Nếu NASA muốn gửi con người tới Hỏa tinh, có lẽ cũng quan trọng để đánh giá sự bất thường tinh trùng khi tồn tại trong điều kiện này. Nhưng không ai biết liệu các tế bào sinh sản có thể chịu được sự tàn phá của bức xạ gây tổn thương DNA trong không gian. Hiện tại, một nghiên cứu mới cho thấy rằng tinh trùng chuột được lưu trữ trong hơn 9 tháng trên Trạm Không gian Quốc tế (ISS) – nơi mà mức độ bức xạ cao hơn gấp 100 lần so với Trái đất – có thể sản sinh ra chuột con khỏe mạnh.
Steven Peck, nhà sinh vật học và nhà nghiên cứu sinh học tại Đại học Brigham Young ở Provo, Utah, nói: “Công việc này vô cùng quan trọng”.
Các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi Teruhiko Wakayama, một nhà sinh vật học tại Đại học Yamanashi ở Kofu, Nhật Bản, đã đưa tinh trùng đông khô từ 12 con chuột lên ISS vào năm 2013. Các phi hành gia đã đặt các mẫu trong tủ đá ở -95 ° C. Trên trái đất, nhóm nghiên cứu đã lưu trữ tinh trùng từ cùng một con chuột ở cùng nhiệt độ trong cùng một khoảng thời gian.
Khi các mẫu vật về không gian được đưa trở lại trái đất, Wakayama và các cộng sự của ông đã tìm kiếm dấu hiệu tổn thương DNA do bức xạ gây ra. Như dự kiến, tinh trùng của ISS tiếp xúc với các mức bức xạ vũ trụ cao hơn đã cho thấy ADN bị phân mảnh nhiều hơn tinh trùng ở trái đất
Nhưng khi các nhà khoa học bơm tinh trùng vào trứng chuột và cấy vào chuột mang thai hộ, họ đã thấy một điều ngạc nhiên. Khoảng 3 tuần sau, những con cái đã sinh ra 73 con, số lượng chuột con hình thành nhiều như họ mong đợi từ tinh trùng bình thường, nhóm nghiên cứu cho biết các kết quả trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia. Đó là lần đầu tiên thí nghiệm này được thực hiện đối với loài động vật có vú, Wakayama nói.
Wakayama và các đồng nghiệp của ông cho thấy những con chuột đẻ từ tinh trùng thử nghiệm là khỏe mạnh, và không có sự khác biệt đáng kể về gen giữa những chú chuột không gian và những người anh em của chúng ở trái đất. Nghiên cứu cho thấy DNA hư hỏng đã được sửa chữa sau khi thụ tinh, và nó không ảnh hưởng gì đến con cháu, nhóm nghiên cứu viết.
Đó là tin tốt lành không chỉ cho các chú chuột không gian, mà còn cho nhiều phi hành gia có thể trở thành cha mẹ sau khi du hành trong không gian.
Nghiên cứu mới đây cho thấy tiềm năng của tế bào gốc gân để cải thiện việc chữa bệnh và điều trị chấn thương gân cấp và bệnh gân mạn tính.Nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí The FASEB Journal cho thấy tế bào gốc gân có thể cải thiện đáng kể các bệnh về gân bằng cách điều hoà phản ứng viêm, góp phần làm lành vết thương và suy thoái chất nền mạn tính. Điều này có liên quan đến việc điều trị chấn thương gân cấp và bệnh gân dây chằng mạn tính.
Tiến sĩ Chang H. Lee, nhà nghiên cứu và trợ lý giáo sư tại Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Tái tạo (Đại học Columbia, Trung tâm Y tế Irving, New York) cho biết: “Viêm giữ vai trò quan trọng trong chấn thương gân cấp tính và mạn tính). Các phát hiện của chúng tôi cho thấy một nền tảng quan trọng cho sự phát triển của một phương pháp điều trị mới có thể điều hoà phản ứng viêm gân, viêm dây chằng, đau cơ và các chấn thương dây chằng khác.”
Trong nghiên cứu của họ, Lee và các đồng nghiệp đã sử dụng cả mô hình in vitro tế bào người và trong các mô hình chuột vivo. Trong in vitro, các TSC sau khi phân lập được kích thích với các cytokine tiền viêm và sự biểu hiện của các gen tham gia vào quá trình điều trị viêm được đánh giá. Trong in vivo, các nhà nghiên cứu đánh giá các phản ứng viêm của TSCs, bao gồm sự thâm nhiễm các đại thực bào và biểu hiện các cytokine tiền viêm ở các thời điểm khác nhau. Các yếu tố tăng trưởng mô liên kết (CTGF) được sử dụng trong cả hai mô hình để kích thích vai trò chống viêm của TSCs. Các nhà nghiên cứu nhận thấy CTGF đã kích thích TSC tạo ra các cytokine chống viêm, do đó dẫn đến việc cải thiện gân, dây thần kinh và tái tạo chất nền.
Tiến sĩ Thoru Pederson, Tổng Biên tập tạp chí The FASEB Journal, cho biết: “Nhiều người dự đoán rằng việc chữa lành gân là liên quan đến viêm, nhưng các vai trò chống viêm của TSC có thể rất mạnh là một phát hiện nổi bật.”
Đọc thêm tại:
Solaiman Tarafder, Esther Chen, Yena Jun, Kristy Kao, Kun Hee Sim, Jungho Back, Francis Y. Lee, Chang H. Lee. Tendon stem/progenitor cells regulate inflammation in tendon healing via JNK and STAT3 signaling. The FASEB Journal, 2017; fj.201700071R
Các tế bào ung thư, giống như các tế bào gốc, có khả năng nhân lên vô thời hạn; yếu tố biểu sinh (epigenetic factor) BPTF có thể là một điểm yếu chung. Các nhà nghiên cứu đã xác định được một protein cần phải để tế bào gốc vú có thể thực hiện các chức năng bình thường của chúng. Khi các nhà nghiên cứu loại bỏ gen hoặc ức chế hóa học protein này, được gọi là BPTF, các tế bào gốc không còn duy trì trạng thái “tự làm mới” và bắt đầu mang đặc tính của tế bào vú biệt hoá, và chết sớm. Các tế bào ung thư vú có đặc điểm giống tế bào gốc, còn gọi là tế bào gốc ung thư vú có thể có cùng một điểm yếu.
