Lãnh vực tế bào gốc và công nghệ sinh học phát triển đã cho phép nuôi cấy các mô nhỏ trong phòng thí nghiệm. Chúng được gọi là organoids. Các nhà khoa học đã tạo ra các organoids gần giống nhiều cơ quan, từ gan, thận đến não. Và họ thu được gì trong quá trình theo dõi cách chất hữu cơ phát triển? Và làm thế nào để chúng có vai trò cụ thể trong khoa y học tái sinh? Bài Organoids: chúng là gì và chúng giúp tái tạo tế bào như thế nào? trả lời các câu hỏi này.
Organoids: chúng là gì và chúng giúp tái tạo tế bào như thế nào?
1. Organoids là gì?
Định nghĩa
Organoids là các nhóm tế bào được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm. Chúng đã tự tổ chức thành các cấu trúc tế bào tương tự cấu trúc tế bào được tìm thấy trong các cơ quan khác nhau. Tên “organoid” thực sự có nghĩa, “giống như cơ quan”. Trong nhiều trường hợp, các tế bào và cấu trúc tế bào có các chức năng của organoids tương tự cơ quan chúng giống. Ví dụ, các organoids trong não phát triển
- các lớp tế bào thần kinh truyền tín hiệu tích cực,
- và thậm chí ‘các vùng não’ tương tự như các vùng của não người.
Ứng dụng
Hiện tại các organoids các nhà nghiên cứu đang tạo ra có thể gần giống một số cấu trúc của các cơ quan. Tuy nhiên chúng chắc chắn không giống một cơ quan trưởng thành hoàn toàn. Các chất hữu cơ trong ruột có nhiều cấu trúc tế bào giống các phần của niêm mạc ruột. Nhưng chúng thường có kích thước bằng hạt đậu, không đều hoặc phức tạp như hình dáng đường ruột. Tuy chúng có thể nhỏ hoặc chỉ có một số điểm tương đồng với các cơ quan đầy đủ, các nhà nghiên cứu vẫn thu được các kết quả tốt. Nhiều nhà nghiên cứu tin organoids là ‘thế hệ tiếp theo’ của các công cụ sinh học. Điều này có nghĩa chúng có thể được dùng để nghiên cứu, thử thuốc và trị liệu.
2. Chất hữu cơ được tạo ra như thế nào?
Tiến hành
Tế bào gốc là điểm khởi đầu để phát triển các organoids. Các nhà nghiên cứu sử dụng các loại tế bào gốc khác nhau tùy thuộc vào loại organoid họ đang cố gắng tạo ra. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng tế bào gốc đa năng, chẳng hạn như
- tế bào gốc phôi (ESC) và tế bào gốc đa năng cảm ứng (iPSC),
- cũng như các tế bào gốc được tìm thấy trong các cơ quan của mỗi người. Chúng được gọi là tế bào gốc mô hoặc tế bào gốc soma trưởng thành (ASC).
Các tế bào gốc khác nhau có khả năng, hạn chế và yêu cầu khác nhau để phát triển. (Tìm hiểu thêm về các tế bào gốc khác nhau). Để phát triển các organoids, các nhà nghiên cứu cung cấp cho tế bào gốc
- các điều kiện phát triển cụ thể,
- có thể yêu cầu các chất dinh dưỡng chính xác,
- các yếu tố tăng trưởng,
- các phân tử tín hiệu,
- và môi trường vật lý (chẳng hạn như vật liệu protein để phát triển).
Kĩ thuật
Thông thường, các quy trình để phát triển organoids yêu cầu thêm các thành phần theo một thứ tự cụ thể và vào những thời điểm cụ thể. Các điều kiện phát triển thúc đẩy các tế bào gốc nhân lên và thay đổi thành nhiều loại tế bào điển hình của cơ quan các organoids có nét tương đồng. Hơn nữa, các tế bào tế bào gốc tạo ra có thể tự tổ chức thành các cấu trúc tế bào.
Ví dụ, các organoids trong thận có các tế bào hoạt động giống như các tế bào thận điển hình và được tổ chức để tạo thành ‘ống’ giống những tế bào được tìm thấy trong thận. Có thật không, phần khó nhất của việc tạo ra một organoid là tìm ra các điều kiện chính xác để kích thích và thúc đẩy các tế bào gốc. (Đây không phải là một nhiệm vụ đơn giản. Cần lưu ý rằng điều này thường mất nhiều năm nghiên cứu để hoàn thành.)
