Science Daily, 14/06/2022
Các nhà khoa học đã thử nghiệm và xác nhận một quy trình nuôi cấy tế bào gốc phôi người thành tế bào võng mạc để điều trị các bệnh về mắt như thoái hóa điểm vàng do tuổi tác.
Khi chúng ta già đi, đôi mắt của chúng ta cũng vậy; thông thường nhất, điều này liên quan đến những thay đổi đối với thị lực của chúng ta và buộc phải thay kính mới, nhưng có những vấn đề về mắt nghiêm trọng hơn do tuổi tác. Một trong số đó là bệnh thoái hóa điểm vàng do tuổi tác, ảnh hưởng đến điểm vàng – phần sau của mắt mang lại cho chúng ta tầm nhìn sắc nét và khả năng phân biệt các chi tiết. Kết quả là phần trung tâm của trường thị giác của chúng ta bị mờ.
Điểm vàng là một phần của võng mạc mắt, là mô nhạy cảm với ánh sáng, chủ yếu được cấu tạo bởi các tế bào thị giác của mắt: tế bào cảm thụ ánh sáng hình nón và hình que. Võng mạc cũng chứa một lớp gọi là biểu mô sắc tố võng mạc (RPE), có một số chức năng quan trọng, bao gồm hấp thụ ánh sáng, làm sạch chất thải tế bào và giữ cho các tế bào khác của mắt khỏe mạnh.
Các tế bào của RPE cũng nuôi dưỡng và duy trì các tế bào cảm thụ ánh sáng của mắt, đó là lý do tại sao một trong những chiến lược điều trị hứa hẹn nhất đối với bệnh thoái hóa điểm vàng do tuổi tác là thay thế các tế bào RPE lão hóa, thoái hóa bằng các tế bào mới được phát triển từ tế bào gốc phôi thai người.
Các nhà khoa học đã đề xuất một số phương pháp để chuyển đổi tế bào gốc thành RPE, nhưng vẫn còn một lỗ hổng trong kiến thức của chúng ta về cách tế bào phản ứng với những kích thích này theo thời gian. Ví dụ: một số quy trình mất vài tháng trong khi những quy trình khác có thể mất đến một năm. Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn chưa rõ điều gì sẽ xảy ra chính xác trong khoảng thời gian đó.
Quần thể tế bào hỗn hợp
Tiến sĩ Gioele La Manno, một nhà nghiên cứu với chương trình Nghiên cứu Độc lập về Khoa học Đời sống (ELISIR) của EPFL, cho biết: “Không có quy trình biệt hóa nào được đề xuất cho các thử nghiệm lâm sàng được xem xét kỹ lưỡng theo thời gian ở cấp độ tế bào đơn – chúng tôi biết chúng có thể tạo ra các tế bào sắc tố võng mạc, nhưng làm thế nào các tế bào phát triển đến trạng thái đó vẫn còn là một bí ẩn.”
Ông nói thêm: “Nhìn chung, lĩnh vực này tập trung vào sản phẩm của sự biệt hóa, đến mức con đường đã thực hiện đôi khi bị bỏ qua. Đối với lĩnh vực tiếp tục phát triển, điều quan trọng là phải hiểu các khía cạnh về động lực của những gì xảy ra trong các giao thức này. Con đường dẫn đến sự trưởng thành có thể quan trọng như trạng thái cuối, chẳng hạn đối với sự an toàn của việc điều trị hoặc cải thiện độ tinh khiết của tế bào và giảm thời gian sản xuất.”
Theo dõi tế bào gốc khi chúng phát triển thành tế bào RPE
La Manno hiện đã dẫn đầu một nghiên cứu cùng với Giáo sư Fredrik Lanner tại Viện Karolinska (Thụy Điển), mô tả một quy trình biệt hóa tế bào gốc phôi người thành tế bào RPE thực sự được sử dụng trong lâm sàng. Công trình nghiên cứu của họ cho thấy phương pháp này có thể phát triển các liệu pháp dựa trên tế bào gốc vạn năng an toàn và hiệu quả cho bệnh thoái hóa điểm vàng do tuổi tác. Nghiên cứu được công bố và đăng trên trang bìa của tạp chí Stem Cell Reports tháng này.