Hình. Các nhà nghiên cứu thấy rằng BPFT giữ vai trò quan trọng trong việc duy trì tính gốc của tế bào gốc vú. Hình trái, mô vú bình thường; hình phải, chuột bị knockout gen BPTF làm giảm đáng kể tế bào gốc và cấu trúc ống tiết sữa.
Trong nhiều năm, các chuyên gia về ung thư đã nhận ra rằng các tế bào ung thư cư xử theo những cách nhất định như tế bào gốc, các tế bào không biệt hoá mà có thể bị biệt hoá khi tiếp xúc với các tín hiệu nhất định.
Khi một tế bào gốc biệt hoá, nó bắt đầu một con đường một chiều mà sẽ dẫn đến sự chuyên môn hóa của nó và cuối cùng cái chết của nó. Ví dụ, một tế bào gốc ở vú có thể trở thành tế bào ống, là một trong những “nhà máy sữa” của vú. Các tế bào này có tuổi thọ giới hạn. Các tế bào ung thư giống tế bào gốc nhưng chúng có thể biến thành các loại tế bào khác, mà dường như chúng đi theo hướng ngược lại: giữa ở trạng thái không biệt hoá và nhân lên liên tục.
Trợ lý Giáo sư Camila dos Santos của Phòng thí nghiệm Cold Spring Harbor (CSHL) đang nghiên cứu các tế bào gốc trong vú để tìm ra những thay đổi xảy ra khi các tế bào vú bình thường trở nên ung thư. Nhóm nghiên cứu do dos Santos dẫn đầu, phối hợp với Giáo sư Gregory Hannon của Viện Nghiên cứu Ung thư Anh, Viện Cambridge và Trợ lý Giáo sư William Pomerantz tại Đại học Minnesota đã xác định được một protein mà họ cho thấy phải có mặt để tế bào gốc vú thực hiện các chức năng bình thường của chúng.
Khi các nhà nghiên cứu loại bỏ gen hoặc ức chế hóa học protein, gọi là BPTF, các tế bào gốc không còn duy trì trạng thái “tự làm mới” và bắt đầu mang đặc tính của tế bào vú biệt hoá và sau đó sớm chết.
“Đó là điều rất thú vị đối với chúng tôi”, dos Santos nói, “bởi vì đó chính xác là những gì muốn thúc lái các tế bào ung thư vú. Chúng tôi muốn lấy đi các đặc tính giống tế bào gốc của chúng – đặc biệt là khả năng nhân lên vô thời hạn. Thử nghiệm ý tưởng này, một loại thuốc ức chế BPTF có tác dụng tương tự trong tế bào ung thư cũng như trong tế bào gốc – có thể làm chúng biệt hoá và sau đó chết.”
Khi nghiên cứu xem các tế bào bình thường thay đổi thành tế bào ung thư như thế nào, dos Santos và các nhà nghiên cứu ung thư khác chú ý đến biểu hiện gen. Mỗi tế bào trong vú, bao gồm các tế bào gốc, chứa bộ gen của con người.
Một cách để suy nghĩ về những gì gây nên sự khác biệt của một tế bào vú so với một tế bào tim, đó là mỗi loại tế bào biểu hiện những gen khác nhau.
Điều này cũng đúng trong mỗi cơ quan. Trong vú, ống dẫn được thiết kế để mang sữa trong khi mang thai và sau khi sinh bao gồm hai loại tế bào biệt hoá cao và một tế bào gốc mà có thể biệt hoá thành 2 tế bào kia. Mỗi loại tế bào khác nhau biểu hiện các nhóm gen khác nhau ở những thời điểm khác nhau trong suốt tuổi thọ của một cá thể.
Ống tạo thành ống sữa được tạo ra từ các tế bào ống; Chúng được bao quanh bởi một lớp mỏng tế bào được gọi là các tế bào niêm mạc cơ. Các thụ thể trên bề mặt của tế bào niêm mạc cơ được thiết kế để tương tác với một hoocmon, oxytocin, được giải phóng trong thời kỳ tiết sữa. Sự tương tác này tạo ra các tế bào niêm mạc cơ – trên lớp ngoài của cấu trúc ống dẫn – để co lại, ép các tế bào ống bên trong. Những tế bào ống này là các nhà máy sản xuất sữa.
Vai trò biểu sinh của BPTF trong việc biểu hiện và ức chế biểu hiện gen
BPTF, được Dos Santos và các đồng nghiệp xác định là cần thiết cho việc duy trì tế bào gốc vú, là một protein có chức năng rất chuyên biệt. Đó là những gì mà các nhà sinh vật học gọi là yếu tố tu sửa chromatin (chromatin remodeling).
Với rất nhiều DNA đã được sắp xếp vào một không gian nhỏ, xoắn chặt, nó là lý do việc biểu hiện gen cần phải nới lỏng, tháo xoắn để lộ đoạn DNA để phiên mã thành một phân tử RNA.
Theo dos Santos, “nó đã trở nên rõ ràng rằng việc mở xoắn hoặc thắt chặt chromatin, để lộ hoặc giấu gen trong nhiễm sắc thể của chúng ta, đóng vai trò quan trọng trong sự tiến triển của bệnh ung thư.
Nghiên cứu công bố ngày hôm nay cho thấy BPTF là một phần của một hệ thống quy định mở ra chromatin và thay đổi biểu hiện gen, đặc biệt là trong các tế bào gốc vú. Sự mở ra của nhiễm sắc thể này là yếu tố then chốt quyết định khả năng của tế bào gốc vẫn là “bất tử”.
Theo dos Santos, “Bây giờ chúng ta biết rằng các tế bào gốc vú rất phụ thuộc vào BPTF, nhiệm vụ tiếp theo của nó là khám phá liệu chúng ta có thể sử dụng sự phụ thuộc đó để nhắm tới những chương trình giống như tế bào gốc trong các tế bào ung thư vú”.
