng hoạt động như một kênh vận chuyển proton được điều khiển trực tiếp bằng ánh sáng.
Về bản chất, kênh ion là một loại protein màng cho phép các ion đi qua màng tế bào trong những điều kiện nhất định. Vì các ion mang điện tích, sự vận chuyển của chúng có thể làm thay đổi điện thế màng, một yếu tố quan trọng trong hoạt động của nhiều loại tế bào, đặc biệt là tế bào thần kinh và tế bào cơ.
Phát hiện năm 2002 cho thấy một protein có nguồn gốc từ tảo có thể mở kênh vận chuyển ion khi được chiếu sáng. Điều đáng chú ý là hoạt động này không đòi hỏi một chuỗi tín hiệu sinh hóa phức tạp gồm nhiều thành phần trung gian.
Năm 2003, nhóm của Nagel và Hegemann tiếp tục công bố nghiên cứu Channelrhodopsin-2, a Directly Light-Gated Cation-Selective Membrane Channel trên Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Lần này, các nhà khoa học mô tả channelrhodopsin-2 (ChR2), một protein cho phép những ion mang điện tích dương đi qua màng tế bào khi tiếp nhận ánh sáng thích hợp.
Khi ChR2 hấp thụ ánh sáng xanh, sự thay đổi cấu hình của protein khiến kênh ion mở ra trong thời gian rất ngắn. Các ion dương có thể đi qua màng, làm thay đổi điện thế của tế bào. Trong điều kiện thích hợp, quá trình này có thể tạo ra sự khử cực màng, một cơ chế quan trọng để kích hoạt tín hiệu điện ở tế bào thần kinh.
Một trong những đặc tính đặc biệt nhất của ChR2 là khả năng hoạt động trong những loại tế bào không phải tảo. Khi gene mã hóa protein được đưa vào những tế bào phù hợp, các tế bào đó có thể tạo ra ChR2 và trở nên nhạy cảm với ánh sáng.
Điều này mang ý nghĩa vượt ra ngoài việc giải thích hành vi của một sinh vật đơn bào. Nó cho thấy các nhà khoa học có thể sử dụng một protein tự nhiên như công cụ để điều khiển hoạt động của tế bào khác, miễn là những điều kiện cần thiết cho sự biểu hiện và hoạt động của protein được đáp ứng.
Chính phát hiện này đã tạo ra nền tảng phân tử quan trọng để quang di truyền học hình thành và phát triển.
Bước đột phá năm 2005: Khi tế bào thần kinh có thể được kích hoạt bằng ánh sáng
Sau khi đặc tính của channelrhodopsin được xác lập, câu hỏi tiếp theo là liệu protein nhạy sáng có thể được sử dụng để điều khiển hoạt động của tế bào thần kinh hay không.
Năm 2005, Edward Boyden, Feng Zhang, Ernst Bamberg, Georg Nagel và Karl Deisseroth công bố nghiên cứu Millisecond-Timescale, Genetically Targeted Optical Control of Neural Activity trên tạp chí Nature Neuroscience. Đây là một trong những công trình nền tảng của quang di truyền học hiện đại.
Trong nghiên cứu này, nhóm khoa học đưa gene mã hóa ChR2 vào các tế bào thần kinh động vật có vú được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm. Sau khi tế bào biểu hiện protein nhạy sáng, các nhà nghiên cứu sử dụng những xung ánh sáng xanh để kích hoạt chúng.
Kết quả cho thấy có thể điều khiển sự phát sinh các điện thế hoạt động (action potentials) của tế bào thần kinh với độ chính xác ở thang thời gian mili giây. Đây là một bước tiến đặc biệt quan trọng, bởi hoạt động truyền thông tin trong hệ thần kinh diễn ra rất nhanh. Một phương pháp kích thích quá chậm có thể không phản ánh đầy đủ tính chất thời gian của những tín hiệu sinh học.
Để hiểu ý nghĩa của thí nghiệm này, cần làm rõ cơ chế hình thành tín hiệu điện trong tế bào thần kinh. Ở trạng thái nghỉ, màng tế bào duy trì sự chênh lệch điện thế giữa bên trong và bên ngoài nhờ sự phân bố không đồng đều của các ion. Khi tế bào nhận được kích thích đủ mạnh, những thay đổi về điện thế màng có thể dẫn đến sự phát sinh điện thế hoạt động, tạo điều kiện cho tín hiệu thần kinh được truyền đi.
Bằng cách đưa ChR2 vào màng tế bào, nhóm nghiên cứu tạo ra một cơ chế bổ sung để thay đổi điện thế màng. Khi được chiếu ánh sáng thích hợp, kênh mở ra, cho phép ion di chuyển và làm tế bào khử cực. Nếu sự khử cực đủ để đạt ngưỡng kích hoạt, điện thế hoạt động có thể xuất hiện.
