Nuôi tạo tạng từ tế bào - Cuộc đua quyết liệt

Nuôi tạo tạng từ tế bào - Cuộc đua quyết liệt

Việc phát hiện ra tế bào gốc và khả năng ứng dụng tế bào này trong điều trị

bệnh được xem là một bước ngoặt lớn của y học hiện đại. Song do hạn chế

trong việc nghiên cứu tế bào gốc, các công trình nghiên cứu và phát triển cơ

quan từ tế bào thông thường đang ngày càng trở nên phổ biến và mang lại

nhiều hy vọng cứu chữa những căn bệnh hiểm nghèo. Một cuộc đua nuôi tạo

tạng từ tế bào đang diễn ra tại nhiều trung tâm nghiên cứu trên thế giới.

Anh Luke Masella là một bệnh nhân được sinh ra với chứng nứt đốt sống

bẩm sinh. Khuyết tật này làm tê liệt chức năng của bàng quang và gây ảnh

hưởng đến cuộc sống của bệnh nhân này trong suốt thời kỳ tuổi thơ. Khi lên

10 tuổi, mặc dù đã tích cực điều trị bằng nhiều phương pháp khác nhau, song

khuyết tật bàng quang đã khiến cho Masella bị mắc chứng suy thận nghiêm

trọng. Chất độc hình thành trong máu của bệnh nhân và chỉ trong một thời

gian ngắn, bệnh tật đã khiến Masella đã bị hao hụt tới 25% trọng lượng cơ

thể.

May mắn đến với Luke Masella khi các nhà khoa học tại Trung tâm Thí

nghiệm Trường đại học Wake Forest phát triển thành công bàng quang

người từ các tế bào bàng quang trong phòng thí nghiệm. Câu chuyện tưởng

như chỉ mới được nhắc đến trong các tiểu thuyết khoa học viễn tưởng đã

thành sự thực. Thành công này đã thúc đẩy sự phát triển của lĩnh vực nuôi

cấy tạng người từ tế bào. Trong tương lai không xa, không chỉ tạo được bàng

quang, các nhà khoa học còn có thể nuôi cấy được nhiều bộ phận cơ thể

khác như: da, xương, xương sụn, giác mạc, khí quản, động mạch và đường

ống tiết niệu với chức năng sinh học đầy đủ để thay thế cho các bộ phận bị

hỏng hóc hoặc khuyết tật ở người bệnh.

Xuất phát từ ý tưởng 25 năm trước của hai anh em nhà khoa học Mỹ là

Joseph và Charless Vacanti thuộc Trường đại học Tổng hợp Harvard và

Robert Langer thuộc Viện Công nghệ Massachusetts về việc phát triển các

cơ quan thay thế trong trường hợp người bệnh gặp bệnh hiểm nghèo, các nhà

khoa học sau đó đã tập trung vào nghiên cứu nhằm tạo ra các cơ quan nội

tạng bằng cách phát triển các tế bào thông thường trong phòng thí nghiệm.

Trong tương lai, nhiều bộ phận cấy

ghép sẽ được phát triển từ tế bào thông

thường.

Tuy nhiên, có rất nhiều loại tế bào với các chức năng và cấu trúc khác nhau.

Do đó làm sao để hướng cho các tế bào này phát triển và phân chia tạo thành

đúng cấu trúc của một cơ quan nội tạng gồm hàng triệu tế bào như: phổi, gan

hay thận… là điều không hề đơn giản. Để khắc phục khó khăn này, nhà khoa

học Langer đã đưa ra sáng kiến có tính ứng dụng cao đó là: tạo ra các mô

hình của các cơ quan tạng bằng vật liệu nhân tạo như hợp chất cao phân tử

có khả năng tự phân hủy - biodegradable polymer và các phân tử tự nhiên

khác như collagen. Sử dụng kỹ thuật thiết kế mô hình của Langer, nhà khoa

học Charles Vacanti đã dùng polymer để tạo ra cấu trúc phần xương sụn cho

tai của một bé trai 3 tuổi. Việc thiết kế mô cũng được thực hiện một cách

khéo léo bằng vật liệu thay thế có tên gọi cellularization. Bước tiếp theo là

tạo ra các tế bào của cơ quan tạng mới dựa trên mô hình đã được dựng.