Một khi các điều kiện này được cung cấp cho tế bào gốc,
- các tế bào sẽ nhân lên,
- biệt hóa,
- tạo ra các cấu trúc dựa trên tế bào,
- và cuối cùng hình thành các organoids của riêng họ.
3. Các nhà nghiên cứu tìm thấy gì trong các organoids?
Ý tưởng
Các nhà nghiên cứu đang tạo ra và sử dụng chất hữu cơ vì một số lý do. Quá trình cố gắng tạo ra các organoids càng giống các cơ quan thực càng tốt. Nó cho phép các nhà nghiên cứu tìm hiểu những yếu tố bên ngoài nào chỉ đạo các tế bào gốc tạo thành các cơ quan cụ thể trong quá trình tăng trưởng và phát triển. Tuy nhiên, đây mới chỉ là bước khởi đầu. Khi các nhà nghiên cứu chứng minh được sự tương đồng giữa một organoid và một cơ quan, họ có thể dùng organoid đó để nghiên cứu nhiều khía cạnh khác của sự phát triển
- cơ quan,
- bệnh tật,
- tín hiệu tế bào,
- và hơn thế nữa.
Thực nghiệm
Ngoài các tín hiệu bên ngoài tế bào gốc nhận được. Các nhà nghiên cứu đang nghiên cứu nhiều tín hiệu bên trong, protein và gen quan trọng đối với các tế bào để tạo ra toàn bộ cơ quan. Những yếu tố này rất quan trọng khi cố gắng hiểu cách một đột biến trong gen có thể dẫn đến rối loạn di truyền. Ví dụ, khám phá ra một gen quan trọng cho sự hình thành ruột. Nghiên cứu cho thấy cả sáu bệnh nhân đều mang đột biến ở một gen duy nhất, khiến các tế bào gốc trong ruột của họ không thể tạo ra các organoids ‘khỏe mạnh’ trong phòng thí nghiệm.
Quan điểm
Hơn nữa, các nhà nghiên cứu có thể xác định con đường tín hiệu protein đột biến ảnh hưởng đến tế bào gốc. Organoids cũng cho phép các nhà nghiên cứu tìm hiểu các bệnh truyền nhiễm theo những cách trước đây không thể thực hiện.
Các chất hữu cơ trong não đã được sử dụng để nghiên cứu cách vi rút ZIKA ảnh hưởng đến sự phát triển của não và gây ra tật đầu nhỏ. Quá trình này không thể nghiên cứu ở mô não người vì những lý do đạo đức rõ ràng.
Trong các trường hợp khác, các chất hữu cơ mang lại cơ hội nghiên cứu các bệnh nhiễm trùng do vi rút, vi khuẩn và ký sinh trùng tốt hơn các phương pháp trước đây. Chỉ một ví dụ về điều này là nghiên cứu về vòng đời của ký sinh trùng cryptosporidium, gây ra bệnh tiêu chảy thường được gọi là “Crypto”.
Các chất hữu cơ đang được chứng minh là rất hữu ích trong việc khám phá nhiều khía cạnh khác nhau của sự phát triển và bệnh tật của con người.
4. Tương lai của việc sử dụng chất hữu cơ trong nghiên cứu và y học
Xu hướng
Tuy hiện nay đã có các chất hữu cơ giống hơn một chục cơ quan khác nhau của cơ thể, nhưng cần phải nhớ rằng khả năng tạo ra các chất hữu cơ vẫn còn tương đối mới. Các nhà nghiên cứu vẫn đang phát triển các phương pháp để tạo ra các chất hữu cơ cho nhiều mô và cơ quan khác. Nỗ lực này cần thời gian. Song song với sự đa dạng của các organoids, các nhà khoa học không ngừng cố gắng làm cho tất cả chúng giống mô cơ quan thực sự nhất. Các organoids càng giống các mô cơ quan thực, dữ liệu của các nhà nghiên cứu càng chính xác hơn.
Vấn đề
Hiện nay, các mô và cơ quan được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm chỉ để phục vụ nghiên cứu. Tuy nhiên, các chất hữu cơ có thể tạo thành công bước đầu theo hướng này. Nếu các mô được nuôi trong phòng thí nghiệm được sử dụng để làm thuốc, việc chứng minh chúng trùng khớp chặt chẽ (hoặc khớp chính xác) các cơ quan thật rất cần thiết. Các nhà khoa học chỉ ra một trong những lợi ích chính của mô nuôi cấy trong phòng thí nghiệm là các công cụ di truyền có thể được sử dụng để
- thay đổi tế bào,
- và loại bỏ các đột biến gen đã gây ra bệnh cho bệnh nhân ngay từ đầu.
