Trái tim thu nhỏ này sẽ xóa bỏ các rào cản kỹ thuật và đạo đức trong nghiên cứu y sinh
Các nhà khoa học có thể nói lời tạm biệt với thử nghiệm trên động vật và xác bào thai hiến tặng khi muốn nghiên cứu dị tật tim bẩm sinh.
Lần đầu tiên, các nhà khoa học đã tạo ra được một mô hình tim người thu nhỏ hoàn chỉnh trong phòng thí nghiệm. Nó hiện có thể đập được và sở hữu tất cả các tế bào tim chính yếu cùng cấu trúc khoang và mô mạch máu.
Nghiên cứu được thực hiện tại Đại học bang Michigan Hoa Kỳ sẽ mở ra một trang mới cho lĩnh vực thử nghiệm y sinh. Ở đó, các nghiên cứu dị tật tim bẩm sinh sẽ được giải phóng về mặt đạo đức khi không còn cần đến tế bào tim thai nhi nữa. Các thử nghiệm thuốc quản lý tác dụng phụ lên tim cũng được thực hiện chính xác hơn trên mô hình tim thu nhỏ này.
Aitor Aguirre, tác giả chính của nghiên cứu, hiện đang là một phó giáo sư kỹ thuật y sinh tại Viện Kỹ thuật và Khoa học Y tế Định lượng Đại học Michigan cho biết: "Những trái tim mini này sẽ tạo thành những mô hình cực kỳ mạnh mẽ giúp chúng ta nghiên cứu tất cả các loại rối loạn tim với mức độ chính xác chưa từng có".
Mô hình organoids trái tim thu nhỏ của các nhà khoa học Michigan
Một trái tim thu nhỏ
Nghiên cứu mới được công bố trên nền tảng đăng tải bài báo trước xuất bản bioRxiv. Trong đó, các nhà khoa học trình bày công trình nghiên cứu organoids tim người của họ, gọi tắt là hHO. Mô hình tim mini này được phát triển từ một khung tế bào gốc mới, bắt chước môi trường phát triển của phôi và thai nhi.
Yonatan Israel, tác giả đứng đầu nghiên cứu đến từ Phòng thí nghiệm Aguirre cho biết: "Organoids là những cấu trúc tế bào 3D tự lắp ráp để tổng hợp lại các đặc tính và cấu trúc của cơ quan ở một mức độ đáng kể".
Có thể hiểu đó là một mô hình thu nhỏ của bất cứ nội tạng nào, trong trường hợp này là trái tim, có thể thực hiện được một số hoặc tất cả chức năng quan trọng của nội tạng nhờ vào các cấu trúc mô phỏng chính xác những gì có trên nội tạng đó.
Organoids - có nghĩa là "giống với nội tạng" - hiện đang là một lĩnh vực nghiên cứu cực kỳ nóng trên toàn thế giới. Các mô hình nội tạng thu nhỏ này ban đầu có thể phục vụ cho các thử nghiệm thuốc, tiến tới sau này là xây dựng các nội tạng hoàn chỉnh để thay thế cho nội tạng con người.
Trong nghiên cứu của mình, các nhà khoa học tại Đại học Michigan đã sử dụng các tế bào gốc đa năng cảm ứng - tế bào trưởng thành từ bệnh nhân để kích hoạt sự phát triển tế bào tim. Về cơ bản, họ đã tạo ra một môi trường giống như một bào thai nhưng môi trường đó xảy ra trên một đĩa thí nghiệm,
Sau vài tuần phát triển, những tế bào gốc lấy từ người trưởng thành đã phát triển và tạo thành một trái tim organoids thu nhỏ, có thể đập được.
Từ các tế bào gốc của người trưởng thành, một trái tim mini đã được phát triển.
Aguirre cho biết: "Quá trình này cho phép các tế bào gốc phát triển, về cơ bản giống với quá trình phát triển trong phôi thai. Các tế bào gốc phân chia thành các loại tế bào và cấu trúc khác nhau có trong tim. Chúng tôi đã cung cấp cho các tế bào những hướng dẫn và chúng biết chúng phải làm gì khi tất cả các điều kiện thích hợp được đáp ứng".
Bởi vì các organoids tuân theo quá trình phát triển tự nhiên của phôi thai tim, các nhà nghiên cứu đã có thể quan sát sự phát triển tự nhiên của tim thai trong thời gian thực.
Xóa bỏ các rào cản kỹ thuật và đạo đức
Một trong những vấn đề chính mà nghiên cứu về sự phát triển tim thai và các dị tật tim bẩm sinh phải đối mặt là khả năng tiếp cận với một trái tim đang phát triển. Các nhà khoa học không bằng cách nào có thể nhìn xuyên vào tử cung của một người mẹ, rồi xuyên qua lồng ngực của thai nhi để tận mắt thấy tim của phôi thai và đứa trẻ.
Bây giờ, với các mô hình tim organoids trên đĩa thí nghiệm, mọi rào cản ấy đã được xóa bỏ. Việc tế bào gốc để chế tạo trái tim thu nhỏ được thu thập từ những người tình nguyện trưởng thành cũng giúp các nhà khoa học vượt qua được rào cản đạo đức.
Trước đây, khi muốn nghiên cứu quá trình phát triển của tim và các dị tật bẩm sinh ở thai nhi, họ phải sử dụng các mô hình động vật có vú hoặc xác bào thai hiến tặng.
"Giờ đây, chúng tôi đã có được cả hai thứ tốt nhất, một mô hình con người chính xác để nghiên cứu những căn bệnh này - một trái tim nhỏ bé - mà không cần sử dụng vật liệu bào thai hoặc vi phạm các nguyên tắc đạo đức. Điều này sẽ tạo nên một bước tiến lớn", Aguirre nói.
Vậy công việc tiếp theo là gì? Aguirre cho biết nhóm nghiên cứu của ông đang sử dụng các mô hình organoids tim để tái tạo lại những gì xảy ra trên một trái tim mắc dị tật bẩm sinh. Các dị tật này phổ biến đến mức nó ảnh hưởng tới gần 1% số trẻ sơ sinh được sinh ra.
"Với mô hình organoids tim, chúng tôi có thể nghiên cứu nguồn gốc của bệnh tim bẩm sinh và tìm cách ngăn chặn nó", Aguirre nói.
Hướng nghiên cứu thứ hai là một mục tiêu dài hơi hơn, trong đó các nhà khoa học muốn phát triển organoids của họ thành những trái tim hoàn chỉnh. "Đó là những gì mà chúng tôi muốn hướng tới", Israel nói.
"Các organoids là những mô hình nhỏ của tim thai với các đặc điểm cấu trúc và chức năng đại diện cho nó. Tuy nhiên, dù gì có cũng chưa phải những trái tim hoàn hảo được như trái tim người".
Lợi thế trong nghiên cứu của Đại học Michigan đó là các mô hình organoids tim của họ có thể nhân rộng tương đối dễ dàng. Nó ưu việt hơn hẳn các kỹ thuật mô hiện có và cũng rẻ hơn, đơn giản hơn. Đó sẽ là một bước đệm quan trọng để phát triển các trái tim hoàn chỉnh nuôi trong ống nghiệm sau này.
