Hẳn bạn đã từng nghe thấy ở đâu đó, trong truyện hay phim khoa học viễn tưởng, rằng người ta có thể tạo ra được các cơ quan nội tạng của động vật hay con người. Tuy đó vẫn còn là điều xa vời, nhưng những năm gần đây, ngành y sinh học đang chứng kiến sự phát triển nhanh chóng của một phương pháp nuôi cấy mới có thể cho phép các nhà khoa học tạo ra các cấu trúc mô hoặc cơ quan thu nhỏ, gần giống với thực tế hơn. Những mô hình mô/cơ quan thu nhỏ này chủ yếu được sử dụng trong nghiên cứu để tìm hiểu nguyên nhân và cách điều trị mới cho nhiều loại bệnh.
KH&CN nước ngồi KH&CN nước ngồi Ni cấy quan thu nhỏ không gian chiều: Xu hướng nghiên cứu y sinh TS Nguyễn Ngọc Kim Vy Đại học California, San Diego, Hoa Kỳ Hẳn bạn nghe thấy đâu đó, truyện hay phim khoa học viễn tưởng, người ta tạo quan nội tạng động vật hay người Tuy điều xa vời, năm gần đây, ngành y sinh học chứng kiến phát triển nhanh chóng phương pháp ni cấy cho phép nhà khoa học tạo cấu trúc mô quan thu nhỏ, gần giống với thực tế Những mơ hình mơ/cơ quan thu nhỏ chủ yếu sử dụng nghiên cứu để tìm hiểu nguyên nhân cách điều trị cho nhiều loại bệnh Mơ hình ni cấy khơng gian chiều Thơng thường tế bào nuôi cấy mặt phẳng đáy đĩa ni cấy nhựa kính Cách ni cấy áp dụng rộng rãi tính giản tiện Tuy nhiên, mọc bề mặt đĩa, với không gian chiều (2D), nhiều loại tế bào đặc tính cấu trúc chức mà vốn có nằm thể Ví dụ tế bào tuyến vú mơi trường khơng khả sản xuất tiết sữa Nhưng tế bào đó, nuôi cấy không gian chiều (3D), chúng trì cấu trúc chức tiết sữa tuyến vú thật Vì phương pháp ni cấy 3D cho phép nhà nghiên cứu mô tới gần sát với thực tế cấu trúc chức tế bào Xa quan trọng nữa, mơi trường 3D giúp tế bào loại khác loại tương tác với nhau, tái xếp để hình thành cấu trúc giống với mô thật quan thật Từ nhà nghiên cứu quan sát tìm hiểu đặc 58 tính hành vi tế bào mà trước họ thực với mơ hình 2D Lịch sử hình thành Thực ý tưởng nuôi cấy tế bào khơng gian chiều có từ thập niên 20 kỷ trước, phần quan tách đem nuôi cấy Vào thời điểm đó, phương pháp có số thành công định, lại phổ biến cho nhiều loại quan chất dinh dưỡng khơng khuếch tán vào sâu tới tế bào bên Sau đó, hướng nghiên cứu gần vào ngõ cụt, thập niên 1980-1990 nhà nghiên cứu tìm hiểu sâu vai trò chất ngoại bào (extracellular matrix ECM) tế bào Một chất ngoại bào quan trọng phổ biến thể collagen Chúng tạo hệ “giàn giáo” xung quanh để hỗ trợ tế bào mặt học Cùng với collagen, số loại protein quan trọng khác thành phần chất ngoại bào laminin, Soá naêm 2019 fibronectin sử dụng làm giá thể cho tế bào phát triển Kỹ thuật ứng dụng Một nhóm tế bào mẫu mơ nhỏ đặt bề mặt giá thể lồng vào bên giọt gel tạo thành từ chất ngoại bào Hiện có hai loại giá thể thương mại hố sử dụng phổ biến Matrigel (với thành phần chủ yếu laminin, collagen IV, nidogen ) collagen loại I Trong nghiên cứu bản, nhà khoa học sử dụng phương pháp nuôi cấy để tìm hiểu trình phát triển loại mơ có cấu trúc dạng tuyến, ống thể, chẳng hạn tuyến vú, tuyến nước bọt, thận, phổi, ruột nhỏ, gan, dày, tuyến tụy ngoại tiết, tuyến tiền liệt Sau nuôi cấy, tế bào mẫu mơ nhỏ thường trải qua q trình xếp lại, phát triển thành quan thu nhỏ với cấu hình khơng gian gần giống thể, đặt tên KH&CN nước ngồi bệnh nhân phòng thí nghiệm, trước đem áp dụng vào thể họ Đây bước tiến y học xác (hay y học cá thể personalized medicine) Một vài năm trở lại đây, công nghệ nuôi cấy 3D tạo quan thu nhỏ nhà nghiên cứu tế bào gốc áp dụng cách linh động mở lĩnh vực mới, vô tiềm Đối với tế bào gốc trưởng thành, phải kể đến loạt cơng trình nghiên cứu tế bào gốc ruột (intestinal stem cells) Chúng ta biết niêm mạc ruột thay liên tục nguồn cung cấp để thay tế bào từ tế bào gốc ruột nằm khe (crypt) lông mao (villus) niêm mạc ruột Nhóm nghiên cứu TS Hans Clevers Đại học Utretch, Hà Lan phân lập nuôi cấy tế bào gốc mơi trường 3D tái tạo lại cấu trúc niêm mạc thành ruột Những niêm mạc ruột thu nhỏ tiếp tục phát triển