Những tế bào này có thể lấy từ đâu? Phần lớn các nhà khoa học đều hướng

tới tế bào gốc bởi từ tế bào gốc có thể phát triển thành nhiều loại tế bào

khác. Và cách tạo tế bào gốc tối ưu nhất là từ tế bào nhau thai được lấy từ

sản phụ mới sinh. Tuy nhiên, để tạo được tạng dùng để cấy ghép và tránh

tình trạng đào thải tạng sau khi cấy ghép thì cần phải lấy được tế bào gốc từ

chính người bệnh sẽ nhận tạng ghép đó. Vấn đề này lại đặt ra cho các nhà

khoa học thách thức mới. Làm sao để tạo được tạng mà không cần tới tế bào

gốc? Những nghiên cứu sau này đã tìm ra tế bào đa năng có tên gọi

pluripotent iPS có chức năng tương tự giống với tế bào gốc. Phát hiện này

hứa hẹn sẽ giải quyết được bài toán tế bào gốc. Song dù đã tạo được cấu trúc

mô hình, tạo được tế bào có khả năng phát triển thành các mô tế bào của cơ

quan tạng, các nhà khoa học vẫn băn khoăn liệu với hàng triệu tế bào cấu tạo

nên một cơ quan tạng, làm sao để sắp xếp chúng vào đúng vị trí, đúng chức

năng. Điều này giống như một trò chơi xếp hình vô cùng phức tạp.

Trong một lần tình cờ, bác sĩ Tracy Grikscheit và các đồng nghiệp của bà tại

Viện nhi Los Angeles, Mỹ đã gặp phải trường hợp bệnh nhi bị ngắn đường

ruột bẩm sinh. Khiếm khuyết đường ruột này khiến cho đứa trẻ không thể

hấp thụ được dinh dưỡng để có thể duy trì sự tồn tại và lớn lên như những

trẻ em bình thường khác. Trường hợp của em bé không may mắn đã khiến

các bác sĩ tại Viện nhi Los Angeles quyết tâm tìm cách tạo ra đoạn ruột có

thể thay thế và giúp điều trị khiếm khuyết bẩm sinh cho bé. Một cuộc thí

nghiệm đã được tiến hành với những con lợn. Đầu tiên, bác sĩ Tracy tạo ra

một cấu trúc mô hình của đoạn ruột định tạo bằng chất liệu dễ tiêu hủy. Sau

đó, tách lấy tế bào từ thành ruột của con lợn và cấy mô hình cấu trúc đoạn

ruột cùng tế bào thành ruột vào mô đường ruột của con lợn vừa được phẫu

thuật. 7 tuần sau đó, bác sĩ Grikscheit mổ bụng con lợn và tháo lấy mô hình

cấu trúc đoạn ruột đã đưa vào. Quan sát dưới kính hiển vi, bà nhận thấy một

đoạn ruột nhỏ đã hình thành theo đúng cấu trúc được tạo, các tế bào phát

triển không sai một chi tiết và không hề nhầm lẫn một vị trí nào, điều này

khiến bà đi đến kết luận: Bản thân các tế bào trong quá trình phát triển theo

mô hình cấu trúc tự nhận biết và tự sắp xếp một cách tự nhiên mà không cần

tới sự can thiệp của con người. Kết quả này hướng các bác sĩ tại Viện nhi

Los Angeles tới việc áp dụng cách này để tạo ra đoạn ruột thiếu cho trường

hợp bệnh nhi bị ngắn đường ruột nói trên.

Ứng dụng cách nuôi cấy tạng từ tế bào gốc, các bác sĩ điều trị tại Trường đại

học Wake Forest đã tạo một mô hình cấu trúc của bàng quang và tiến hành

nuôi cấy tế bào lấy từ bàng quang của Massella thành một bàng quang hoàn

chỉnh với đầy đủ chức năng và có thể cấy ghép vào cơ thể của bệnh nhân.

Thành công này đã mở ra triển vọng phát triển các cơ quan tạng từ các tế

bào lấy từ chính các cơ quan tạng trong cơ thể người bệnh. Bắt đầu là việc

tạo ra bàng quang, song các nhà khoa học cho rằng, trong tương lai không

xa, việc tạo ra những bộ phận có cấu trúc phức tạp hơn như tim, gan, thận…

thậm chí là não bộ cũng sẽ không còn là điều nằm ngoài tầm với của khoa

học.