Khám phá cách các tế bào gốc lựa chọn “danh tính”

Các nhà nghiên cứu tại Viện nghiên cứu Vật lý nguyên tử và phâu tử FOM (AMOLF) ở Hà Lan đã khám phá ra các tế bào gốc đầu tiên biệt hóa thành một tế bào có chức năng và sau đó chuyển đến vị trí thích hợp của chúng – chứ không phải ngược lại.

Các nhà nghiên cứu tại AMOLF, Amsterdam, và Viện Hubrecht, Utrecht, tiết lộ một mô hình mới để chứng tỏ cách các tế bào gốc được biệt hóa thành các tế bào mang chức năng. Họ phát hiện ra vị trí của chúng trong các nội quan không quan trọng như những mô hình hiện tại vẫn tìm thấy. Hơn thế, trước hết các tế bào gốc lựa chọn “danh tính” của mình và chỉ khi hoàn tất bước này thì chúng mới di chuyển đến vị trí dành cho chúng.

Họ đã có được những phát hiện này khi sử dụng kết hợp các cụm tế bào ruột và kỹ thuật TypeTracker, điều mà hiện giờ có thể được sử dụng để hiểu về những nội quan khác tại cấp độ tế bào và những hiệu ứng của các đột biến và dược phẩm. Những phát hiện này đã được xuất bản trên tạp chí Science Advances ¹.

Đường ruột của chúng ta có rất nhiều dạng tế bào khác nhau, mỗi dạng lại có một nhiệm vụ cụ thể. Giống như nhiều nơi khác trong cơ thể chúng ta, các tế bào trong đường ruột thường xuyên được tái tạo: các tế bào gốc phát triển thành từng loại tế bào có chức năng cụ thể, để tiết ra các hợp chất có thể bảo vệ đường ruột hoặc hấp thụ các dưỡng chất từ đồ ăn.
“Từ nghiên cứu trước, chúng tôi đã biết các tế bào gốc cư trú trong các thung lũng của thành đường ruột (các khe) trong khi phần lớn các tế bào được biệt hóa và có chức năng cụ thể đều ‘định cư’ tại đỉnh núi (các nhung mao ruột)”, Sander Tans và Jeroen van Zon, người thực hiện nghiên cứu hợp tác này tại AMOLF, cho biết.

“Các tế bào đó trên thành ruột đều được làm mới hàng tuần, bằng việc sử dụng các tế bào gốc trong các thung lũng đang phát triển, phân chia và di chuyển đến các nhung mao ruộ. Chúng tôi thường nghĩ là bằng việc di chuyển lên tới nhung mao, các tế bào gốc được đào tạo để trở thành một tế bào có chức năng. Điều này có được là nhờ một mô hình rất thú vị vì nó giúp giải thích một cách tự nhiên cách các tế bào có chức năng này được định vị tại đúng vị trí của mình. Tuy nhiên dữ liệu của chúng tôi lại cho thấy một bức tranh khác biệt”.

Các nội quan

Các nhà nghiên cứu có được dữ liệu này là nhờ sử dụng các nội quan: các cơ quan nhỏ bắt chước cơ quan thực một cách chân thực đến mức các nhà khoa học có thể sử dụng chúng để tìm hiểu về chức năng tế bào hoặc kiểm tra dược phẩm. Nghiên cứu sinh Xuan Zheng phát triển kỹ thuật mới TypeTracker để tìm hiểu về sự biệt hóa của các tế bào gốc. “Đầu tiên tôi tạo ra một bộ phim 3D về sự phát triển của nội quan trong vòng 60 giờ”, Zheng nói. “Tiếp theo, tôi phân tích những bộ phim đó bằng trí tuệ nhân tạo, qua đó giúp điều phối tất cả các tế bào khi chúng di chuyển và phân chia, và kể từ đó các cây phả hệ tế bào”.