Đọc thêm tại:
Wesley D. Frey, Anisha Chaudhry, Priscila F. Slepicka, Adam M. Ouellette, Steven E. Kirberger, William C.K. Pomerantz, Gregory J. Hannon, Camila O. dos Santos. BPTF Maintains Chromatin Accessibility and the Self-Renewal Capacity of Mammary Gland Stem Cells. Stem Cell Reports, 2017; DOI: 10.1016/j.stemcr.2017.04.031
Các tế bào gốc vạn năng cảm ứng (IPSCs) có nhiều hứa hẹn trong y học tái tạo, y học cá thể và khám phá thuốc. Tuy nhiên, trong khi, những tế bào này có thể tránh những tranh cãi đạo đức liên quan đến tế bào gốc phôi thai, thì chúng có hạn chế mới là chúng có nguy cơ ung thư cao khi sử dụng do việc sử dụng oncogenes c-Myc và Lin28 trong quá trình cảm ứng. Điều này đã hạn chế lớm của chúng để sử dụng điều trị.
Các nghiên cứu trước đây đã chứng minh rằng thế hệ mới của IPSC có thể được tạo ra ngay khi tách c-Myc ra ngoài, nhưng cho đến bây giờ, một phương pháp không có sử dụng virut và không có oncogene đã được nghiên cứu thành công.
Một bài báo nghiên cứu mới của Alan B Moy và các cộng sự thuộc Viện Công nghệ Cellular (IA, USA) và Viện Nghiên cứu Y khoa John Paul II (IA, Hoa Kỳ) mô tả một phương pháp tiếp cận mới trong việc tạo ra IPSC nhằm giải quyết những vấn đề này. Bài báo ” Efficient method to create integration-free, virus-free, Myc and Lin28-free human induced pluripotent stem cells from adherent cells” đăng trong Tạp chí Future Science.
Cách tiếp cận của họ đã chứng minh được các nguyên bào sợi có thể được lập trình lại bằng cách sử dụng một sự kết hợp của các phân tử tái lập trình và vector episomal. Cách tiếp cận tổ hợp đã thành công, cho 100% các tập đoàn biểu hiện SSEA4.
Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng “Phương pháp lập trình lại của chúng tôi cung cấp IPSC cho bệnh nhân và bệnh cụ thể để phát hiện thuốc và các ứng dụng y học cá thể, vì chúng có nguy cơ sinh u thấp do không có Lin28 và Myc”. “Phương pháp tái lập trình mở ra một con đường cho các liệu pháp tự thân và đồng loài đáp ứng các yêu cầu quy định.”
Nhóm nghiên cứu dự đoán rằng các IPSC không sử dụng virus và oncogene có thể thúc đẩy liệu pháp tế bào, chẩn đoán và y học cá thể. Hơn nữa, họ hình dung công nghệ này giúp giảm tỷ lệ thất bại trong thử nghiệm lâm sàng và cải thiện sự phát triển của thuốc.
Tham khảo: Anant Kamath et al, Efficient method to create integration-free, virus-free,and-free human induced pluripotent stem cells from adherent cells, Future Science OA (2017). DOI: 10.4155/fsoa-2017-0028
Bioquark sắp bắt đầu một thử nghiệm nhằm cố gắng đưa các bệnh nhân chết não trở lại cuộc sống bằng cách sử dụng các tế bào gốc. Tuy nhiên, nghiên cứu này đang gây ra nhiều câu hỏi khoa học và đạo đức cho các chuyên gia khác trong lĩnh vực này.
Về từ cõi chết
Các nhà nghiên cứu dường như đang đặt tầm nhìn của họ về các mục tiêu ngày càng cao khi nói đến cơ thể con người – từ việc cấy ghép đầu người đầu tiên trên thế giới, để chống lão hóa, và giờ đây là từ người đã chết hoàn toàn. Một công ty được gọi là Bioquark hy vọng sẽ mang lại cho những người đã được tuyên bố chết lâm sàng (chết não) có thể trở lại cuộc sống. Công ty công nghệ sinh học có trụ sở tại Philadelphia dự kiến sẽ bắt đầu dự án này vào cuối năm nay.
Cuộc thử nghiệm này ban đầu được dự định sẽ được tiến hành vào năm 2016 ở Ấn Độ, nhưng các nhà quản lý đã dừng lại. Trong kế hoạch mới này, khoảng 20 bệnh nhân sẽ trải qua các phương pháp điều trị khác nhau. Việc tiêm tế bào gốc sẽ đến trước tiên, với các tế bào gốc được phân lập từ máu hoặc mô mỡ của bệnh nhân. Tiếp theo, hỗn hợp protein được tiêm trực tiếp vào tủy sống, nhằm mục đích nuôi dưỡng sự phát triển của các neuron mới. Các liệu pháp laser và kích thích thần kinh theo sau 15 ngày, với mục đích thúc đẩy các neuron để kết nối. Trong khi đó, các nhà nghiên cứu sẽ giám sát cả hành vi và EEGs cho bất kỳ dấu hiệu của điều trị gây ra bất kỳ thay đổi nào.
Ý tưởng gây tranh cãi
Mặc dù có một số cơ sở khoa học cho từng bước trong quy trình, nhưng toàn bộ phác đồ đang được xem xét kỹ lưỡng. Kích thích điện của dây thần kinh đã được kiểm tra, nhưng hầu hết các bằng chứng tồn tại dưới dạng các nghiên cứu điển hình. Tiến sĩ Ed Cooper đã mô tả hàng chục trường hợp này, và chỉ ra rằng kỹ thuật này có thể có một số thành công hạn chế ở một số bệnh nhân ở trạng thái comas. Tuy nhiên, hôn mê và cái chết của não rất khác nhau, và quá trình của Bioquark đưa ra nhiều câu hỏi cho hầu hết các nhà nghiên cứu hơn là câu trả lời.
Một nhà nghiên cứu vấn đề đang nêu ra về nghiên cứu này được thông báo bằng văn bản. Làm thế nào để những người tham gia có thể chấp thuận được phép thử nghiệm, và làm thế nào các nhà nghiên cứu nên hoàn thành các thủ tục giấy tờ của họ – với điều kiện là những người tham gia hợp pháp đã chết – và làm thế nào mà sự chết não có thể được xác nhận? Điều gì sẽ xảy ra nếu hoạt động của não trở lại và trạng thái tinh thần của bệnh nhân sẽ như thế nào? Có thể làm bất cứ điều gì ngoài tổn thương não?