Điểm đột phá nằm ở chỗ ánh sáng trở thành một công cụ điều khiển hoạt động thần kinh, thay vì chỉ là phương tiện quan sát. Các nhà khoa học có thể xác định thời điểm kích thích, thời gian kích thích và những tế bào được tác động thông qua chiến lược biểu hiện gene phù hợp.
Những công trình tiếp theo nhanh chóng mở rộng khả năng của phương pháp này. Trong năm 2005, các nhà nghiên cứu thuộc nhóm của Georg Nagel và Alexander Gottschalk cũng chứng minh khả năng sử dụng channelrhodopsin để điều khiển hoạt động thần kinh ở giun tròn Caenorhabditis elegans. Đến năm 2007, những nghiên cứu tiếp theo cho thấy khả năng điều khiển hoạt động của các nhóm tế bào thần kinh trong não động vật có vú đang sống.
Cũng trong giai đoạn này, các nhà khoa học tiếp tục phát triển những protein khác có khả năng ức chế hoạt động thần kinh. Nếu ChR2 thường được sử dụng để kích hoạt tế bào thông qua cơ chế khử cực, những protein như halorhodopsin có thể được sử dụng trong một số điều kiện để làm giảm tính kích thích điện của tế bào.
Nhờ sự phát triển của những công cụ này, quang di truyền học không còn giới hạn ở việc bật hoạt động tế bào, mà dần trở thành một hệ thống phương pháp cho phép điều khiển hoạt động của những quần thể tế bào được lựa chọn theo nhiều cách khác nhau.
Đây là nền tảng dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của quang di truyền học trong các phòng thí nghiệm khoa học thần kinh trên toàn thế giới.
Quang di truyền học hoạt động như thế nào?
Quang di truyền học (optogenetics) là phương pháp kết hợp kỹ thuật di truyền và kích thích bằng ánh sáng để điều khiển hoạt động của những tế bào hoặc quá trình sinh học được lựa chọn. Trong nghiên cứu thần kinh, phương pháp này thường sử dụng những protein nhạy sáng nhằm làm thay đổi điện thế màng và hoạt động của các nhóm tế bào thần kinh.
Để triển khai một thí nghiệm quang di truyền học, các nhà nghiên cứu trước hết cần xác định nhóm tế bào mục tiêu. Đây có thể là những tế bào tham gia điều khiển vận động, xử lý cảm xúc, hình thành ký ức hoặc thực hiện một chức năng thần kinh cụ thể.
Tiếp theo, gene mã hóa protein nhạy sáng được đưa vào những tế bào phù hợp. Tùy theo mục tiêu nghiên cứu, việc này có thể được thực hiện thông qua các vector virus hoặc sử dụng những dòng động vật đã được biến đổi di truyền. Những hệ thống điều khiển biểu hiện gene giúp nhà nghiên cứu giới hạn việc tạo protein nhạy sáng trong những loại tế bào nhất định.
Sau khi protein xuất hiện ở tế bào mục tiêu, ánh sáng được đưa đến khu vực nghiên cứu. Trong các thí nghiệm trên động vật, ánh sáng có thể được truyền thông qua sợi quang hoặc những thiết bị quang học được thiết kế phù hợp. Đối với một số mô hoặc hệ thống tế bào, việc chiếu sáng có thể thực hiện trực tiếp từ bên ngoài.
Khi protein hấp thụ ánh sáng có bước sóng thích hợp, cấu trúc của nó thay đổi, dẫn đến sự mở kênh ion hoặc kích hoạt một cơ chế vận chuyển ion. Tùy theo loại protein được sử dụng, kết quả có thể là làm tăng hoặc làm giảm khả năng phát sinh tín hiệu điện của tế bào.
Cuối cùng, nhà nghiên cứu ghi nhận những thay đổi về hoạt động điện, tín hiệu sinh học hoặc hành vi của đối tượng thí nghiệm. Bằng cách so sánh những điều kiện có và không có kích thích ánh sáng, cũng như sử dụng các nhóm đối chứng phù hợp, họ có thể đánh giá vai trò chức năng của những tế bào được tác động.
Ưu thế lớn của phương pháp nằm ở khả năng kết hợp tính chọn lọc tế bào với độ chính xác về thời gian. Trong nhiều trường hợp, các nhà khoa học có thể tác động đến một quần thể tế bào đã được xác định bằng đặc điểm di truyền, thay vì kích thích đồng thời nhiều tế bào nằm gần nhau như một số phương pháp truyền thống.