Các nhà nghiên cứu đưa thêm một bươc để kỹ thuật này dẫn đến những cái nhìn đáng ngạc nhiên. Zheng nói, “Sự nhận diện của các tế bào được xác định bằng các protein nhất định. Nhưng không thể hình dung ra tất cả các protein liên quan trong suốt quá trình tăng trưởng đó. Vì vậy, sau khi làm bộ phim này tôi sử dụng huỳnh quang và nhuộm các kháng thể mà liên kết một cách cụ thể với các protein đó, để hình dung sự nhận diện của các tế bào đó.

“Tôi nhận ra bởi cấu trúc của các cây phả hệ, và sau đó tôi có thể chứng tỏ khi nào thì những nhận diện tế bào thay đổi trong quá khứ. Nó cũng giống như một cây phả hệ của con người: nếu một phần của gia đình của một loại bệnh nhất định nhưng người khác thì không, anh có thể ngược dòng thời gian truy dấu cây phả hệ để xác định khi nào thì đột biến xảy ra”.

Dạng dữ liệu mới này chứng tỏ tế bào gốc chứng tỏ các tế bào gốc đáp ứng sự nhận diện chức năng của chúng sớm hơn so với trước đây vẫn nghĩ. Chúng đã làm việc này khi vẫn còn ở sâu dưới vùng nhung mao, nơi được cho là cung cấp chất kích hoạt để khởi đầu quá trình biệt hóa.

Mô hình “cam kết và sắp xếp”

Trên cơ sở thí nghiệm về cây phả hệ tế bào, Zheng mô phỏng một mô hình mới về các tế bào gốc đường ruột mà các nhà nghiên cứu gọi là mô hình “cam kết sau đó sắp xếp”. “Bây giờ chúng tôi biết nơi nào và khi nào các tế bào gốc đường ruột khởi động để biệt hóa. Điều này gợi ý đến tất cả các dạng nghiên cứu khác”, Zheng nói.

“Các điều kiện khác nhau đều được nghĩ là do sự mất cân bằng giữa các dạng tế bào. Ví dụ các loại tiết ra các hormone, vốn liên quan đến hội chứng ruột kích thích (IBS), cảm giác đầy ứ trong dạ dày và được gọi là trục ruột – não.

“Hiểu về cách các tế bào lựa chọn nhận diện của mình là chìa khóa để mở ra quy tắc vận hành dẫn đến sự cân bằng này, và để kiểm soát nó trong các can thiệp y khoa. Hơn nữa, nếu chúng ta muốn hiểu sau hơn các tín hiệu phân tử đằng sau những lựa chọn mang tính số phận này, chúng ta cần nhìn sâu vào những giai đoạn sớm hơn, khi các tế bào vẫn còn có sự nhận diện gốc mạnh và những tín hiệu phân tử khác mà chúng ta còn chưa biết như con đường WNT đóng vai trò trong sự biệt hóa tế bào”.

Thiết bị và quy trình cho phương pháp TypeTracker lại vô cùng đơn giản. Do đó, nó hứa hẹn cho các nghiên cứu khác về các nội quan. “Sự nhận diện tế bào là trung tâm của các chức năng của các nội quan trong cơ thể người, và trước đây chúng ta cho là đó chỉ là bức tranh tĩnh tại. Phương pháp này cho phép người ta có thể nhìn vào động lực ở cấp độ tế bào. Có thể có nhà nghiên cứu muốn tìm hiểu về việc liệu nguyên tắc cam kết sau đó sắp xếp tương tự nắm giữ các nội quan khác với cấu trúc ba chiều hoàn toàn khác biệt như các mô vú bao gồm các kênh”, Zheng nói.

“Vẻ đẹp của các nội quan trong cơ thể người là anh có thể theo sát việc lập trình tăng trưởng tại cấp độ tế bào dưới kính hiển vi, và cách nó thay đổi tùy theo sự đột biến gene, các dược chất hat các hợp chất gây hại. Cuối cùng, chúng tôi hi vọng sẽ vén màn được các chất kích hoạt ở cấp độ phân tử để xác định các tế bào gốc được biệt hóa vào lúc nào và như thế nào”.

Anh Hiền tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2023-08-stem-cells-identity.html

https://www.sciencedaily.com/releases/2019/12/191203102022.htm

———————————

1. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add6480