Theo báo cáo của Stat News, vào năm 2016, bác sĩ thần kinh học Arlington Lewis và nhà nghiên cứu sinh học Arthur Caplan đã viết trong Critical Care rằng cuộc thử nghiệm “không đáng tin cậy”, “không có nền tảng khoa học” và “có tính chất nghi vấn, và tồi tệ nhất, tồi tệ nhất, tồi tệ nhất. “Theo Stat News, mặc dù nghiên cứu của ông trước đây với sự kích thích điện của các dây thần kinh trung vị, Tiến sĩ Cooper cũng nghi ngờ phương pháp của Bioquark, và cảm thấy “không có cách nào mà kỹ thuật này có thể có tác dụng trên một người đã chết não. Kỹ thuật này, ông nói, dựa vào đó là một thân não chức năng – một trong những cấu trúc mà hầu hết các neuron vận động kết nối với vỏ não. Nếu không có dây thần kinh chức năng, thì nó không thể hoạt động.”
Bác sĩ phẫu thuật nhi Charles Cox, người không tham gia vào công trình của Bioquark, đồng ý với Cooper, bình luận với Stat News về quy trình đầy đủ của Bioquark, “đây không phải là điều điên rồ nhất mà tôi từng nghe, nhưng tôi nghĩ rằng xác suất thành công là Không. Tôi nghĩ rằng [người hồi sinh] về mặt kỹ thuật sẽ là một phép lạ.”
Mục sư vẫn còn lạc quan về quy trình của Bioquark. “Tôi cho chúng tôi một cơ hội tốt”, anh nói. “Tôi chỉ nghĩ rằng đó là một vấn đề đặt tất cả vào nhau và nhận được đúng người và đúng tâm trí trên đó.”
Các nhà nghiên cứu của Trung tâm Y tế thuộc trường Đại học Rochester đã phát hiện ra rằng mất tế bào gốc cơ (muscle stem cells) là động lực chính đằng sau sự suy giảm cơ ở tuổi già ở chuột. Phát hiện của họ thách thức lý thuyết phổ biến hiện nay rằng sự suy giảm cơ của tuổi tác chủ yếu là do mất neuron vận động. Các tác giả nghiên cứu hy vọng sẽ phát triển một loại thuốc hoặc liệu pháp có thể làm chậm sự mất tế bào gốc cơ và giảm cơ trong tương lai.
Ngay từ độ tuổi 30, kích thước và sức mạnh của cơ bắp của bạn bắt đầu giảm. Những thay đổi này rất tinh tế khi bắt đầu nhưng khi bạn qua tuổi 70 hoặc 80, sự suy giảm này có thể khiến bạn thấy rõ như yếu và phụ thuộc vào người khác thậm chí với những công việc hàng ngày đơn giản bạn cũng không thể tự làm được. Trong khi tốc độ suy giảm khác nhau từ người này sang người khác và có thể bị chậm lại do chế độ ăn kiêng và tập thể dục, nhưng hầu như không ai thoát khỏi sự suy giảm như là quy luật này.
Tác giả của nghiên cứu, Joe Chakkalakal, Ph.D., trợ lý giáo sư Chỉnh hình tại Trung tâm Nghiên cứu Cơ xương khớp tại URMC cho biết: “Ngay cả một vận động viên giỏi được đào tạo, những người có sức mạnh cơ tuyệt vời vẫn sẽ bị suy giảm theo tuổi tác.
Chakkalakal đã được khảo sát chính xác như thế nào mất cơ xảy ra ở chuột lão hóa để tìm ra cách con người có thể tránh nó.
Trong một nghiên cứu, xuất bản ngày hôm nay ở eLife, Chakkalakal và tác giả chính Wenxuan Liu, nghiên cứu sinh tại URMC, xác định vai trò mới cho tế bào gốc trong duy trì cơ bắp lâu dài. Tất cả người trưởng thành đều có một ổ tế bào gốc nằm trong mô cơ phản ứng với tập thể dục hoặc chấn thương – bổ sung các tế bào cơ mới để sửa chữa hoặc phát triển cơ. Mặc dù đã biết rằng các tế bào gốc cơ chết đi khi bạn già đi, nghiên cứu của Chakkalakal là người đầu tiên gợi ý rằng đây là yếu tố chính dẫn đến mất cơ.
Để hiểu rõ hơn về vai trò của tế bào gốc trong sự suy giảm cơ bắp do tuổi tác, Chakkalakal và nhóm nghiên cứu đã làm cạn kiệt các tế bào gốc cơ ở chuột mà không làm gián đoạn các tế bào thần kinh vận động, các tế bào thần kinh điều khiển cơ. Sự mất mát các tế bào gốc làm tăng sự suy giảm cơ ở chuột, bắt đầu sớm hơn thay vì ở tuổi già. Trong khi đó những con chuột bị biến đổi di truyền để ngăn ngừa sự mất mát tế bào gốc cơ thì duy trì cơ bắp khỏe mạnh dù lớn tuổi so với chuột đối chứng.
Đồng thời, Chakkalakal và nhóm của ông đã không tìm thấy bằng chứng để hỗ trợ tổn thương neuron vậb động ở chuột lão hóa. Theo lý thuyết, sự suy giảm cơ do tuổi tác chủ yếu là do các neuron động cơ chết hoặc mất kết nối với cơ, do đó làm cho các tế bào cơ bị teo và chết.
Chakkalakal cho biết: “Tôi nghĩ chúng tôi đã chứng minh được một cách chính thức rằng ngay cả đối với những người già, các tế bào gốc vẫn đang làm gì đó. “Chúng đóng vai trò quan trọng trong duy trì cơ bắp bình thường trong suốt cuộc đời.”
Chakkalakal đang xây dựng phát hiện này và tìm kiếm một thuốc mục tiêu cho phép ông duy trì ổ tế bào gốc cơ và ngăn chặn sự thoái hóa cơ bắp càng lâu càng tốt.