Tuy nhiên, quang di truyền học không có nghĩa là có thể điều khiển mọi tế bào trong não bằng một tia sáng thông thường. Để phương pháp hoạt động, tế bào cần biểu hiện protein nhạy sáng và phải nhận được ánh sáng phù hợp. Trong những cấu trúc sâu của não, việc đưa ánh sáng đến mô mục tiêu có thể đòi hỏi thiết bị chuyên dụng hoặc các giải pháp kỹ thuật phức tạp.
Ngoài ra, không phải mọi thay đổi được ghi nhận sau kích thích đều có thể quy trực tiếp cho một nhóm tế bào duy nhất. Mạng lưới thần kinh gồm nhiều thành phần có quan hệ tương tác, vì vậy việc kích hoạt một quần thể tế bào có thể ảnh hưởng đến những tế bào và mạch thần kinh khác. Để xác lập một kết luận nhân quả đáng tin cậy, nhà nghiên cứu vẫn cần thực hiện các thí nghiệm đối chứng và kiểm tra những cơ chế liên quan.
Đóng góp đối với khoa học thần kinh: Từ quan sát đến xác định quan hệ nhân quả
Đóng góp quan trọng đầu tiên của quang di truyền học là tạo ra một phương pháp mới để xác định vai trò chức năng của những mạch thần kinh. Trước đây, nhiều nghiên cứu chủ yếu cho thấy sự tương quan giữa hoạt động não và những trạng thái hành vi. Với quang di truyền học, các nhà khoa học có thể chủ động thay đổi hoạt động của các tế bào đã được lựa chọn, từ đó kiểm tra xem sự thay đổi ấy có ảnh hưởng đến chức năng hoặc hành vi hay không.
Một hướng nghiên cứu nổi bật là cơ chế hình thành và lưu giữ trí nhớ. Trí nhớ không tồn tại dưới dạng một đơn vị riêng biệt có thể dễ dàng xác định trong não, mà liên quan đến những thay đổi hoạt động và kết nối của các mạng lưới thần kinh. Các nghiên cứu sử dụng quang di truyền học đã giúp làm rõ vai trò của một số quần thể tế bào trong việc hình thành, củng cố và gợi nhớ những trải nghiệm.
Chẳng hạn, những thí nghiệm trên động vật cho thấy việc kích hoạt các quần thể tế bào liên quan đến một ký ức nhất định có thể làm xuất hiện những phản ứng hành vi phù hợp với trải nghiệm trước đó. Kết quả này có ý nghĩa quan trọng đối với việc nghiên cứu cơ sở tế bào của trí nhớ, đồng thời góp phần phát triển những cách tiếp cận mới đối với câu hỏi bằng cách nào một trải nghiệm được lưu giữ và có thể được tái kích hoạt.
Quang di truyền học cũng được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu cảm xúc và động lực. Những trạng thái như sợ hãi, lo âu, tìm kiếm phần thưởng hoặc né tránh nguy hiểm đều liên quan đến hoạt động phối hợp của nhiều vùng não. Thông qua việc điều khiển những nhóm tế bào hoặc đường truyền thần kinh cụ thể, các nhà nghiên cứu có thể đánh giá vai trò của từng thành phần trong các phản ứng đó.
Trong nghiên cứu giấc ngủ, phương pháp này giúp khảo sát những nhóm tế bào tham gia điều chỉnh trạng thái thức và ngủ. Một số thí nghiệm đã cho thấy việc kích hoạt các quần thể tế bào thần kinh nhất định có thể làm thay đổi xác suất hoặc thời điểm động vật chuyển từ trạng thái ngủ sang thức.
Những nghiên cứu về vận động cũng được hưởng lợi từ công nghệ này. Các nhà khoa học có thể khảo sát cách tín hiệu được truyền qua những mạch thần kinh liên quan đến việc điều phối cử động, kiểm soát cơ hoặc lựa chọn hành động.
Đặc biệt, quang di truyền học tạo điều kiện để phân tích những mạch thần kinh có liên quan đến các bệnh lý như Parkinson, động kinh và một số rối loạn tâm thần. Thay vì chỉ quan sát những bất thường ở cấp độ vùng não, các nhà nghiên cứu có thể tìm hiểu sâu hơn những quần thể tế bào và cơ chế truyền tín hiệu tham gia vào quá trình hình thành triệu chứng.
Tuy nhiên, cần phân biệt giữa việc làm rõ cơ chế bệnh sinh và việc phát triển được một phương pháp điều trị hiệu quả. Một kết quả thực nghiệm cho thấy việc kích hoạt nhóm tế bào nào đó có thể làm thay đổi hành vi ở chuột không đồng nghĩa với việc cùng kỹ thuật ấy có thể được áp dụng trực tiếp, an toàn và hiệu quả trên người.
