Một nhóm nghiên cứu tại Charité – Universitätsmedizin Berlin, Đức, gần đây đã phát triển một phương pháp mới có thể đọc trạng thái thời gian của đồng hồ sinh học bên trong cơ thể con người chỉ bằng một vài sợi tóc, từ đó xác định “kiểu thời gian” của một cá nhân và mở đường cho “y học sinh học” hoạt động y học dựa trên nhịp sinh học.

Các nhà nghiên cứu nói rằng hầu hết mọi người chỉ nhận ra sự tồn tại của đồng hồ sinh học của họ khi nó bị gián đoạn, chẳng hạn như chuyển đổi thời gian tiết kiệm ánh sáng ban ngày hoặc độ trễ máy bay sau một hành trình dài. Cảm giác choáng váng và mất trạng thái là kết quả của nhịp điệu khoảng 24 giờ trong cơ thể không đồng bộ với thế giới bên ngoài. Tuy nhiên, đồng hồ sinh học không chỉ ảnh hưởng đến giấc ngủ. Nó cũng điều chỉnh sự tiết hormone, chức năng tiêu hóa, thay đổi nhiệt độ cơ thể và thậm chí thay đổi quá trình trao đổi chất và hiệu quả của thuốc trong cơ thể. Trong điều trị một số bệnh, sự khác biệt về thời gian dùng thuốc có thể ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả.

"Ví dụ: các nghiên cứu đã chỉ ra rằng một số liệu pháp miễn dịch ung thư nhất định có sự khác biệt đáng kể về hiệu quả khi được thực hiện vào các thời điểm khác nhau trong ngày." Giáo sư Achim Kramer, người đứng đầu Chi nhánh Sinh học Thời gian của Khoa Gây mê và Chăm sóc Tích cực tại Charité, cho biết: "Điều này có thể là do - giống như hầu hết các cơ quan - hệ thống miễn dịch tuân theo nhịp điệu khoảng 24 giờ và nhịp điệu này không giống nhau giữa các cá nhân khác nhau." Y học nhịp điệu mới nổi đang cố gắng kết hợp thông tin thời gian được cá nhân hóa này vào chẩn đoán và điều trị.

Hiện nay, vướng mắc lớn trong các lĩnh vực liên quan là: làm thế nào để đo thời gian đồng hồ sinh học cá nhân một cách đơn giản. “Tiêu chuẩn vàng” hiện nay là thu thập nước bọt trong điều kiện ánh sáng yếu trong vài giờ để đo thời điểm bài tiết của cái gọi là “hormone đen” melatonin. Quá trình này phải được hoàn thành trong phòng thí nghiệm, hoạt động phức tạp và khó phát triển trên quy mô lớn.

Giải pháp thay thế do nhóm Kramer đề xuất đơn giản hơn nhiều: đọc đồng hồ sinh học thông qua các tế bào nang lông. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện hoạt động biểu hiện của 17 gen liên quan đến hoặc được điều chỉnh bởi đồng hồ phân tử từ một số lượng nhỏ tế bào chân tóc và sử dụng thuật toán để phân tích kiểu biểu hiện tổng thể của các gen này nhằm tính toán “điểm thời gian” cụ thể trong nhịp điệu 24 giờ của chính đối tượng và chỉ cần một lần lấy mẫu để hoàn thành. Trong một nghiên cứu với khoảng 4.000 người tham gia, phương pháp kiểm tra tóc gần như chính xác như các phương pháp tiêu chuẩn trong phòng thí nghiệm trong việc đánh giá nhịp sinh học, nhưng thực hiện đơn giản hơn nhiều.

“Phân tích tóc dễ thực hiện hơn, đó là điểm mà phương pháp này có giá trị nhất,” Kramer nói. Nhóm nghiên cứu đã kiểm chứng giải pháp này trên một mẫu lớn: hơn 4.000 người tham gia đã thu thập mẫu tóc tại nhà và gửi đến phòng thí nghiệm. Kết quả cho thấy phương pháp này được kỳ vọng sẽ được sử dụng rộng rãi trong cộng đồng.

Nghiên cứu này cũng tiết lộ một cách có hệ thống nhiều yếu tố ảnh hưởng đến thời gian đồng hồ sinh học và sử dụng dữ liệu sinh học để xác nhận các mô hình quan sát được trong các cuộc khảo sát bảng câu hỏi trước đây. Nghiên cứu cho thấy tuổi tác là một trong những biến số quan trọng - trung bình những người ở độ tuổi giữa 20 ngủ muộn hơn khoảng một giờ so với những người trên 50. Sự khác biệt về giới tính cũng được phản ánh: thời gian bên trong của phụ nữ sớm hơn một chút so với nam giới, nhưng sự khác biệt chỉ khoảng 6 phút, nhỏ hơn nhiều so với ước tính trước đây dựa trên dữ liệu bảng câu hỏi. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tin rằng giới tính ảnh hưởng đến đồng hồ sinh học vì các nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng hormone giới tính điều chỉnh nhịp sinh học.

Nhìn chung, mô hình ban ngày của một cá nhân được hình thành bởi nhiều yếu tố. Kramer giải thích: “Khuynh hướng di truyền, tuổi tác, giới tính và lối sống đều đóng một vai trò nào đó, vì vậy sự khác biệt về đồng hồ bên trong giữa con người có thể khá đáng kể”. Ngoài ra, một phát hiện khá bất ngờ là tác động của lối sống lớn hơn mong đợi: dữ liệu cho thấy đồng hồ sinh học bên trong của những người có công việc ổn định trung bình sớm hơn khoảng nửa giờ so với những người thất nghiệp.

Trong bước tiếp theo, nhóm nghiên cứu dự định tiêu chuẩn hóa công nghệ phát hiện tóc này để có thể áp dụng công nghệ này như một dự án phòng thí nghiệm thông thường nhằm có thể phát huy công nghệ này trong các tình huống lâm sàng, chẳng hạn như tư vấn về giấc ngủ hoặc đánh giá các kiểu ngủ bất thường, giúp thuốc điều hòa nhịp điệu hoạt động hiệu quả hơn. Các nhà nghiên cứu cũng hy vọng sử dụng phương pháp này để kiểm tra xem việc sắp xếp thời gian điều trị theo đồng hồ sinh học của từng cá nhân có thực sự cải thiện hiệu quả và giảm tác dụng phụ hay không, điều này có lợi hơn so với các phương pháp điều trị hoàn toàn không xem xét đến yếu tố thời gian.

Theo báo cáo, nghiên cứu này đã được công bố trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (PNAS) và bài báo có tiêu đề "HairTime: Một xét nghiệm không xâm lấn để ước tính giai đoạn sinh học từ một mẫu tóc". Để thúc đẩy việc chuyển đổi kết quả, Trường Y Charité đã thành lập một công ty khởi nghiệp BodyClock Technologies GmbH để tiếp thị bộ xét nghiệm. Giáo sư Kramer là một trong những cổ đông và người nắm giữ bằng sáng chế của công ty; công ty cũng chịu trách nhiệm thu thập dữ liệu của khoảng 4.000 mẫu trong nghiên cứu này. Một phần công việc nghiên cứu đã được hoàn thành trong khuôn khổ trung tâm nghiên cứu hợp tác "Cơ bản về Y học Nhịp điệu" (TRR 418) do Quỹ Nghiên cứu Đức (DFG) tài trợ.