Nghiên cứu mới được đăng tải trên trang Nature Communications cũng cho thấy sự tiến bộ đáng kể trong công nghệ tái lập trình tế bào, theo đó các nhà khoa học có thể từng bước kiểm soát việc tăng cường sản xuất tế bào tuyến tụy và tạo ra hàng triệu triệu tế bào đích một cách hiệu quả. Thành tựu này mở ra cách cửa cho mô hình bệnh và sàng lọc thuốc, mang liệu pháp cá nhân hóa tế bào đến gần hơn với bệnh nhân tiểu đường.

Các nhà khoa học viện nghiên cứu Gladstone và Đại học California, San Francisco (UCSF) đã chuyển đổi thành công tế bào da người thành tế bào tuyến tụy hoàn chỉnh chức năng. Các tế bào mới đã sản xuất insulin để đáp ứng sự thay đổi nồng độ glucose, thử nghiệm trên mô hình chuột bệnh cho thấy, những tế bào này bảo vệ chúng khỏi sự phát triển của bệnh đái tháo đường.

“Kết quả của chúng tôi chứng minh cho việc lần đầu tiên tế bào da người trưởng thành có thể được sử dụng một cách hiệu quả và nhanh chóng để tạo ra tế bào tuyến tụy có khả năng đáp ứng như tế bào beta của người,” theo TS. Matthias Hebrok, giám đốc Trung tâm Đái tháo đường tại UCSF và là đồng tác giả chính trong nghiên cứu. “Phát hiện này mở ra triển vọng trong phân tích đặc tính tế bào beta tuyến tụy đặc trưng cho từng bệnh nhân và tối ưu hóa quá trình tiếp cận liệu pháp tế bào”.

Trong nghiên cứu, các nhà khoa học lần đầu tiên sử dụng thuốc và các phân tử chuyển gen để tái lập trình tế bào da thành tế bào gốc nội bì tiền thân – tức các tế bào phát triển ở giai đoạn đầu, đã được định hướng biệt hóa thành một trong những loại cơ quan khác nhau. Với phương pháp này, tế bào không phải quay lại giai đoạn vạn năng, có nghĩa là các nhà khoa học có thể chuyển chúng thành tế bào tuyến tụy nhanh hơn. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng quy trình tương tự cho việc tạo thành tế bào tim, não, gan trước đây.

Sau khi bốn phân tử khác được thêm vào, tế bào nội bì phân chia nhanh chóng, cho phép mở rộng hơn một triệu triệu nếp. Tuy nhiên, các tế bào không cho thấy bất cứ biểu hiện nào của việc tạo thành khối u, và chúng giữ nguyên tính chất như tế bào ở giai đoạn đầu của các cơ quan.

Các nhà khoa học sau đó tiến hành thêm hai bước với các tế bào nội bì này, đầu tiên chuyển chúng thành tế bào tuyến tụy tiền thân, sau đó là tế bào beta toàn chức năng. Điều quan trọng là, các tế bào này đã bảo vệ chuột khỏi sự phát triển của bệnh tiểu đường ở mô hình chuột bệnh, khi có khả năng sản xuất insulin để phản hồi sự thay đổi nồng độ glucose.

a. Quá trình phát triển của tuyến tụy và tế bào beta in vivo từ nội bì:

Tế bào nội bì phát triển từ các tế bào gốc phôi, cụ thể là tế bào ICM (Inner Cell Mass), sau đó tiếp tục biệt hóa thành ruột trước, ruột giữa và ruột sau. Đoạn sau của ruột trước sẽ phát triển thành các cơ quan tiêu hóa, trong đó có tụy. Các quá trình biệt hóa sau đó sẽ tạo nên tuyến tụy trưởng thành và tế bào beta.

Tế bào ở từng giai đoạn chứa các nhân tố phiên mã (T1, T2, T3,…). Sự chuyển tiếp các bước biệt hóa xảy ra nhờ các tín hiệu gian bào (S1, S2, S3,…). Sản phẩm của các nhân tố phiên mã được hoạt hóa để đáp ứng với các loại tín hiệu. Ngoài ra, quá trình biệt hóa còn có thể được điều hòa bởi các phân tử chỉ điểm (C1, C2, C3,…). Sự kết hợp các phân tử chỉ điểm thành các hỗn hợp C_MixX, ­C_MixY,… có thể đưa trực tiếp tế bào đến giai đoạn biệt hóa cao mà bỏ qua các bước trung gian.

b và c. Tác động lên quá trình biệt hóa tế bào tuyến tụy in vitro bằng các hợp chất hóa học:

1. Biệt hóa trực tiếp thông qua kênh giới hạn: Các chất ức chế hóa học (I1, I2, I3,…) tác động vào các giai đoạn nhất định để ngăn chặn khả năng biệt hóa thành các tế bào không mong muốn, hướng tế bào đến chương trình biệt hóa được chọn.
2. Chỉ định phân chia tiền tế bào beta bằng hỗn hợp phân tử C_MixZ nhằm sản xuất một lượng lớn tế bào dự trữ, có thể biệt hóa thành tế bào beta trưởng thành nhờ sự tác động của các hợp chất khác.

(Nguồn hình ảnh: “Chemicals turn human embryonic stem cells towards beta cells” – Yu-Ping Yang & Chris Wright . Nature Chemical Biology 5, 195 – 196 (2009))

“Nghiên cứu này đại diện cho thành công đầu tiên trong việc tạo dòng tế bào beta tuyến tụy sản xuất insulin ở người bằng phương pháp tái thiết lập chương trình trực tiếp,” theo tác giả TS. Saiyong Zhu, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Viện nghiên cứu Bệnh Tim Mạch Gladstone. “Bước cuối cùng độc đáo nhất – và khó nhất – là các phân tử chưa được nhận diện trước đó có thể đưa các tế bào đã được tái thiết lập chương trình ở bước cuối cùng thành tế bào tuyến tụy mang chức năng”.

TS. Sheng Ding, một nhà nghiên cứu cấp cao tại Trung tâm nghiên cứu Tế Bào Gốc Roddenberry, Gladstone và là đồng tác giả chính của nghiên cứu, cho biết thêm, “Tái thiết lập chương trình tế bào và việc mở rộng mô hình này là có thể đạt được và khả thi hơn các phương pháp trước. Sử dụng cách tiếp cận này, sự sản xuất tế bào có thể gia tăng đáng kể trong khi vẫn duy trì kiểm soát chất lượng tại nhiều bước. Sự tiến triển này đảm bảo điều hòa lượng lớn quy trình sản xuất tế bào mới. Bây giờ chúng ta có thể nâng cao hầu như không giới hạn số lượng bệnh nhân khớp với tế bào tuyến tụy sản xuất insulin”.

Nguồn ScienceDaily

Link bài báo: http://www.sciencedaily.com/releases/2016/01/160106091738.htm

Dịch giả Trương Huỳnh Kim Thoa