Vì vậy, đóng góp quan trọng nhất của quang di truyền học cho đến nay vẫn nằm ở khả năng phát triển tri thức nền tảng về chức năng của hệ thần kinh, từ đó cung cấp cơ sở cho những hướng nghiên cứu và ứng dụng y học trong tương lai.
Triển vọng điều trị bệnh: Từ Parkinson, động kinh đến phục hồi thị giác
Sự phát triển của quang di truyền học đã thúc đẩy nhiều hướng nghiên cứu nhằm ứng dụng khả năng điều khiển hoạt động tế bào vào y học. Trong đó, những lĩnh vực được quan tâm bao gồm điều trị rối loạn thần kinh, các bệnh tâm thần và những tình trạng mất chức năng giác quan.
Đối với bệnh Parkinson, một trong những đặc điểm bệnh lý quan trọng là sự suy giảm các tế bào thần kinh sản xuất dopamine trong những mạch vận động. Điều này dẫn đến các triệu chứng như run, chậm vận động và cứng cơ. Những phương pháp điều trị hiện nay bao gồm sử dụng thuốc và, trong một số trường hợp, kích thích não sâu (deep brain stimulation – DBS).
Quang di truyền học cung cấp một phương pháp nghiên cứu bổ sung để tìm hiểu chức năng của các mạch thần kinh liên quan đến vận động. Bằng cách kích hoạt hoặc ức chế những quần thể tế bào cụ thể trong mô hình động vật, các nhà khoa học có thể đánh giá những cơ chế có khả năng tham gia vào quá trình hình thành triệu chứng.
Đối với động kinh, công nghệ này được nghiên cứu nhằm xác định những mạng lưới thần kinh liên quan đến sự xuất hiện và lan truyền của các cơn co giật. Một số nghiên cứu tiền lâm sàng đã khảo sát khả năng sử dụng protein nhạy sáng để làm giảm hoạt động quá mức của những nhóm tế bào thần kinh liên quan. Dù các kết quả trên mô hình động vật cho thấy tiềm năng, việc phát triển một phương pháp điều trị thường quy trên người vẫn đòi hỏi nhiều nghiên cứu về hiệu quả, an toàn và khả năng đưa protein nhạy sáng đến mô mục tiêu.
Trong lĩnh vực tâm thần học, quang di truyền học góp phần làm rõ chức năng của những mạch thần kinh liên quan đến stress, lo âu, động lực và hành vi xã hội. Đây là những vấn đề có liên quan đến nhiều rối loạn tâm thần, nhưng cơ chế bệnh sinh thường rất phức tạp và chịu ảnh hưởng của cả yếu tố sinh học, tâm lý lẫn môi trường.
Do đó, những phát hiện về mạch thần kinh không nên được diễn giải thành khả năng điều khiển chính xác mọi cảm xúc hoặc điều trị trực tiếp các rối loạn tâm thần bằng ánh sáng. Đối với con người, hoạt động tâm lý và hành vi không thể được quy giản hoàn toàn vào một nhóm tế bào hay một cơ chế sinh học đơn lẻ.
Trong số các hướng ứng dụng đang được phát triển, phục hồi thị giác là lĩnh vực đã có những kết quả lâm sàng đặc biệt đáng chú ý.
Năm 2021, nhóm nghiên cứu do José-Alain Sahel và các cộng sự công bố công trình Partial Recovery of Visual Function in a Blind Patient after Optogenetic Therapy trên tạp chí Nature Medicine. Nghiên cứu trình bày trường hợp một bệnh nhân bị mất thị lực do viêm võng mạc sắc tố (retinitis pigmentosa), một nhóm bệnh thoái hóa võng mạc di truyền có thể dẫn đến suy giảm thị lực nghiêm trọng.
Trong phương pháp thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đưa gene mã hóa protein nhạy sáng ChrimsonR vào những tế bào hạch võng mạc thông qua vector virus liên quan đến adeno (adeno-associated virus – AAV). Sau đó, bệnh nhân sử dụng một loại kính đặc biệt có khả năng chuyển đổi thông tin hình ảnh thành những tín hiệu ánh sáng phù hợp để kích thích các tế bào đã được biến đổi.