Alex Lederer, một nghiên cứu sinh tại EPFL và là một trong những tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Các phương pháp tiêu chuẩn như PCR định lượng và giải trình tự RNA khối tế bào cho biết sự biểu hiện trung bình của RNAs từ các quần thể tế bào lớn. Trong các quần thể tế bào hỗn hợp, những phép đo này có thể che khuất sự khác biệt quan trọng giữa các tế bào riêng lẻ, điều quan trọng để biết liệu quá trình có diễn ra chính xác hay không.” Thay vào đó, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật gọi là giải trình tự RNA tế bào đơn (scRNA-seq), có thể phát hiện tất cả các gen hoạt động trong một tế bào riêng lẻ tại một thời điểm nhất định.
Nhìn vào trạng thái trung gian
Sử dụng scRNA-seq, các nhà nghiên cứu có thể nghiên cứu toàn bộ hồ sơ biểu hiện gen của từng tế bào gốc phôi người trong suốt quy trình biệt hóa, mất tổng cộng 60 ngày. Điều này cho phép họ vạch ra tất cả các trạng thái nhất thời trong quần thể khi chúng phát triển thành các tế bào sắc tố võng mạc, nhưng cũng để tối ưu hóa quy trình và ngăn chặn sự phát triển của các tế bào không phải RPE, do đó ngăn chặn sự hình thành các quần thể tế bào gây ô nhiễm. Lederer cho biết: “Mục đích là để ngăn chặn các quần thể tế bào hỗn hợp tại thời điểm cấy ghép và đảm bảo các tế bào ở điểm cuối giống với tế bào RPE ban đầu từ mắt của bệnh nhân.”
Những gì họ phát hiện ra là trên con đường trở thành tế bào RPE, tế bào gốc trải qua một quá trình rất giống với quá trình phát triển phôi sớm. Trong quá trình này, quá trình nuôi cấy tế bào diễn ra “mô hình phôi thai”, quá trình phát triển ống thần kinh của phôi thai, ống thần kinh này sẽ trở thành bộ não và hệ thống cảm giác của nó đối với thị giác, thính giác và vị giác. Sau quá trình tạo khuôn mẫu này, các tế bào gốc bắt đầu trưởng thành thành các tế bào RPE.
Mắt thành mắt: cấy ghép tế bào RPE trong mô hình động vật
Nhưng điểm quan trọng của phương pháp biệt hóa là tạo ra một quần thể tế bào RPE thuần túy có thể được cấy vào võng mạc của bệnh nhân để làm chậm quá trình thoái hóa điểm vàng. Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã cấy quần thể tế bào đã được theo dõi bằng scRNA-seq của họ vào khoang dưới võng mạc của hai con thỏ bạch tạng New Zealand cái, được các nhà khoa học trong lĩnh vực này gọi là “mô hình động vật mắt lớn”. Hoạt động được thực hiện sau khi được sự chấp thuận của Ủy ban Đạo đức Thí nghiệm Động vật Northern Stockholm.
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng quy trình không chỉ tạo ra một quần thể tế bào RPE thuần túy mà những tế bào đó có thể tiếp tục trưởng thành ngay cả sau khi chúng đã được cấy vào khoang dưới võng mạc. Tiến sĩ Fredrik Lanner, người hiện đang đảm bảo rằng quy trình này có thể sớm được sử dụng tại các cơ sở lâm sàng, cho biết: “Công trình của chúng tôi cho thấy quy trình biệt hóa có thể phát triển các liệu pháp dựa trên tế bào gốc vạn năng an toàn và hiệu quả cho bệnh thoái hóa điểm vàng do tuổi tác.”
Tài liệu tham khảo:
Sandra Petrus-Reurer, Alex R. Lederer, Laura Baqué-Vidal, Iyadh Douagi, Belinda Pannagel, Irina Khven, Monica Aronsson, Hammurabi Bartuma, Magdalena Wagner, Andreas Wrona, Paschalis Efstathopoulos, Elham Jaberi, Hanni Willenbrock, Yutaka Shimizu, J. Carlos Villaescusa, Helder André, Erik Sundstrӧm, Aparna Bhaduri, Arnold Kriegstein, Anders Kvanta, Gioele La Manno, Fredrik Lanner. Molecular profiling of stem cell-derived retinal pigment epithelial cell differentiation established for clinical translation. Stem Cell Reports, 2022; 17 (6): 1458 DOI: 10.1016/j.stemcr.2022.05.005