Đọc thêm: Wenxuan Liu et al. Loss of adult skeletal muscle stem cells drives age-related neuromuscular junction degeneration, eLife (2017). DOI: 10.7554/eLife.26464
Nhóm nghiên cứu của Đại học Melbourne đã phát triển một phương pháp để phát triển các tế bào giác mạc trong phòng thí nghiệm có thể làm giảm nhu cầu về giác mạc của người hiến tặng và khôi phục thị lực cho hàng triệu người trên toàn thế giới.
Hình. Quy trình nuôi cấy tế bào giác mạc lên phim để điều trị.
Bệnh viêm giác mạc là một tình trạng mắt suy nhược dẫn đến mù lòa và hiện đang ảnh hưởng đến 10 triệu người trên toàn thế giới. Giải pháp duy nhất hiện có là cấy ghép giác mạc. Tuy nhiên, một phương pháp điều trị mới được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Melbourne và Trung tâm Nghiên cứu Mắt Australia (CERA) có thể một ngày nào đó sẽ loại bỏ được nhu cầu về giác mạc của các người hiến tặng và giảm nguy cơ bị thải loại mảnh ghép. Tiến sĩ Berkay Ozcelik đã phát triển tấm phim hydrogel tổng hợp. Trong suốt và mỏng hơn tóc người, tấm phim cho phép tế bào biểu bì giác mạc phát triển trên bề mặt của nó. Sau đó, nó được cấy ghép qua một vết cắt nhỏ trong giác mạc và tấm phim sẽ phân huỷ trong hai tháng. Ozcelik và đồng nghiệp của ông đã phát triển các tế bào trên phim và cấy ghép thành công vào mắt của cừu để khôi phục thị lực. Với sự may mắn và nguồn tài chính đầy đủ, họ hy vọng sẽ bắt đầu thử nghiệm trên người vào năm 2018-19, điều này có thể dẫn đến việc điều trị được công bố rộng rãi vào năm 2022. Điều thực sự thúc đẩy tôi là tiềm năng giúp đỡ hàng triệu người trên toàn thế giới và mang lại cho họ một chất lượng cuộc sống tốt hơn.
Phát triển tế bào giác mạc trong phòng thí nghiệm
Giác mạc là một lớp rất mỏng, trong suốt ở phía trước của mắt. Để giữ được chức năng và trong suốt, nó vẫn phải là những tế bào mỏng đặc biệt được biết đến như là các tế bào nội mô giác mạc có vai trò bơm nước ra khỏi giác mạc. Tuy nhiên, thương tích, lão hóa và bệnh tật có thể làm giảm số lượng tế bào này, làm cho giác mạc dày lên và mất đi sự trong suốt của nó, cuối cùng dẫn đến chứng mù.
Cấy ghép giác mạc có nhiều khó khăn. Ozcelik nói: “Rất khó để cấy ghép giác mạc trở lại bệnh nhân vì lớp tế bào rất mỏng manh. Hệ thống miễn dịch của bệnh nhân cũng có thể nhận biết và loại bỏ mô này, điều này có nghĩa là bệnh nhân phải dùng thuốc chống thải loại mảnh ghép như steroid trong suốt quãng đời còn lại.
Phó giáo sư Mark Daniell, bác sĩ phẫu thuật nhãn khoa tại CERA, nói: “Khoảng 1/3 số ca cấy ghép giác mạc bị thải loại và phải được thay thế.” Nhận được giác mạc của người hiến tặng cũng là một vấn đề lớn ở nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt là Trung Quốc, Nhật Bản, Nga và Ấn Độ. Một giác mạc được làm bằng công nghệ mô sẽ vượt qua được vấn đề của sự thiếu hụt các nhà tài trợ và kể cả việc thải loại mảnh ghép giác mạc. Daniell đã từng là một thành viên của nhóm nghiên cứu đang phát triển các tế bào giác mạc trong phòng thí nghiệm, nhưng ông cần một cái giàn giáo tổng hợp có thể cấy vào mắt. Ông tiếp cận Greg Qiao, giáo sư về hóa học và kỹ thuật vĩ mô của Đại học Melbourne, và nghiên cứu sinh tiến sĩ Ozcelik. “Berkay đã phát triển rất nhiều chất nền tiềm năng để phát triển tế bào và sử dụng như một cái giàn giáo”, Daniell nói. “Ông đã đưa ra công thức cuối cùng này là vô cùng hữu ích cho chúng tôi. Chúng ta có một cái gì đó mà các tế bào muốn phát triển và chúng ta có thể sử dụng trong quá trình phẫu thuật. ” Cứu thị lực cho hàng triệu người
Ozcelik cho biết nhóm của ông có một mục đích cuối cùng không chỉ đơn giản là cải thiện tỷ lệ thành công của việc cấy ghép: “Chúng tôi có hai mục đích với công việc này: chúng tôi muốn loại bỏ nhu cầu về mô người hiến và chúng tôi muốn giảm thiểu sự thiếu hụt nguồn hiến tặng.” Thứ nhất – nếu còn đủ tế bào nội mô giác mạc còn sống trong mắt của chính bệnh nhân – chúng có thể được thu nhận và nuôi trong phòng thí nghiệm để cấy ghép lại vào mắt. Nếu điều này thành công, nó có thể loại bỏ được vấn đề thải loại mảnh ghép và giảm nhu cầu về giác mạc của người hiến tặng. Tuy nhiên, một số bệnh nhân có thể không có đủ tế bào giác mạc còn sống trước khi điều trị. Trong trường hợp đó, bệnh nhân vẫn cần các tế bào hiến, nhưng nếu các nhà nghiên cứu có thể nuôi chúng trong phòng thí nghiệm và phát triển chúng trên phim, thì một mô giác mạc người hiến tặng có thể sử dụng cho nhiều người.” Ozcelik nói: “Hiện tại bạn đang ghép một giác mạc từ một người hiến tặng cho một bệnh nhân. Tuy nhiên, với khả năng nuôi cấy các tế bào này trên màng tổng hợp, chúng ta có thể tăng cường sử dụng các chất liệu của người hiến tặng. Do đó, thay vì một người hiến tặng cho một bệnh nhân, chúng ta có thể làm một người hiến tặng cho 20 bệnh nhân. “
Nhìn về tương lai, Ozcelik nói rằng những loại phim tương tự cũng có thể được sử dụng để phát triển các loại tế bào khác trong phòng thí nghiệm như tế bào da để cấy ghép.