Kết quả cho thấy bệnh nhân có thể thực hiện một số nhiệm vụ nhận biết, xác định vị trí và tương tác với vật thể trong những điều kiện thử nghiệm nhất định khi sử dụng kết hợp phương pháp điều trị và thiết bị hỗ trợ. Đây là một trong những bằng chứng lâm sàng đầu tiên cho thấy quang di truyền học có thể góp phần phục hồi một phần chức năng thị giác ở người đã mất thị lực do bệnh thoái hóa võng mạc.
Đáng chú ý, ngày 7/10/2026, chỉ hai ngày sau khi giải Nobel được công bố, nghiên cứu Optogenetic Therapy for Restoring Aspects of Visual Function tiếp tục được đăng trên The New England Journal of Medicine. Công trình do José-Alain Sahel và các cộng sự thực hiện khảo sát 10 người tham gia bị mất thị lực do viêm võng mạc sắc tố giai đoạn tiến triển.
Mỗi người tham gia được tiêm vào dịch kính một vector AAV mang gene mã hóa protein ChrimsonR, đồng thời sử dụng kính kích thích ánh sáng được thiết kế phù hợp. Mục tiêu chính của nghiên cứu là đánh giá tính an toàn, trong khi những thay đổi về độ nhạy ánh sáng được sử dụng như một kết quả đánh giá bổ sung.
Theo kết quả công bố, 7 trong số 10 người tham gia có cải thiện về độ nhạy ánh sáng, với mức cải thiện dao động từ 2 đến 62,3 lần so với ban đầu. Trong đó, 6 người đạt mức cải thiện được nhóm nghiên cứu xem là có ý nghĩa lâm sàng theo tiêu chí phân tích đã sử dụng. Tuy nhiên, tiêu chí cải thiện này không được xác định trước trong đề cương thử nghiệm.
Nghiên cứu cũng ghi nhận 34 biến cố bất lợi liên quan đến mắt ở 9 trong số 10 người tham gia, gồm 23 biến cố nhẹ, 10 biến cố trung bình và một biến cố nặng là tắc động mạch trung tâm võng mạc thoáng qua, được xử trí và hồi phục trong thời gian ngắn.
Những kết quả này cho thấy tiềm năng của phương pháp điều trị, nhưng chưa đủ để khẳng định quang di truyền học có thể phục hồi hoàn toàn thị giác hoặc trở thành liệu pháp điều trị phổ biến. Quy mô thử nghiệm còn nhỏ, thiết kế nghiên cứu không có nhóm đối chứng ngẫu nhiên và mục tiêu chính là đánh giá an toàn. Các nghiên cứu tiếp theo vẫn cần xác định rõ hơn hiệu quả, tính bền vững của đáp ứng và những rủi ro khi triển khai trên quy mô lớn.
Dù vậy, việc những protein nhạy sáng được phát hiện trong nghiên cứu cơ bản có thể được phát triển thành công cụ điều trị thử nghiệm trên người là một bước tiến đáng kể. Nó cho thấy mối liên hệ lâu dài giữa những khám phá về cơ chế sinh học và khả năng hình thành phương pháp điều trị mới.
Những đóng góp của Nobel Y sinh 2026 đối với khoa học hiện đại
Đóng góp đầu tiên và có ý nghĩa nền tảng nhất của ba nhà khoa học là phát triển khả năng kiểm soát hoạt động tế bào với độ chính xác cao về thời gian và không gian. Trong khoa học thần kinh, đặc điểm này đặc biệt quan trọng bởi tín hiệu điện của tế bào có thể diễn ra trong khoảng thời gian rất ngắn, còn những mạng lưới thần kinh khác nhau có thể đan xen trong cùng một khu vực giải phẫu.
Quang di truyền học cho phép kết hợp việc lựa chọn tế bào dựa trên đặc điểm di truyền với khả năng tác động bằng ánh sáng có thời gian xác định. Điều này giúp các nhà nghiên cứu kiểm tra những giả thuyết về chức năng của tế bào và mạch thần kinh theo cách trước đây khó thực hiện.
Đóng góp thứ hai là tạo ra bước phát triển quan trọng trong nghiên cứu quan hệ nhân quả của hệ thần kinh. Thay vì chỉ quan sát những thay đổi đi kèm với một hành vi, các nhà khoa học có thể chủ động tác động vào hoạt động thần kinh để kiểm định vai trò của những nhóm tế bào cụ thể.
Điều này có ý nghĩa đối với phương pháp luận nghiên cứu. Trong nhiều lĩnh vực của khoa học, việc xác định quan hệ nhân quả đòi hỏi khả năng can thiệp vào biến số được nghiên cứu và đánh giá kết quả trong những điều kiện kiểm soát phù hợp. Quang di truyền học đã cung cấp thêm một công cụ thực nghiệm mạnh mẽ để thực hiện yêu cầu đó trong nghiên cứu sinh học thần kinh.