để ứng dụng lâm sàng (cấy ghép, sàng lọc thuốc, nghiên cứu mơ hình bệnh) Hình Tế bào, mô quan nuôi cấy 3D Hình Sơ lược mơ hình ni cấy 2D - 3D organoid Nếu kết hợp với phương pháp hình ảnh - chiều thứ (thời gian), ta trực tiếp quan sát tiến triển tế bào mô qua thời gian Trong ứng dụng điều trị, tế bào mô ung thư phân lập từ mẫu sinh thiết bệnh nhân (thường dạng carcinoma) nuôi cấy thử nghiệm loại thuốc Tương tự với tế bào bình thường, mơi trường nuôi cấy 3D, tế bào ung thư bảo tồn nhiều đặc tính cố hữu nó, tác dụng thuốc với tế bào ung thư đánh giá xác Với cách tiếp cận này, bác sĩ thường liên kết với nhà khoa học để tìm loại thuốc có tác dụng hiệu với khối u Đối với tế bào gốc phơi (có tính vạn phát triển thành loại tế bào thể gặp điều kiện thích hợp), ni cấy 3D vào thời kỳ mạnh mẽ Trong khoảng năm qua, có nhiều loại quan thu nhỏ tạo nhờ kết hợp tài tình này, ví dụ dày, ruột, tuyến tụy, phổi não Nổi tiếng 2-3 năm gần tạo não thu nhỏ (mini brain hay brain organoid) Mơ hình não thu nhỏ chứa nhiều phần khác não Tuy chưa phải hoàn chỉnh, bước đầu Số năm 2019 59 KH&CN nước ngồi Hình So sánh cấu trúc ruột thực tế ruột thu nhỏ cho phép nhà khoa học quan sát sâu diễn trình phát triển tương tác não Mơ hình hy vọng giúp giải mã bí ẩn bệnh liên quan đến hệ thần kinh Alzheimer, tự kỷ, Parkinson mà từ xưa đến nhà khoa học có nguồn mẫu để nghiên cứu Tương lai công nghệ nuôi cấy quan thu nhỏ Một bước tiến hướng nghiên cứu kết hợp nhiều loại mô khác để tạo thành quan Người ta đưa thuật ngữ “kêu” nhiều cho hướng nghiên cứu này, gọi “organ on chip” (chip thiết bị ni cấy nhỏ, có kích thước vi mơ) Mỗi quan thể tạo thành phối hợp nhiều loại mơ, ví dụ tuyến tụy nội tiết kết hợp tế bào tiết hóc-mơn (alpha, beta, delta ), tế bào mạch máu, tế bào mô liên kết, tế bào thần kinh chất ngoại bào Để tạo thành tuyến tụy nội tiết hoàn chỉnh, cần tất thành phần nêu Sự kết hợp 60 diễn tự nhiên phôi thai, lại khơng dễ dàng để mơ phòng thí nghiệm Công nghệ “organ on chip” tạo tảng kỹ thuật để kết hợp nhiều loại mô lại với thành quan hồn chỉnh Tuy nhiều thách thức, mục tiêu mà nhiều phòng thí nghiệm hướng tới Xa nữa, việc kết nối quan có liên hệ với mặt chức phương tiện hữu ích để nghiên cứu sinh lý bệnh Chẳng hạn, gan, tuyến tuỵ nội tiết có liên hệ chặt chẽ bệnh tiểu đường Do việc liên kết quan lại giúp hiểu sâu tương tác chúng với thành phần dinh dưỡng đường, chất béo, acid amine… Những hiểu biết đóng vai trò quan trọng việc kiểm soát, điều trị bệnh chuyển hố, đầu tư nghiên cứu nhiều Gần Cơ quan Hàng không vũ trụ Hoa Kỳ (NASA) tiến hành đem mơ hình ni cấy quan thu nhỏ ngồi khơng gian để nghiên cứu Số năm 2019 thay đổi tế bào người Kết từ nghiên cứu giúp giải mã thay đổi sức khoẻ tuổi thọ nhà du hành vũ trụ mức độ tế bào phân tử Tóm lại, mơ hình ni cấy 3D tạo quan thu nhỏ xu hướng nghiên cứu mới, giúp nhà khoa học tạo hiểu rõ mơ hình quan gần sát với thực tế thể người sử dụng chúng làm công cụ để phát triển phương pháp trị liệu ? TÀI LIỆU THAM KHẢO https://www.nature.com/articles/ nrm3873 h t t p s : / / w w w s t e m c e l l c o m / intestinal-organoid-culture-lp.html https://www.nature.com/articles/ ncb3312 h t t p : / / w w w s p a c e d a i l y c o m / reports/Robots_grow_mini_organs_ from_human_stem_ cells_ 999.html http://science.unctv.org/content/ micro-organs ... nghiên cứu Tương lai công nghệ nuôi c y quan thu nhỏ Một bước tiến hướng nghiên cứu kết hợp nhiều loại mô khác để tạo thành quan Người ta đưa thu t ngữ “kêu” nhiều cho hướng nghiên cứu n y, gọi... thay đổi tế bào người Kết từ nghiên cứu giúp giải mã thay đổi sức khoẻ tuổi thọ nhà du hành vũ trụ mức độ tế bào phân tử Tóm lại, mơ hình nuôi c y 3D tạo quan thu nhỏ xu hướng nghiên cứu mới, ... trò quan trọng việc kiểm sốt, điều trị bệnh chuyển hố, đầu tư nghiên cứu nhiều Gần Cơ quan Hàng không vũ trụ Hoa Kỳ (NASA) tiến hành đem mơ hình ni c y quan thu nhỏ ngồi khơng gian để nghiên cứu