Các nhà khoa học tại Indonesia – một tâm dịch COVID-19 của châu Á đã thực hiện một nghiên cứu lâm sàng sử dụng tế bào gốc trung mô dây rốn (UCMSC) để tiêm tĩnh mạch như một liệu pháp hỗ trợ điều trị cho bệnh nhân COVID-19 có diễn tiến nặng, và kết quả cho thấy đây là một liệu pháp “có tiềm năng” cho các bệnh nhân mắc COVD-19 nặng, giúp tăng tỉ lệ sống sót cao hơn đáng kể so với nhóm bệnh nhân không dùng UCMSC.
Được ghi nhận đầu tiên vào cuối năm 2019 đến hiện nay năm 2021, virus SARS CoV-2 đã tạo ra một đại dịch nghiêm trọng trên khắp thế giới. Virus không ngừng biến đổi và lan rộng, số ca nhiễm bệnh và tử vong do COVID-19 liên tục tăng, cuộc đua điều chế vaccine – được xem là cách tốt nhất để kiểm soát đại dịch đang cho thấy nhiều tín hiệu tích cực. Ngày càng có nhiều loại vaccine được đưa vào tiêm chủng rộng rãi, đồng thời nhiều loại vaccine khác đang được thử nghiệm lâm sàng ở giai đoạn 3, mang đến cho chúng ta một viễn cảnh tươi đẹp hơn trong một bức tranh có phần ảm đảm trong hơn 2 năm qua. Tuy nhiên các vaccine hiện đang sử dụng cũng bộc lộ một số nhược điểm như người đã tiêm đủ liều như khuyến cáo vẫn có thể nhiễm bệnh và lây nhiễm cho người khác. Trong tình hình đó, việc chống lại sự lây nhiễm có thể không phải là cách khả dĩ trong bối cảnh càng có nhiều các nhà khoa học ủng hộ luận điểm chúng ta sẽ chung sống với virus này mãi về sau, cho đến khi nó trở nên yếu hơn và ít gây tử vong hơn. Do đó việc tìm kiếm nhiều phương pháp khác nhau là cần thiết để nhằm giảm số ca trở nặng hay chí ít là để bệnh nhân COVID-19 đang diễn tiến nặng có nhiều khả năng vượt qua cơn nguy kịch hơn.
Gần đây trong một nghiên cứu lâm sàng tại 4 bệnh viện ở thủ đô Jakarta, Indonesia, nơi đang phải gánh chịu những hậu quả nặng nề do COVID-19 mang lại, là một trong những điểm nóng về số ca mắc và tử vong do COVID-19 tại châu Á, các nhà khoa học đã sử dụng một liệu pháp mới trong hỗ trợ điều trị các ca bệnh COVID-19 diễn biến nặng. Theo đó, tế bào gốc trung mô dây rốn đã được sử dụng như một biện pháp hỗ trợ điều trị. Nghiên cứu được tiến hành trên 40 bệnh nhân mắc COVID-19 nặng được chia ngẫu nhiên thành 2 nhóm: nhóm 1 gồm 20 bệnh nhân được truyền các tế bào UCMSC theo đường tĩnh mạch với liều 10^6 tế bào/kg trọng lượng cơ thể trong 100mL nước muối sinh lý (NaCl 0,9%), nhóm 2 (nhóm đối chứng) gồm 20 bệnh nhân được truyền chỉ 100mL nước muối sinh lý như nhóm 1 và không chứa UCMSC. Ngoài ra tất cả 40 bệnh nhân trên đều được điều trị như nhau với các phương pháp thường quy khác, điều kiện này để đảm bảo việc so sánh công bằng, khách quan về tỉ lệ sống sót hoặc tử vong giữa 2 nhóm trên là có sự tác động của việc dùng hay không dùng UCMSC trong điều trị, chứ không phải do các điều kiện hay nhân tố khác. Kết quả về tỉ lệ sống sót cho thấy sau nỗ lực điều trị thì nhóm 1 có 10 người sống sót, cao gấp 2,5 lần so với nhóm 2, chỉ có 4 người sống sót. Trong số đó, riêng nhóm những bệnh nhân có bệnh nền đi kèm nếu điều trị bằng UCMSC (nhóm 1) giúp tăng tỉ lệ sống thêm 4,5 lần so với không sử dụng hỗ trợ UCMSC (nhóm 2). Tất cả các bệnh nhân sử dụng UCMSC (được trộn với nước muối sinh lý để tiêm) đều không ghi nhận tác dụng phụ nào so với nhóm 2 không dùng UCMSC (chỉ sử dụng nước muối sinh lý để tiêm), so sánh này nhằm loại trừ tác dụng phụ nếu có của nước muối sinh lý đối với cơ thể bệnh nhân và nhằm chứng minh UCMSC an toàn trong tiêm truyền. Cơ sở khoa học của cách thức điều trị dùng UCMSC này xuất phát từ tính điều biến miễn dịch, giảm viêm của các tế bào gốc trung mô đối với cơ thể. Tuy nhiên cỡ mẫu của nghiên cứu này còn tương đối nhỏ nên cần thêm các nghiên cứu sâu rộng hơn để tìm ra cách sử dụng UCMSC hiệu quả nhất trong điều trị cho bệnh nhân COVID-19 nặng.
Từ kết quả khả quan của nghiên cứu trên trong một nỗ lực nhằm cứu sống các bệnh nhân COVID-19 diễn tiến nặng, các tế bào gốc trung mô dây rốn nhỏ bé lại một lần nữa bộc lộ tiềm năng to lớn trong các vấn đề y tế mang tính khó khăn, phức tạp và thời sự. Điều này khiến chúng ta suy nghĩ về tiềm năng tự chữa lành của cơ thể trước những bệnh tật, phải chăng cơ thể chúng ta có đầy đủ khả năng chống lại mọi căn bệnh tưởng chừng không thể hoặc khó khăn trong điều trị, những khá năng đó đang nằm sâu trong cơ thể mỗi chúng ta, ẩn giấu trong chiếc chìa khóa tế bào gốc, đang chờ chúng ta từng bước khám phá.