Đóng góp thứ ba liên quan đến việc thúc đẩy nghiên cứu liên ngành. Quang di truyền học không thể phát triển chỉ dựa trên một lĩnh vực khoa học riêng lẻ. Việc khám phá và sử dụng protein nhạy sáng đòi hỏi kiến thức về sinh học phân tử, cấu trúc protein, vật lý ánh sáng, điện sinh lý, kỹ thuật di truyền và phân tích hoạt động thần kinh.
Sự kết hợp này góp phần thúc đẩy quá trình phát triển của những thiết bị quang học, hệ thống truyền ánh sáng, kỹ thuật biểu hiện gene và phương pháp thu thập dữ liệu trong nghiên cứu sinh học. Đồng thời, các protein nhạy sáng tiếp tục được cải tiến nhằm thay đổi bước sóng kích hoạt, tốc độ đáp ứng hoặc tính chất vận chuyển ion, qua đó mở rộng khả năng sử dụng trong những hệ thống tế bào khác nhau.
Đóng góp thứ tư là hình thành một nền tảng công nghệ cho những hướng nghiên cứu y học mới. Mặc dù phần lớn ứng dụng hiện nay vẫn tập trung ở giai đoạn nghiên cứu cơ bản hoặc tiền lâm sàng, các thử nghiệm phục hồi thị giác cho thấy khả năng chuyển đổi tri thức về protein và tín hiệu tế bào thành những phương pháp can thiệp có mục tiêu.
Điều này đặc biệt đáng chú ý bởi sự phát triển của quang di truyền học không bắt đầu từ một nhu cầu sản xuất thiết bị y tế hoặc điều trị một bệnh cụ thể. Nó bắt đầu từ sự tò mò khoa học về cách một sinh vật đơn giản cảm nhận ánh sáng.
Chính đặc điểm ấy cho thấy giá trị của nghiên cứu khoa học cơ bản. Một phát hiện có vẻ chỉ liên quan đến sinh lý học của vi sinh vật có thể trở thành nền tảng cho những công nghệ hoàn toàn khác biệt khi được kết hợp với các tiến bộ của nhiều lĩnh vực nghiên cứu.
Những giới hạn khoa học, thách thức lâm sàng và vấn đề đạo đức
Bên cạnh những thành tựu quan trọng, quang di truyền học vẫn đối mặt với nhiều thách thức trước khi có thể được ứng dụng rộng rãi trong điều trị bệnh ở người.
Trước hết là vấn đề đưa protein nhạy sáng vào đúng loại tế bào. Trong nhiều thí nghiệm trên động vật, các nhà khoa học có thể sử dụng những dòng sinh vật biến đổi di truyền hoặc hệ thống vector virus được thiết kế nhằm biểu hiện protein trong nhóm tế bào mục tiêu. Tuy nhiên, việc triển khai ở người đòi hỏi phải bảo đảm các yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn, tính đặc hiệu và khả năng kiểm soát những tác động không mong muốn.
Thách thức thứ hai là khả năng đưa ánh sáng đến mô cần điều trị. Ánh sáng bị hấp thụ và tán xạ khi truyền qua mô sinh học, khiến việc kích thích những cấu trúc nằm sâu trong cơ thể trở nên khó khăn. Một số hệ thống quang di truyền học có thể yêu cầu sử dụng thiết bị cấy ghép hoặc những giải pháp kỹ thuật đặc biệt, qua đó làm phát sinh thêm vấn đề về tính xâm lấn, độ bền thiết bị và nguy cơ tổn thương mô.
Thách thức thứ ba liên quan đến tính phức tạp của mạng lưới thần kinh. Một nhóm tế bào có thể tham gia nhiều chức năng khác nhau tùy thuộc vào điều kiện sinh lý và trạng thái hoạt động của toàn bộ hệ thống. Do đó, việc điều khiển một nhóm tế bào không phải lúc nào cũng tạo ra kết quả đơn giản hoặc có thể dự đoán chính xác.
Đối với các rối loạn tâm thần, khó khăn còn lớn hơn bởi những biểu hiện như lo âu, trầm cảm hoặc thay đổi nhận thức không chỉ phụ thuộc vào một khu vực não riêng biệt. Chúng được hình thành từ sự tương tác giữa nhiều mạng lưới thần kinh cùng các yếu tố di truyền, môi trường và trải nghiệm sống.
