Chuột “vô hình” tiết lộ những bí mật về giải phẫu

Kỹ thuật khiến cơ thể những con vật thuộc loài gặm nhấm đã chết trở nên trong suốt, góp phần tạo điều kiện để các nhà nghiên cứu phát hiện ra những chi tiết đáng ngạc nhiên về cách động vật đã phản ứng lại chấn thương như thế nào.

Hệ dây thần kinh của một con chuột có áp dụng kỹ thuật vDISCO để có màu xanh lá cây phát sáng. Nguồn: @erturklab

Một kỹ thuật mới khiến những con chuột chết trở nên trong suốt và cứng như nhựa đã đem đến cho các nhà nghiên cứu có được một cái nhìn chưa từng có trước đây về những kiểu tương tác khác nhau của tế bào trong cơ thể chúng như thế nào. Cách tiếp cận này cho phép các nhà khoa học điểm được những mô cụ thể bên trong một con vật trong khi đang quét toàn bộ cơ thể chúng.

Kỹ thuật này có tên gọi là vDISCO, đã giúp tiết lộ những kết nối về cấu trúc đáng ngạc nhiên bên trong các cơ quan nội tạng, bao gồm những gợi ý về tổn thương não ảnh hưởng đến hệ miễn dịch và thần kinh trong từng phần của cơ thể. Điều này có thể đem lại những cách điều trị cho chấn thương sọ não hay đột quỵ.

Các phương pháp khiến cho toàn bộ cơ quan bên trong trở nên trong suốt đã trở nên phổ biến trong vài năm trở lại đây bởi chúng cho phép các nhà khoa học nghiên cứu các cấu trúc bên trong một cách cẩn thận mà không làm ảnh hưởng đến chúng. Nhưng việc đưa các cơ quan nội tạng từ cơ thể loài vậy để phân tích có thể khiến việc quan sát toàn bộ hiệu ứng về chấn thương hoặc bệnh tật trở nên khó khăn hơn. Và nếu các nhà khoa học dùng các phương pháp cũ hơn để khiến chuột trở nên trong suốt thì cũng khó để đảm bảo là các điểm đánh dấu tế bào bằng huỳnh quang có thể “phạm” sâu vào các phần khác của một cơ quan nội tạng.

Kỹ thuật vDISCO đã giúp họ vượt qua rất nhiều vấn đề như vậy. Bằng việc làm chuột chết cứng và có thể nhìn xuyên thấu, kỹ thuật này có thể bảo vệ toàn bộ cơ thể chúng trong nhiều năm, từ cấu trúc của từng tế bào, theo Ali Ertürk – một nhà khoa học thần kinh tại trường đại học Ludwig Maximilian ở Munich, Đức và là người dẫn dắt nhóm nghiên cứu phát triển kỹ thuật vDISCO. Anh mới trình bày về kết quả này tại một hội thảo của Hội khoa học thần kinh (Society for Neuroscience) ở San Diego, California trong tháng 11/2018.

Sự rõ ràng 

Quá trình này bắt đầu bằng việc ngâm cơ thể chuột vào trong chất dung môi hữu cơ để loại bỏ màu sắc và chất béo. Cách làm này bảo vệ cấu trúc của các tế bào chuột, ngay cả khi nó co lại đến 60%.

Để khám phá con chuột đã trở nên trong suốt này, nhóm nghiên cứu của Ertürk đã phát triển một cách để định vị trên các kiểu tế bào cụ thể như các tế bào thần kinh hay ung thư. Họ đã đưa chúng thành các “nanobody”: kháng thể đã được tìm thấy ở lạc đà và 1/10 tế bào kháng thể trong những loài cụ thể khác.

Tương tự như những người “họ hàng” lớn của mình, các “nanobody” có thể được thiết kế để đính vào các protein cụ thể được tìm thấy trong một kiểu tế bào – trong khi được đánh dấu huỳnh quang xanh lá là màu được chọn cho các tế bào. Và bởi vì các nanobody rất nhỏ, chúng có thể dễ dàng băng qua các thành mạch máu bé nhỏ để chui sâu và các cơ quan nội tạng.

Khi các nhà nghiên cứu bơm các nanobody vào trong các hệ tuần hoàn của chuột chết, vốn mang các phân tử đi khắp cơ thể, họ có thể thấy các tế bào đơn lẻ phát sáng màu xanh lá cây dưới kính hiển vi.

Kỹ thuật này là kỹ thuật đầu tiên được thiết kế để khiến cho toàn bộ cơ thể của các loài vật được trong suốt, Kwanghun Chung – một nhà kỹ thuật y khoa tại Viện công nghệ Massachusetts ở Cambridge, nói. “Tôi nghĩ đây là môt công nghệ tuyệt vời”.

Bước sâu hơn

Cho đến nay, các thí nghiệm với vDISCO đã đem đến một số khám phá đáng ngạc nhiên, theo Ruiyao Cai – một nhà khoa học thần kinh thuộc phòng thí nghiệm của Ertürk và là người đã trình bày dữ liệu về kỹ thuật tại hội thảo vừa qua, cho biết.

Một trong số các mạch máu bí ẩn đã chạy giữa xương sọ và não, vốn chỉ được khám khá vào năm 2015. Khi nhóm nghiên cứu của Cai dùng nanobodies để thắp sáng các mạch bạch huyết trong một con chuột được áp dụng kỹ thuật vDISCO, các mạch máu này trong đầu đã chuyển sang màu xanh lá cây – xác nhận nghi ngờ của các nhà khoa học về các cấu trúc này là một phần của hệ vận chuyển bạch huyết.

Cai và Ertürk đã dùng vDISCO để kiểm tra xem các tổn thương nghiêm trọng với não và tủy sống ảnh hưởng đến tế bào ở khắp mọi nơi trong cơ thể như thế nào. Các neu ron thần kinh bị dán nhãn cho thấy các dây thần kinh trong thân chuột bị suy thoái sau khi con vật phải chịu đựng chấn thương não, thậm chí các tế bào dây thần kinh này còn ở khá xa khu vực chấn thương. Trong trường hợp khác, các nhà khoa học đã điểm các tế bào miễn dịch đã chảy dồn về địa điểm của một chấn thương tủy sống nhiều ngày trước khi chuột chết – và thật đáng bất ngờ, vào quanh cơ và mạch bạch huyết.  

Sự kết hợp của vDISCO và các nanobody là “kiểu tiến thẳng tới tương lai”, Hiroki Ueda – nhà sinh học tại trường đại học Tokyo, nhận xét. Kỹ thuật nanobody này có thể được kết hợp với nhiều cách khác để làm cho cơ thể chuột trong suốt, qua đó góp phần đem lại thêm cho các nhà khoa học khả năng nghiên cứu mới, giúp họ tập trung vào các tế bào hoặc protein cụ thể.

Những kế hoạch tiếp theo của Ertürk là sử dụng vDISCO để truy dấu các virus, tế bào ung thư và các “kẻ xâm lược” khác trong cơ thể. Nhóm nghiên cứu của anh đang thiết kế các cách tiếp cận bằng thuật toán học sâu (machine-learning) để có thể tính toán và đánh giá các tế bào bị dán nhãn mà không đưa ra lỗi thiên vị hoặc lỗi của con người.

Anh Vũ dịch

Nguồn: https://www.nature.com/articles/d41586-018-07336-7

Tác giả