Các nhà khoa học tại Bệnh viện Đại học Y khoa Quảng Châu, Trung Quốc vừa công bố kết quả trong việc biệt hóa ngược các tế bào gốc vạn năng cảm ứng thành cấu trúc giống phôi nang của người. Nghiên cứu này sẽ là cơ sở để tiếp tục các nghiên cứu về sự bất thường trong trong quá trình làm tổ sớm của phôi gây ra bởi các khuyết tật phát triển ở giai đoạn đầu của phôi. Nghiên cứu được đăng trên tạp chí Nature vào ngày 7/9/2021.
Phôi nang bao gồm ba dòng tế bào đầu tiên của phôi: lá nuôi phôi (trophectoderm), ngoại bì và nội bì nguyên thủy, tất cả đều cần thiết cho sự phát triển sớm và hình thành cơ quan. Trong đó, lá nuôi phôi là biểu mô đầu tiên xuất hiện trong quá trình phát sinh phôi của động vật có vú, tạo nên thành ngoài của phôi nang. Lớp tế bào này xuất hiện đồng thời với dịch phôi bào khi phôi dâu phát triển thành phôi nang và thường chỉ có thể thu nhận từ phôi thai, và quan trọng hơn là lớp tế bào này không thể biệt hóa được từ các tế bào gốc vạn năng.
Những lo ngại về đạo đức và việc tiếp cận với phôi nang người bị hạn chế, vì điều này nên cho đến thời điểm hiện tại, những hiểu biết về quá trình hình thành phôi sớm ở người vẫn còn nhiều khiếm khuyết. Để giải quyết điều này, các nhà khoa học cần có một mô hình đáng tin cậy mô phỏng lại các giai đoạn đầu của quá trình hình thành phôi thai người. Nhóm nghiên cứu của Yong Fan và các cộng sự tại Bệnh viện Đại học Y khoa Quảng Châu; Bệnh viện Đại học Bắc Kinh; Đại học Mỏ và Công nghệ Trung Quốc; Đại học Khoa học và Công nghệ Côn Minh (Trung Quốc); Đại học Khoa học và Công nghệ (Vương quốc Ả Rập Xê Út), đã phát triển một quy trình cảm ứng ba chiều (3D). Quy trình này chỉ gồm hai bước để tạo ra các cấu trúc giống như phôi bào (EPS-blastoid) từ các tế bào gốc đa năng (EPS). Các phân tích về hình thái và hệ phiên mã (transcriptome) cho thấy rằng EPS-blastoid chứa các dòng tế đầu tiên của phôi và tương tự với phôi nang tự nhiên.
Trong quy trình cụ thể, nhóm của Yong Fan đã cảm ứng các tế bào gốc vạn năng cảm ứng (iPSC) thành các tế bào vạn năng mở rộng (EPS). Tiếp theo, các nhà nghiên cứu đã xử lý EPS với protein BMP4 để tạo ra các tế bào giống lá nuôi phôi. Trong giai đoạn từ ngày 1 đến ngày 5 cảm ứng với protein BMP4, các gen của ngoại phôi bì giảm dần biểu hiện trong khi các gen liên quan đến lá nuôi phôi tăng biểu hiện. Ở ngày thứ 2 các tế bào được cảm ứng với protein BMP4 đã bắt đầu phân cực giống hình thái của các tế bào lá nuôi phôi thực sự. Ở bước tiếp theo, nhóm nghiên cứu đã trộn các tế bào EPS với các tế bào giống lá nuôi phôi vừa thu được theo tỉ lệ từ 1:4–1:5. Sau khoảng từ 5 đến 6 ngày đồng nuôi cấy, cấu trúc giống phôi nang blastoid được hình thành (Hình 1).
Hình 1. Quá trình cảm ứng các tế bào gốc vạn năng thành cấu trúc giống phôi nang (Nguồn: Fan, Y. và cộng sự, 2021)
Sau 24 giờ đầu tiên của quá trình đồng nuôi cấy, hỗn hợp các tế bào có liên kết lỏng lẻo đã bắt đầu liên kết chặt lại. Từ ngày thứ 4 phối trộn hai dòng tế bào, các khoang nhỏ đặc trưng cho phôi nang bắt đầu hình thành. Các khoang này lớn dần và rõ ràng hơn vào ngày 5 đến ngày 6. Về mặt hình thái, những phôi bào người này tương tự như phôi nang người tự nhiên ở ngày phôi thứ 6 (Hình 2).
Hình 2. So sánh hình thái của EPS-blastoid và phôi nang tự nhiên ở ngày phôi thứ 6 (Nguồn: Fan, Y. và cộng sự, 2021)
Theo nhóm nghiên cứu của TS. Yong Fan, họ đã phát triển thành công mô hình giả lập sự phát triển phôi bào của người và mô hình này có thể được tạo ra với số lượng lớn. Kết quả của công trình này tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu những khiếm khuyết trong quá trình làm tổ của phôi sớm gây nên các hiện tượng sảy thai và khuyết tật ở trẻ sơ sinh; đồng thời thúc đẩy nghiên cứu sự biệt hóa của tế bào gốc trong giai đoạn làm tổ của phôi. Ngoài ra, EPS-blastoid đem đến nguồn mẫu vô tận để nghiên cứu về quá trình phát triển phôi cũng như các thành phần ngoài phôi mà trước đó không thể thực hiện được trên các dòng tế bào gốc vạn năng.
ThS. Trương Châu Nhật – Viện Tế bào gốc, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, VNU-HCM
Tham khảo:
Fan, Y., Z. Min, S. Alsolami, Z. Ma, E. Zhang, W. Chen, K. Zhong, W. Pei, X. Kang, P. Zhang, Y. Wang, Y. Zhang, L. Zhan, H. Zhu, C. An, R. Li, J. Qiao, T. Tan, M. Li and Y. Yu (2021). “Generation of human blastocyst-like structures from pluripotent stem cells.” Cell Discov 7(1): 81.
