Medical Express, 10/12/2024
Tiến sĩ Robert Zweigerdt, Tiến sĩ Miriana Dardano và Tiến sĩ Lika Drakhlis (từ trái sang phải) đã tạo ra một trái tim nhỏ tạo máu nhiều lớp.
Các cơ quan của cơ thể phát triển như thế nào và điều gì xảy ra khi chúng bị bệnh? Để trả lời những câu hỏi này, các nhà nghiên cứu ngày càng tập trung vào cái gọi là organoid. Những cơ quan nhỏ bé này chỉ có kích thước vài milimet và là các nhóm tế bào được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm có thể tạo thành các cấu trúc giống như một cơ quan hoàn chỉnh.
Tương tự như sự phát triển của phôi, organoid cho phép nghiên cứu sự tương tác của các tế bào trong không gian ba chiều, chẳng hạn như trong các quá trình trao đổi chất hoặc cơ chế bệnh.
Việc tạo ra organoid là vô cùng phức tạo; Các chất dinh dưỡng cần thiết, yếu tố tăng trưởng và các phân tử tín hiệu phải được bổ sung vào đúng thời điểm và thứ tự cụ thể theo một lịch trình chính xác.
Năm 2021, một nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Robert Zweigerdt, một nhà sinh học tế bào tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Công nghệ Sinh học và Cơ quan Nhân tạo Leibniz (LEBAO) tại Trường Y Hanover, lần đầu tiên tạo ra thành công một cơ quan hình thành tim (heart-forming organoid – HFO) và tái tạo toàn bộ quá trình của tim người trong nuôi cấy tế bào.
Cho đến nay, một vấn đề chưa được giải quyết trong cộng đồng khoa học là phát triển một mô hình mô phỏng sự kết hợp giữa phát triển tim và chức năng tạo máu. Tạo máu bắt đầu trong phôi người sau tuần thứ tư trong động mạch chủ, giống thời gian và vị trí phôi tim
Dựa trên mô hình cơ quan tim, các nhà nghiên cứu dần dần thêm các yếu tố đặc biệt và do đó tạo ra một cơ quan tim tạo máu mới (blood-generating HFO – BG-HFO). Nghiên cứu này đã được công bố gần đây trên tạp chí Nature Cell Biology.
Sơ đồ minh họa sự tương tự giữa HFO và BG-HFO so với phôi người bản địa. Nguồn: Nature Cell Biology (2024). DOI: 10.1038/s41556-024-01526-4
Phát triển mô tương tự như phôi thai
Trái tim nhỏ được tạo ra bởi các tế bào gốc đa năng của con người (human pluripotent stem cells – hPSC). Đây là những tế bào có tính chất đặc biệt: Chúng có thể nhân lên vô hạn trong môi trường nuôi cấy để tạo thành bất kỳ loại tế bào nào. Với sự trợ giúp của các tín hiệu sinh học hoặc hóa học được nhúng trong ma trận hydrogel, hPSC có thể được kiểm soát để tập hợp các tế bào ba chiều phát triển thành các cơ quan giống tim trong vòng 10 đến 14 ngày. Đây không phải là các cụm tế bào cơ tim, mà là các cấu trúc phức tạp bao gồm ít nhất bảy loại tế bào và mô khác nhau, có cấu trúc rõ ràng.
Giống như sự phát triển phôi tự nhiên, một trái tim mini nhân tạo bao gồm ba lớp hình cốc, bao gồm phôi tim, tiền chất của gan và phổi, và các mạch máu.
Tiến sĩ Miriana Dardano, tác giả chính của nghiên cứu giải thích “Hiện tại chúng tôi đã điều chỉnh quy trình biệt hóa, tức là các hướng dẫn thí nghiệm đặc biệt của chúng tôi, và thêm một lớp nội mô dày đặc vào các cơ quan của tim, lớp lót mạch máu và từ đó các tế bào tạo máu và tế bào tiền thân xuất hiện”. “Đây là mô hình cơ quan đầu tiên của con người kết hợp tất cả các mô dựa vào sự phát triển của phôi thai”
Linh hoạt như một bộ dụng cụ xây dựng
Tiến sĩ Lika Drakhlis, đồng trưởng nhóm nghiên cứu nhấn mạnh “Nghiên cứu của chúng tôi hiện cho phép các nhà khoa học khác nghiên cứu về tương tác giữa các mô trong quá trình tạo máu diễn ra trong nuôi cấy tế bào”. Những phát hiện mới không chỉ có ý nghĩa đối với khoa học trong việc làm sáng tỏ quá trình phát triển của các cơ quan khỏe mạnh và quá trình tạo máu.
Cơ quan tim tạo máu mở rộng cũng có thể đóng vai trò là mô hình cho các bệnh như COVID-19, ảnh hưởng đến tim, mạch máu và phổi. Nhiễm trùng do các loại vi-rút hoặc vi khuẩn khác, ung thư hoặc dị tật do khiếm khuyết di truyền cũng có thể được nghiên cứu trong nuôi cấy tế bào để hiểu rõ hơn và điều trị các bệnh tim mạch. Các cơ quan này thích hợp cho thử nghiệm thuốc
Các nhà khoa học cho biết “Trong một số trường hợp, phương pháp này thậm chí còn hiệu quả hơn so với mô hình động vật bởi vì chúng chịu ảnh hưởng của các yếu tố sinh học khác và kết quả chỉ có thể chuyển giao cho con người ở mức độ hạn chế”.
Vì nguyên lý sản xuất cơ quan của họ linh hoạt như một bộ dụng cụ xây dựng, nên các nhà nghiên cứu LEBAO không dừng lại ở tim và máu. Họ hiện đang nghiên cứu một giao thức biệt hóa mới giúp chuyển đổi các tế bào khởi đầu hPSC thành các tế bào từ các cơ quan khác để có thể ứng dụng thêm các mô hình cơ quan đa mô khác cho mục đích nghiên cứu y tế trong tương lai.
Tài liệu tham khảo
Miriana Dardano et al, Blood-generating heart-forming organoids recapitulate co-development of the human haematopoietic system and the embryonic heart, Nature Cell Biology (2024). DOI: 10.1038/s41556-024-01526-4
Nguồn: Science Daily
Link: https://medicalxpress.com/news/2024-12-scientists-blood-generating-heart-organoid.html