Sự thật
Rõ ràng, có những vấn đề đạo đức về việc thay đổi mã di truyền. Nhưng nó có thể cung cấp cho các cá nhân những giải pháp y tế lâu dài. Các nhà nghiên cứu hiện đang kiểm tra độ an toàn và tin cậy của việc cấy mô organoid ở động vật. Có thể sẽ mất nhiều năm trước khi phương pháp này được thử nghiệm ở người. Và sẽ còn nhiều năm nữa trước khi toàn bộ các cơ quan có đầy đủ chức năng có thể được nuôi để cấy ghép.
Các lĩnh vực yêu cầu
Nghiên cứu ung thư
Nhiều loại ung thư có các tế bào hoạt động giống như tế bào gốc. Và các nhà nghiên cứu đang sử dụng các tế bào này để phát triển các chất hữu cơ ung thư. Các nhà nghiên cứu đang sử dụng các tế bào từ các bệnh nhân ung thư khác nhau để nuôi cấy các chất hữu cơ phát triển khối u trong phòng thí nghiệm, chẳng hạn như ung thư tuyến tiền liệt. Việc phát triển các khối u nhỏ mô hình hóa các bệnh ung thư khác nhau cho phép các nhà nghiên cứu nắm cách khối u tăng sinh. Các nhà nghiên cứu hy vọng có thể cho kết luận về
- các gen, protein,
- các con đường truyền tín hiệu tế bào ung thư sử dụng,
- và tìm ra cách mới để ngăn chặn ung thư phát triển hoặc lây lan khắp cơ thể.
Tăng tốc độ nghiên cứu nói chung
Hầu hết các organoids đều nhỏ. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu dễ dàng phát triển nhiều loại trong số chúng cùng lúc. Kết hợp lợi ích này cùng các công nghệ sàng lọc thông lượng cao hiện đại cho phép họ kiểm tra và so sánh hàng trăm mẫu cùng lúc. Vì organoids có thể tạo mô hình các cơ quan khỏe mạnh và bị bệnh / ung thư. Các nghiên cứu này có thể trở thành một công cụ hữu ích để các nhà nghiên cứu nhanh chóng
- thử các loại thuốc mới,
- tìm phương pháp điều trị y tế,
- và hơn thế nữa.
Ngoài ra
Theo một cách tiếp cận hơi khác, các nhà nghiên cứu cũng đang tìm hiểu những đột biến gen nào khiến các organoids khỏe mạnh có khối u. Cách tiếp cận khác biệt này cũng hữu ích trong việc xác định
- những gen và tín hiệu nào khiến bệnh ung thư phát triển.
- những gen quan trọng trong việc bảo vệ các cơ quan khỏi ung thư.
- và yếu tố sinh học nào có thể bị trục trặc ở bệnh nhân ung thư.
Có thể có nhiều cách chất hữu cơ tác động đến nghiên cứu và y học. Một số trong số đó vẫn còn được khám phá.
5. Thách thức đặt ra cho các nhà nghiên cứu
Hầu hết các organoids chỉ chứa một tập hợp con của tất cả các tế bào trong một cơ quan thực. Việc tạo ra các mô
- có đầy đủ chức năng và ổn định,
- cần các cách để tích hợp các hệ thống tế bào khác vào các chất hữu cơ, chẳng hạn như hệ thống mạch máu.
Quá trình cố gắng tái tạo các bệnh trong các chất hữu cơ không phải lúc nào cũng đơn giản. Nhưng nó có thể tiết lộ cách quan sát các bệnh.
Các organoids mang lại nhiều lợi ích và cơ hội cho các nhà nghiên cứu. Chúng vẫn có những hạn chế và sẽ không thể thay thế hoàn toàn các hệ thống thí nghiệm khác.
Xem thêm bài viết
- Y học tái tạo và vị thế trong thực tế của nó trong khoa học
- Tái tạo não: phương pháp điều trị bệnh Parkinson mới
- Thuốc chữa bệnh dạ dày: Sự khởi đầu nhỏ trong thử nghiệm
Nguồn: Tổng hợp