Ti thể là một loại bào quan phức tạp chứa các con đường thiết yếu liên quan đến chuyển hóa năng lượng, cân bằng nội môi ion, truyền tín hiệu và quá trình apoptosis. Với hơn 330 gen bệnh ti thể khác nhau được xác định, việc mô hình hóa tất cả các gen và đột biến riêng biệt liên quan đến bệnh ti thể là vô cùng cần thiết. Cho đến nay, mặc dù có một số lựa chọn điều trị đầy hứa hẹn, nhưng vẫn không có phương pháp điều trị nào được xác nhận về mặt lâm sàng đối với các bệnh về ty thể. Với sự thiếu hụt của các mô hình có thể áp dụng các phương pháp tiếp cận lâm sàng, các mô hình tế bào gốc đa năng ở người (hPSC) về bệnh ti thể cung cấp một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn như một nền tảng khám phá thuốc.
Không chỉ đơn thuần là “nhà máy năng lượng của tế bào”, ti thể còn xử lý các quá trình sinh hóa cực kỳ quan trọng bao gồm tín hiệu tế bào, quá trình apoptosis, cân bằng nội môi canxi…Các bệnh về ti thể làm gián đoạn quá trình sản xuất năng lượng của tế bào và là một trong những nhóm rối loạn di truyền phức tạp nhất, chúng không đồng nhất về mặt lâm sàng và di truyền, thường ảnh hưởng đến các loại tế bào có nhu cầu năng lượng cao ở não, tim và thận. Các bệnh về ti thể được phân loại là các rối loạn sản sinh năng lượng ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến việc sản xuất ATP thông qua hệ thống phosphoryl hóa oxy hóa (OXPHOS). Các bệnh liên quan đến ti thể có thể là kết quả của các đột biến trong DNA ở nhân tế bào (nDNA) hoặc DNA ở ti thể (mtDNA). Ngoài ra, kiểu hình của bệnh không đồng nhất và đặc trưng theo từng mô, gây khó khăn cho việc chẩn đoán và nghiên cứu. Việc mô hình hóa các rối loạn này là một thách thức vì nhiều mô hình bệnh ti thể trên động vật không tương đồng hoàn toàn với kiểu hình ở người cho các gen bệnh đã biết. Ngoài ra, việc tiếp cận với các loại tế bào hoặc mô liên quan đến bệnh từ bệnh nhân thường bị hạn chế. Để khắc phục những khó khăn này, nhiều nhóm nghiên cứu đã chuyển sang sử dụng tế bào gốc vạn năng của người (hPSC) để tạo mô hình bệnh ti thể cho cả nDNA và mtDNA. Tận dụng khả năng của hPSC để biệt hoá thành các loại tế bào có liên quan về mặt lâm sàng, các mô hình này cho phép nghiên cứu chi tiết về các cơ chế gây bệnh và xây dựng phác đồ điều trị đầy hứa hẹn.
Tế bào gốc vạn năng có khả năng tạo ra các tế bào từ cả ba lớp mầm và tự làm mới vô thời hạn (Hình 1). Tế bào gốc vạn năng của người (hPSC) có thể được tạo ra từ khối tế bào bên trong của phôi nang, được gọi là tế bào gốc phôi người (hESC), hoặc bằng cách tái lập trình các tế bào soma, thường là nguyên bào sợi hoặc tế bào đơn nhân máu ngoại vi (PBMC), để tạo ra các tế bào gốc vạn năng cảm ứng (iPSC). Cả hai dạng hPSC đều có khả năng tự đổi mới vô thời hạn và có thể biệt hóa thành ba lớp mầm sơ cấp. Chính khả năng biệt hoá này làm cho hPSC phù hợp để mô hình hóa vô số hệ thống bị ảnh hưởng bởi các bệnh liên quan đến ti thể.
Hình 1. Thế hệ và công dụng của các mô hình tế bào gốc ở người.
Mô hình hPSC đối với các bệnh ti thể có thể được tạo ra bằng cách tái lập trình các tế bào soma thành iPSC và sử dụng các phương pháp tiếp cận chỉnh sửa gen (ví dụ, CRISPR-Cas9).
Hình 2. Cách tạo và xác nhận các dòng iPSC bệnh ti thể.
Việc tái lập trình các tế bào soma để tạo thành iPSC có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các công nghệ: véc-tơ virus tích hợp như retrovirus và lentivirus, virus không tích hợp như virus Sendai, vectơ từng đoạn và ARN biến đổi (modRNA).
Việc chỉnh sửa gen bằng CRISPR-Cas9 có thể được thực hiện sau khi tái lập trình, thực hiện đồng thời hoặc trước khi tái lập trình hay thực hiện trên hPSC để tạo ra các dòng đột biến. Rất nhiều nghiên cứu đã tiết lộ rằng hệ thống CRISPR-Cas9 có thể được sử dụng để lập trình lại các tế bào soma thành iPSC và sửa đổi các tế bào vạn năng về mặt di truyền. Tế bào soma được phân lập từ một bệnh nhân mang đột biến được lập trình lại thành iPSC bằng cách chuyển gen thông qua vectơ virus hoặc các dạng vectơ khác. Các iPSC sau đó được biến đổi gen để sửa chữa đột biến bằng công nghệ CRISPR-Cas9. Các iPSC đã hiệu chỉnh được tăng sinh và cảm ứng biệt hóa thành các tế bào đích. Cuối cùng, các tế bào được truyền vào lại bệnh nhân để điều chỉnh tình trạng bệnh.
Hình 3. Chỉnh sửa gen qua trung gian CRISPR-Cas9 trên iPSC
Các mô hình bệnh ti thể trên hPSC cung cấp một hệ thống để nghiên cứu các cơ chế gây bệnh liên quan đến gen hoặc đột biến trên các mô liên quan đến kiểu hình lâm sàng. Một loạt các nghiên cứu đã sử dụng mô hình này để tạo ra các loại tế bào có liên quan bệnh về ti thể nhằm điều tra các khiếm khuyết cụ thể của mô hoặc để sàng lọc các phương pháp điều trị tiềm năng cho các bệnh thuộc nhóm này như hội chứng Barth, bệnh Parkinson, hội chứng PEO và Alpers, hội chứng cạn kiệt mtDNA, hội chứng Leigh.
Nguyễn Thị Hiền Trang – Viện Tế bào gốc, Trường Đại học khoa học tự nhiên, VNU-HCM