Về mặt đạo đức, công nghệ có khả năng tác động trực tiếp đến hoạt động thần kinh cũng đặt ra những câu hỏi đáng quan tâm. Khi một phương pháp có thể làm thay đổi hành vi hoặc trạng thái cảm xúc của sinh vật thí nghiệm, việc nghiên cứu cần được đặt dưới những tiêu chuẩn nghiêm ngặt về phúc lợi động vật, bảo đảm tính cần thiết của can thiệp và giới hạn mức độ tổn thương.
Nếu các ứng dụng trên người tiếp tục phát triển, những vấn đề như đồng thuận tham gia nghiên cứu, tính an toàn lâu dài, quyền tự chủ cá nhân và khả năng tiếp cận công bằng với công nghệ điều trị cũng sẽ cần được xem xét.
Tuy nhiên, việc đặt ra những câu hỏi đạo đức không đồng nghĩa với kết luận rằng quang di truyền học hiện nay cho phép kiểm soát suy nghĩ hoặc ý chí con người một cách toàn diện. Những nghiên cứu được thực hiện chủ yếu cho thấy khả năng tác động lên một số tế bào và mạch thần kinh trong những điều kiện thực nghiệm có kiểm soát. Từ đó đến khả năng điều khiển những quá trình nhận thức phức tạp của con người vẫn là một khoảng cách rất lớn.
Chính vì vậy, sự phát triển của quang di truyền học cần tiếp tục được đánh giá dựa trên bằng chứng thực nghiệm, kết quả lâm sàng và những tiêu chuẩn đạo đức phù hợp, thay vì những kỳ vọng vượt quá khả năng công nghệ đã được chứng minh.
Ý nghĩa của Giải Nobel Y sinh 2026 đối với tương lai nghiên cứu não bộ
Việc trao Giải Nobel Sinh lý học hoặc Y học năm 2026 cho Karl Deisseroth, Peter Hegemann và Georg Nagel cho thấy sự ghi nhận đối với một trong những bước tiến phương pháp luận quan trọng của khoa học thần kinh trong những thập niên gần đây.
Từ khả năng xác định những protein nhạy sáng ở tảo lục đến việc phát triển phương pháp điều khiển hoạt động của tế bào thần kinh trong cơ thể sống, chuỗi nghiên cứu được vinh danh thể hiện quá trình chuyển đổi từ một khám phá sinh học cơ bản thành một công cụ nghiên cứu có phạm vi ứng dụng rộng lớn.
Đối với khoa học thần kinh, quang di truyền học góp phần thay đổi cách các nhà nghiên cứu đặt câu hỏi. Thay vì chỉ tìm kiếm những vùng não có hoạt động liên quan đến một chức năng, họ có thể khảo sát những nhóm tế bào và mạch thần kinh tham gia tạo ra chức năng đó, đồng thời kiểm định vai trò của chúng bằng những can thiệp có kiểm soát.
Đối với y học, công nghệ mở ra triển vọng phát triển những phương pháp điều trị có tính chọn lọc cao hơn, đặc biệt trong những trường hợp cần tác động đến các tế bào hoặc mạng lưới thần kinh cụ thể. Tuy nhiên, các kết quả lâm sàng hiện nay vẫn cần được tiếp tục kiểm chứng trước khi có thể xác lập hiệu quả và độ an toàn cho những chỉ định điều trị rộng rãi.
Đối với nghiên cứu khoa học nói chung, trường hợp quang di truyền học là minh chứng đặc biệt rõ ràng về giá trị của sự kết nối giữa các lĩnh vực tri thức. Những nghiên cứu về tảo đơn bào, vốn có thể được xem là một chủ đề tương đối chuyên biệt của sinh học, đã trở thành nền tảng cho một công nghệ có ảnh hưởng lớn đến khoa học thần kinh và y học hiện đại.
Đồng thời, thành tựu của ba nhà khoa học cho thấy các phát hiện quan trọng thường được hình thành thông qua một quá trình nghiên cứu liên tục, với sự tham gia của nhiều nhóm khoa học và những đóng góp có tính bổ sung. Từ các công trình của Hegemann và Nagel về channelrhodopsin đến nghiên cứu của Deisseroth cùng các cộng sự về điều khiển tế bào thần kinh, mỗi bước phát triển đều mở rộng khả năng thực nghiệm và tạo cơ sở cho những khám phá tiếp theo.
Điều này cũng giải thích vì sao những thành tựu khoa học nền tảng không phải lúc nào cũng có thể được đánh giá ngay từ thời điểm xuất hiện. Khi Hegemann bắt đầu tìm hiểu cách một loài tảo di chuyển theo ánh sáng, khả năng sử dụng phát hiện đó để nghiên cứu trí nhớ hoặc phục hồi thị giác ở người chưa phải một ứng dụng có thể xác định rõ ràng.
