Biến đổi tế bào gốc ở người để mô phỏng hệ thần kinh trung ương sơ khai
Lần đầu tiên các nhà khoa học làm ra mô hình nuôi cấy tế bào gốc có tổ chức giống với cả ba phần của não phôi và tủy sống. Điều này có thể làm sáng tỏ những căn bệnh não phát triển.
Một nhóm kỹ sư và nhà sinh học tại Đại học Michigan, Viện Khoa học Weizmann và Đại học Pennsylvania đã phát triển phương pháp nuôi cấy tế bào gốc đầu tiên mà tạo ra mô hình đầy đủ về các giai đoạn đầu của hệ thần kinh trung ương con người.
Jianping Fu, giáo sư kỹ thuật cơ khí của U-M kiêm tác giả nghiên cứu, cho biết: “Những mô hình như vậy sẽ mở ra cánh cửa cho nghiên cứu cơ bản để hiểu được sự phát triển ban đầu của hệ thần kinh trung ương con người, và nó có thể trục trặc trong các rối loạn khác nhau như thế nào”.
Hệ thống này là một ví dụ về nuôi cấy tế bào gốc-cơ quan người 3D, nó phản ánh những đặc tính cấu trúc và chức năng của hệ thống cơ quan người, nhưng là bản sao một phần hoặc không hoàn hảo.
Giáo sư Guo-Li Ming tại UPenn cho biết: “Chúng tôi không chỉ cố gắng tìm hiểu sinh học cơ bản về não bộ người phát triển thế nào, mà còn cố gắng để biết nguyên do chúng ta mắc bệnh về não, bệnh lý của chúng và làm sao chúng ta có thể đưa ra những chiến lược hiệu quả để trị bệnh”.
Chẳng hạn, organoid (các mô 3D cực nhỏ được nuôi cấy từ tế bào gốc) được phát triển nhờ dùng tế bào gốc của bệnh nhân có thể giúp xác định loại thuốc nào có hiệu quả điều trị nhất. Hiện nay, các organoid não người và tủy sống được dùng để nghiên cứu các bệnh thần kinh và thần kinh-tâm thần học, nhưng chúng thường mô phỏng một phần của hệ thần kinh trung ương và thiếu trật tự. Ngược lại, mô hình mới tóm lược đồng thời sự phát triển của cả ba phần não phôi và tủy sống, một kỳ tích chưa từng đạt được trong các mô hình trước đây.
Tuy mô hình này đúng với nhiều khía cạnh của sự phát triển sơ khai của não và tủy sống, song nhóm nghiên cứu lưu ý một số khác biệt quan trọng. Đầu tiên, sự hình thành ống thần kinh – giai đoạn phát triển ban đầu của hệ thần kinh trung ương – rất khác. Các nhà khoa học không thể dùng mô hình này để mô phỏng các rối loạn do hiện tượng ống thần kinh không đóng kín, chẳng hạn như tật nứt đốt sống.
Thay vào đó, mô hình bắt đầu với một hàng tế bào gốc có kích thước gần bằng ống thần kinh xuất hiện trong phôi thai 4 tuần tuổi – khoảng 4mm và rộng 0,2mm. Nhóm nghiên cứu đã gắn các tế bào vào một con chip có nhiều kênh nhỏ, rồi đưa qua đó vật liệu thúc đẩy tế bào gốc phát triển và hướng chúng xây dựng hệ thần kinh trung ương.
Sau đó, nhóm nghiên cứu cho thêm một loại gel giúp tế bào phát triển 3D và những tín hiệu hóa học thúc đẩy chúng trở thành tiền thân của tế bào thần kinh. Phản ứng lại, các tế bào hình thành cấu trúc ống. Tiếp theo, nhóm nghiên cứu đưa vào các tín hiệu hóa học giúp tế bào xác định vị trí của chúng trong cấu trúc và tiến tới trở thành các loại tế bào chuyên biệt hơn. Kết quả là, hệ thống này tự tổ chức để mô phỏng não trước, não giữa, não sau và tủy sống theo hướng bắt chước sự phát triển của phôi.
Xufeng Xue, tác giả chính và là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ về kỹ thuật cơ khí U-M, hy vọng có thể tiếp tục sử dụng mô hình này để nghiên cứu sự tương tác giữa các phần não khác nhau trong quá trình phát triển. Ông cũng quan tâm tới việc nghiên cứu cách não gửi hướng dẫn chuyển động qua tủy sống. Hướng nghiên cứu này có thể làm sáng tỏ những rối loạn như tê liệt, nó cần các tế bào thần kinh liên kết với nhau thành mạch hoạt động – điều chưa được quan sát thấy trong nghiên cứu này.
Insoo Hyun, nhà đạo đức sinh học tại Bảo tàng Khoa học ở Boston, người không tham gia nghiên cứu, lưu ý rằng những thí nghiệm như thế này được xem xét kỹ lưỡng trước khi được phép tiến hành.
Mô hình này không bao gồm dây thần kinh ngoại biên hoặc hệ mạch thần kinh hoạt động — những tính năng rất quan trọng với khả năng trải nghiệm môi trường và xử lý trải nghiệm đó ở người.
Phương Anh tổng hợp
Nguồn: https://news.umich.edu/human-stem-cells-coaxed-to-mimic-the-very-early-central-nervous-system/
