Các nhà nghiên cứu tại trung tâm y khoa thuộc đại học Columbia (CUMC) đã vừa chuyển đổi thành công các tế bào gốc của người thành tế bào phổi đầy đủ chức năng, mở ra một hướng đi mới nhằm tạo ra những lá phổi được kỹ thuật hóa sinh học bằng các tế bào của chính bệnh nhân.
Bên cạnh khả năng tạo ra các mô phổi để cấy ghép, những tế bào này còn có thể được dùng để nghiên cứu sự phát triển của phổi và tiềm năng tìm kiếm những liệu pháp chữa trị tiên tiến cho các chứng bệnh liên quan đến phổi.
Với sự phát triển của y học, các nhà khoa học trên thế giới đã thành công trong việc chuyển đổi tế bào gốc của người thành nhiều loại tế bào như tế bào thần kinh, tế bào võng mạc và tế bào máu. Tuy nhiên, việc tạo ra tế bào phổi vẫn là một thách thức lớn.
"Khi một phôi thai phát triển, phôi sẽ tạo ra 3 lớp tế bào đầu tiên hay các lớp phôi. Trong đó lớp ngoại bì sẽ trở thành da và hệ thần kinh, lớp trung bì sẽ trở thành tim, cơ, các mô liên kết, mạch máu, máu, thận và cuối cùng lớp nội bì sẽ trở thành ruột, gan, tuyến tuỵ, dạ dày, thực quản, tuyến giáp, tuyến cận giáp và phổi. Nội bị hình thành sau cùng nên đây khả năng là một lý do khiến nó khó có thể được tạo thành từ tế bào gốc", lãnh đạo nhóm nghiên cứu" - Hans-Willem Snoeck cho biết.
Tế bào mô phổi dưới kính hiển vi
Những nghiên cứu trước đây sử dụng phôi chuột làm mô hình không thể trình diễn cách các thành phần của phổi hình thành từ nội bì. Vì vậy, các nhà nghiên cứu vẫn chưa thể tạo ra tế bào phổi mãi đến năm 2011 khi Snoeck phát hiện ra một phương pháp để chuyển tế bào gốc phôi của người thành một loại tế bào đặc thù, tiền thân của tế bào phổi.
Snoeck cho biết: "Đó là lần phát hiện đầu tiên. Chúng tôi sử dụng những gì đã biết từ quá trình phát triển của phôi thai chuột và phát hiện ra một vài điều mới lạ".
Phát hiện mới nhất của Snoeck đã xác định những yếu tố mới cho phép tế bào phôi người có thể chuyển đổi hoàn toàn thành các tế bào biểu mô phổi đủ chức năng - đây là những tế bào bao phủ bề mặt phổi. Có ít nhất 7 loại tế bào phổi và tế bào lót đường hô hấp và giờ đây, các nhà khoa học có thể tạo ra tế bào với các chức năng từ khả năng duy trì túi phổi (những túi khí nhỏ nằm ở cuối đường hô hấp hấp thụ oxy từ không khí) đến phục hồi hư tổn.
Các tế bào bên trong phổi tạo nên mô liên kết và cơ, cùng với tế bào mạch máu và các tế bào khác thuộc nhóm trung bì đòi hỏi một cách tiếp cận khác để tạo ra. Phát hiện mới của Snoech sẽ mở ra một phương pháp mà theo ông có thể tạo ra những "lá phổi được kỹ thuật hóa sinh học", tỉ lệ đào thải sau khi cấy ghép cực thấp và được hình thành từ chính các tế bào của bệnh nhân. "Chúng tôi cần phải tái lập trình các tế bào của người trưởng thành (như da và máu) thành các tế bào gốc đa năng tương tự như tế bào gốc của phôi và chuyển đổi chúng thành tế bào phổi. Bước tiếp theo là nuôi cấy các tế bào này lên những lá phổi hiến tặng hay thậm chí là phổi lợn, từ đây tất cả tế bào hiến tặng sẽ được loại bỏ. Tuy nhiên, thách thức đặt ra là làm sao loại bỏ tất cả tế bào mà không tác động đến cấu trúc phổi", Snoeck nói.
Việc nuôi cấy các tế bào của bệnh nhân vào cấu trúc của một lá phổi thật sự là một thách thức lớn bởi quy trình này đòi hỏi phải mở rộng quy mô thế hệ của các tế bào và điều này rất tốn kém chi phí. Tất cả các loại tế bào phổi và tế bào lót đường hô hấp cũng cần phải được nuôi cấy tại những vị trí chính xác trong lá phổi được kỹ thuật sinh học.
Phát hiện của Snoeck được kỳ vọng sẽ nâng cao hiểu biết về những chứng bệnh liên quan đến phổi khó chẩn đoán. Khả năng mô hình hóa các chứng bệnh và nghiên cứu chúng ở tỉ lệ phân tử sẽ dẫn đến các liệu pháp điều trị bằng thuốc mới. Snoeck nói: "Một ví dụ điển hình là xơ hóa phổi tự phát - một căn bệnh mà các tế bào biểu mô túi phổi type II được cho là đóng vai trò quan trọng nhưng nguyên nhân và cơ chế phát bệnh vẫn chưa được hiểu rõ. Căn bệnh này giết chết 20.000 người tại Mỹ mỗi năm và đến nay vẫn chưa có liệu pháp chữa trị bằng thuốc ngoại trừ cấy ghép phổi. Liệu pháp này có tỉ lệ tử vong cao do các biến chứng sau cấy ghép".
Ngoài ra, phát hiện của Snoeck sẽ giúp giới khoa học hiểu rõ hơn về sự phát triển của phổi người và giúp chữa trị những chứng bệnh bẩm sinh tác động đến phổi và đường hô hấp như lỗ rò khí - thực quản và hẹp khí quản.
Nhóm nghiên cứu cho rằng sẽ phải mất từ 5 đến 10 năm nữa để những lá phổi được kỹ thuật hóa sinh học sẵn sàng để cấy ghép. Bên cạnh đó, công tác gây quỹ cũng là một thử thách lớn. Snoeck hiện tại đang hợp tác với khoa kỹ thuật sinh học và các bác sĩ giải phẫu ngực tại đại học Columbia để thực hiện kế hoạch. Nghiên cứu của họ đã vừa được xuất bản trên tạp chí Nature Biotechnology và đại học Columbia cũng đã đăng ký sáng chế cho phát hiện của Snoeck.