Các nhà nghiên cứu hiện nay đã tìm ra phương pháp phát triển từ tế bào gốc nhằm định hướng và kiểm soát sự phát triển của tế bào gốc thành các mô và cơ quan cụ thể, điều này góp phần mở ra cánh cửa phát triển các phương pháp điều trị mới cho các loại bệnh phức tạp như bệnh tiểu đường và bệnh Parkingson
Hiện nay, các nhà nghiên cứu từ Đại học Khoa học Sức khỏe Cedars-Sinai và Đại học California, San Francisco (UCSF) đã thúc đẩy sự phát triển của tế bào gốc nhiều hơn. Sự hợp tác của họ đã tạo ra các tế bào được thiết kế gọi là ‘tổ chức tổng hợp’ cung cấp một mô hình hướng dẫn cho tế bào gốc, đưa chúng phát triển thành các mô và cơ quan cụ thể.
Tiến sĩ Ophir Klein, thành viên của Viện Y học Tái tạo Cedars-Sinai, giám đốc Viện Di truyền học Con người của UCSF và là đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Chúng ta có thể sử dụng các chất tổ chức tổng hợp này để thúc đẩy các tế bào gốc tạo ra các bộ phận khác nhau của phôi thai giai đoạn đầu hoặc tạo ra tim hoặc các cơ quan khác”.
Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng một số tế bào có trong quá trình phát triển rất sớm có thể hoạt động như các tế bào tổ chức hoặc tín hiệu cho phôi trong ống nghiệm . Các tế bào này tự tổ chức xung quanh tế bào gốc, cung cấp cho chúng các hướng dẫn để phát triển. Với suy nghĩ này, các nhà nghiên cứu đã đưa ra một giả thuyết: Nếu họ thiết kế một phiên bản của các tế bào tổ chức này, chúng có thể hướng dẫn quá trình phát triển trong ống nghiệm tốt hơn .
Các nhà nghiên cứu đã lấy các phân tử kết dính tế bào (CAM) bản địa và tổng hợp, các protein giúp các tế bào bám vào nhau và môi trường xung quanh, và các tế bào tổ chức được thiết kế tự lắp ráp xung quanh tế bào gốc phôi chuột (mESC) trong các kiến trúc tùy chỉnh. Sau đó, họ thiết kế các tế bào để sản xuất các phân tử tín hiệu cụ thể được gọi là morphogen.
Morphogen là chìa khóa cho sự phát triển của tế bào. Chúng quyết định số phận của tế bào dựa trên nồng độ của chúng. Khi morphogen lan ra từ một nguồn, chúng tạo thành các gradient – các vùng có nồng độ cao gần nguồn hơn và nồng độ thấp hơn ở xa hơn. Các tế bào ‘đọc’ các gradient này để tìm ra vị trí và vai trò của chúng trong mô đang phát triển. Ví dụ, mức cao có thể báo hiệu một tế bào trở thành tế bào thần kinh, mức trung bình báo hiệu nó trở thành tế bào da và mức thấp có thể báo hiệu một tế bào trở thành mô liên kết.
Tổ chức các tế bào được thiết kế để biểu hiện hình thái Wingless-related tích hợp địa điểm 3A (WNT3A) và chất đối kháng của nó là Dickkopf-1 (DKK1) theo các gradient khác nhau. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu khám phá cách thay đổi gradient hướng dẫn phôi – một tập hợp các tế bào phôi gốc – nhằm thu được các kết quả riêng biệt. Họ đã kích thích các tế bào gốc bắt đầu hình thành cơ thể chuột từ đầu đến đuôi, tương tự như cách phôi phát triển trong tử cung. Trong một thí nghiệm riêng biệt, họ đã định hình các tế bào gốc hình thành một cấu trúc có cấu tạo giống như trái tim đang đập, hoàn chỉnh với một khoang trung tâm và một mạng lưới các mạch máu.
“Loại nền tảng tế bào tổ chức tổng hợp này cung cấp một phương pháp mới để giao tiếp với tế bào gốc và lập trình những gì chúng phát triển thành”, Tiến sĩ, Wendell Lim, một tác giả khác của các nghiên cứu và là giáo sư Dược lý tế bào và phân tử tại UCSF cho biết. “Bằng cách kiểm soát và định hình lại quá trình mà các tế bào gốc phân biệt và phát triển như thế nào, nó có thể cho phép chúng ta nuôi cấy các cơ quan tốt hơn cho việc cấy ghép các cơ quan cho giải pháp và quy trình chữa trị cho các loại bệnh và cuối cùng sử dụng phương pháp này để thúc đẩy quá trình tái tạo mô ở các bệnh nhân sống”.
Các tổ chức tế bào được thiết kế cũng được trang bị một công tắc hóa học cho phép các nhà nghiên cứu bật và tắt việc cung cấp quy trình phát triển cho tế bào, cũng như một ‘công tắc tự hủy’ để loại bỏ các tế bào khi cần thiết.
Lim cho biết: “Những tổ chức tổng hợp này cho thấy chúng ta có thể cung cấp các bước phát triển tinh vi hơn cho các tế bào gốc bằng cách thiết kế vị trí và thời điểm cung cấp các tín hiệu hình thái cụ thể”. “Các tế bào tổ chức mang cả thông tin cấu trúc không gian và thông tin sinh hóa, do đó mang lại cho chúng ta khả năng kiểm soát đáng kinh ngạc mà chúng ta chưa từng có trước đây”.
Công nghệ như thế này có tiềm năng mang lại những ứng dụng to lớn trong thế giới thực về y học tái tạo, y học cá nhân hóa, phát triển và thử nghiệm thuốc, hiểu biết sâu sắc hơn về sự phát triển của con người và điều trị các bệnh mãn tính và di truyền.
Klein cho biết: “Khoa học đáng chú ý về các hướng dẫn lập trình để dụ tế bào gốc một ngày nào đó có thể mở ra cánh cửa để giải quyết các bệnh phức tạp”. “Chúng ta có thể tạo ra các loại tế bào cụ thể, như tế bào beta để tạo ra insulin hoặc tế bào thần kinh để điều trị bệnh Parkinson, trong bối cảnh của một mảnh mô lớn hoặc thậm chí là toàn bộ một cơ quan. Công trình này mở ra nhiều khả năng mới và thú vị”.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Cell .
Nguồn: Cedars-Sinai