Sau hơn hai thập niên, cùng với những tiến bộ của kỹ thuật di truyền, sinh học phân tử và thiết bị quang học, khả năng ấy đã trở thành hiện thực trong các phòng thí nghiệm và đang từng bước được khảo sát trong nghiên cứu lâm sàng.
Giải Nobel Y sinh 2026 vì thế không chỉ vinh danh ba nhà khoa học đã phát triển một phương pháp điều khiển hoạt động tế bào thần kinh bằng ánh sáng, mà còn ghi nhận sự hình thành của một công cụ làm thay đổi cách con người nghiên cứu những cơ chế phức tạp của hệ thần kinh.
Dù vẫn còn nhiều câu hỏi về cách hoạt động của các mạch thần kinh tạo nên trí nhớ, cảm xúc và hành vi, quang di truyền học đã cung cấp một phương pháp quan trọng để tiếp cận những vấn đề ấy bằng thực nghiệm. Từ một phát hiện tưởng chừng rất nhỏ trong thế giới vi sinh vật, khoa học hiện đại đã có thêm một công cụ để nghiên cứu một trong những cấu trúc phức tạp nhất của sự sống: bộ não.
Đó cũng là giá trị lâu dài của thành tựu được trao Giải Nobel năm 2026. Những nghiên cứu khoa học cơ bản, nếu được phát triển bằng phương pháp nghiêm cẩn và kết hợp với tiến bộ công nghệ, có thể mở ra những hướng khám phá mà các nhà khoa học ở thời điểm ban đầu chưa thể hình dung đầy đủ.
Tài liệu tham khảo
- Nobel Assembly at Karolinska Institutet. (2026, October 5). The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2026 – Press release. NobelPrize.org. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2026/press-release/
- Karolinska Institutet. (2026, October 5). The Nobel Prize to the pioneers of optogenetics Peter Hegemann, Georg Nagel and Karl Deisseroth. https://news.ki.se/the-nobel-prize-to-the-pioneers-of-optogenetics-peter-hegemann-georg-nagel-and-karl-deisseroth
- Nagel, G., Ollig, D., Fuhrmann, M., Kateriya, S., Musti, A. M., Bamberg, E., & Hegemann, P. (2002). Channelrhodopsin-1: A light-gated proton channel in green algae. Science, 296(5577), 2395–2398. https://doi.org/10.1126/science.1072068
- Nagel, G., Szellas, T., Huhn, W., Kateriya, S., Adeishvili, N., Berthold, P., Ollig, D., Hegemann, P., & Bamberg, E. (2003). Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-selective membrane channel. Proceedings of the National Academy of Sciences, 100(24), 13940–13945. https://doi.org/10.1073/pnas.1936192100
- Boyden, E. S., Zhang, F., Bamberg, E., Nagel, G., & Deisseroth, K. (2005). Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity. Nature Neuroscience, 8, 1263–1268. https://doi.org/10.1038/nn1525
- Zhang, F., Wang, L. P., Brauner, M., et al. (2007). Multimodal fast optical interrogation of neural circuitry. Nature, 446, 633–639. https://doi.org/10.1038/nature05744
- Adamantidis, A. R., Zhang, F., Aravanis, A. M., Deisseroth, K., & de Lecea, L. (2007). Neural substrates of awakening probed with optogenetic control of hypocretin neurons. Nature, 450, 420–424. https://doi.org/10.1038/nature06310
- Deisseroth, K. (2011). Optogenetics. Nature Methods, 8, 26–29. https://doi.org/10.1038/nmeth.f.324
- Sahel, J.-A., Boulanger-Scemama, E., Pagot, C., et al. (2021). Partial recovery of visual function in a blind patient after optogenetic therapy. Nature Medicine, 27, 1223–1229. https://doi.org/10.1038/s41591-021-01351-4
- Sahel, J.-A., Futterknecht, S., Audo, I., et al. (2026). Optogenetic therapy for restoring aspects of visual function. The New England Journal of Medicine, 395, 1399–1408. https://doi.org/10.1056/NEJMoa2602215
- Deisseroth, K. (2026). Optogenetics in sight. The New England Journal of Medicine, 395, 1444–1446. https://doi.org/10.1056/NEJMe2610388
- Nature Portfolio. (2026, October 5). Nobel Prize in Physiology or Medicine 2026. https://www.nature.com/collections/addjhidihf
- U.S. National Science Foundation. (2026, October 14). NSF BIO congratulates winners of the 2026 Nobel Prize in Physiology or Medicine. https://www.nsf.gov/bio/updates/nsf-bio-congratulates-winners-2026-nobel-prize-physiology-or
◉ 0 Thảo luận Khoa học