Để có thể nghiên cứu sâu hơn về bệnh tật ở người, các nhà khoa học đã nuôi cấy tế bào người trong các đĩa nuôi cấy trong hơn một thế kỷ qua. Các tế bào này được nuôi cấy theo phương pháp cổ điển dưới dạng các tấm 2D. Điều này có nghĩa hệ thống được đơn giản hóa rất nhiều so với cơ thể. Nơi đây các loại tế bào khác nhau đan xen và tạo nên những kiến trúc phức tạp. Việc đơn giản hóa quá trình nuôi cấy các tế bào trong một đĩa petri gây khó khăn trong việc đưa ra kết luận về cách các tế bào hoạt động trong cơ thể. Vì vậy, điều gì sẽ xảy ra nếu chúng tôi làm điều đó trong môi trường 3D? Theo cách giống môi trường sống tự nhiên của tế bào hơn. Bài 3D organoids: Tính ứng dụng trong việc nghiên cứu bệnh phổi góp phần làm rõ vấn đề này.
3D organoids: Tính ứng dụng trong việc nghiên cứu bệnh phổi
1. Giới thiệu
Dấu mốc
Kể từ đầu năm 2010, các kỹ thuật tạo chồi nội tạng được trồng trong phòng thí nghiệm, được gọi là ‘organoids’. Nó ngày càng trở nên tinh vi hơn. Các organoids này là những cấu trúc giống cơ quan thu nhỏ có thể được duy trì trong phòng thí nghiệm. Và các nhà khoa học hiện có thể phát triển các organoids giống với nhiều mô khác nhau. Từ não và tim đến thận và gan (chỉ đề cập đến một số ít).
Thực nghiệm
Các chất hữu cơ 3D thành công hoặc mô phỏng nội tạng, cần đáp ứng một số tiêu chí. Chúng phải
- tái tạo cấu trúc giải phẫu của cơ quan,
- chứa các loại tế bào giống cơ quan đó,
- và tổ chức các tế bào này thành các ‘ngăn’ chính xác của chúng. Nơi đó tạo nên cấu trúc của cơ quan.
Các organoids 3D này mở ra một loạt các khả năng mới khi
- nghiên cứu sự phát triển của con người và bệnh tật,
- cũng như sự phát triển của y học tái tạo.
Vấn đề
Một ví dụ điển hình cho điều này là bệnh phổi. Các bệnh về phổi, chẳng hạn như bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính (COPD) và xơ phổi vô căn (IPF), là nguyên nhân chính gây ra bệnh tật và tử vong trên toàn thế giới. Khi dân số già đi, như trong xã hội ngày nay, thậm chí nhiều người bị ảnh hưởng hơn. Trước thực trạng bệnh phổi hiện nay chưa có thuốc chữa, các nhà khoa học nỗ lực tìm phương pháp điều trị mới hiệu quả.
2. 3D organoids trong các thử nghiệm thực tế
Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên Tạp chí Stem Cells Translational Medicine
Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Y học Tái tạo và Nghiên cứu Tế bào gốc Eli và Edythe Broad tại UCLA đã bắt đầu phát triển một hệ thống mới để xây dựng các 3D organoids ở phổi để mô hình hóa bệnh phổi. Để tạo ra các chất hữu cơ này, nhóm nghiên cứu của UCLA đã sử dụng các hạt gel nhỏ để phủ lên trên và làm cho các tế bào dính vào chúng. Những hạt này giống
- các phế nang phổi,
- các bong bóng phổi nhỏ,
Nơi đó không khí có thể di chuyển giữa phổi và máu.
Khi các tế bào bị dính vào các hạt, chúng có thể
- tập hợp lại và tự tổ chức thành các chất hữu cơ trông rất giống mô phổi,
- và chứa nhiều loại tế bào khác nhau.
Xác thực
Phân lập
Để chứng minh hệ thống có thể được sử dụng cho khoa y học tái tạo, các nhà nghiên cứu cũng sử dụng cái gọi là tế bào gốc đa năng cảm ứng (hoặc iPSCs). Loại tế bào gốc này có thể được tạo ra bằng cách lấy, một tế bào da và chuyển nó trở lại trạng thái tế bào gốc. Và vì vậy chúng có khả năng trở thành bất kỳ loại tế bào nào trong cơ thể (nếu được kích thích bởi các tín hiệu thích hợp).
Xử lý
Các tế bào gốc này sau đó
- được hướng dẫn để trưởng thành thành tế bào phổi,
- và có thể được kết hợp vào các organoids.
Do đó các organoids được cá nhân hóa hoặc dành riêng cho bệnh nhân. Các organoids loại này có thể hữu ích trong việc dự đoán cách tế bào cụ thể của một người sẽ phản ứng với một loại thuốc cụ thể. Hoặc để điều tra nguyên nhân sinh học gây bệnh.
Áp dụng
Tiếp theo, nhóm nghiên cứu muốn kiểm tra xem các chất hữu cơ trong phổi có thể được sử dụng để mô hình bệnh tật hay không? Xơ phổi vô căn (IPF) là một căn bệnh gây tử vong khi các mô phổi trở thành sẹo và cứng. Để tạo mô hình IPF, các nhà nghiên cứu đã xử lý các 3D organoids bằng một phân tử gọi là ‘TGF-β1’. Nó được biết là có vai trò trong việc tạo sẹo của mô. Khi phân tử này được thêm vào, organoid thay đổi về hình dạng và bắt đầu phát triển các cấu trúc giống như sẹo. Chúng tương tự như cấu trúc được thấy ở những người bị ảnh hưởng bởi tình trạng này.
Ghi nhận
Đây là lần đầu tiên bất kỳ ai có thể mô hình hóa các dấu hiệu bệnh lý của IPF trong một đĩa petri. Vì những thay đổi này không xuất hiện trong các cơ sở 2D phẳng thông thường. Cuối cùng, việc có thể lập mô hình IPF trong phòng thí nghiệm mở ra bước ngoặt cho các nghiên cứu trong tương lai.
3. Kết luận
Các bệnh về phổi, chẳng hạn như IPF đặt ra các vấn đề Y học
- tình trạng bệnh có nhiều sự khác biệt ở từng bệnh nhân,
- và một mô hình cá nhân hóa có rất nhiều giá trị, đáp ứng việc kiểm tra loại thuốc nào hoạt động tốt nhất cho người đó.
Các nhà khoa học có thể
- lấy tế bào của chính bệnh nhân,
- và sử dụng chúng để tạo ra các chất hữu cơ cá nhân.
Sau đó, chúng có thể được sử dụng để thử nghiệm các loại thuốc tiềm năng khác nhau, nhằm tạo ra các phương pháp điều trị tùy chỉnh.
Việc nghiên cứu thêm vẫn diễn ra. Vì những phát kiến tiến bộ này chưa có thể trở thành cơ chế cải thiện tình trạng cụ thể cho bệnh nhân. Tuy nhiên, nó cho thấy triển vọng đầy hứa hẹn cho con đường nghiên cứu tế bào gốc.
Xem thêm bài viết
- Nhà khoa học Emma Rawlins chia sẻ quá trình nghiên cứu bệnh phổi
- Bệnh thái hóa khớp gối và các thử nghiệm lâm sàng tế bào gốc
- Organoids: chúng là gì và chúng giúp tái tạo tế bào như thế nào?
Nguồn: Tổng hợp