Lần đầu tiên trong lịch sử y học, một nhóm các nhà nghiên cứu tại Viện Hubrecht ở Hà Lan đã nuôi thành công một tuyến lệ nhân tạo trong ống nghiệm, rồi ép chúng "khóc" ra nước mắt thật. Toàn bộ tuyến lệ này đã được phát triển lên từ tế bào gốc của con người.
Nhưng liệu có phải thế giới này chưa đủ khổ đau mà các nhà khoa học lại quyết định làm một nghiên cứu kỳ lạ như vậy? Câu trả lời là: không. Thậm chí nghiên cứu này có thể giúp hóa giải những khổ đau cho hàng chục ngàn bệnh nhân trên thế giới, những người bị rối loạn hoặc chấn thương tuyến lệ bẩm sinh hoặc do tai nạn…
"Chúng tôi hy vọng rằng các nhà khoa học sẽ sử dụng mô hình của chúng tôi để tìm ra những biện pháp điều trị mới cho bệnh nhân bị rối loạn tuyến lệ", nhà di truyền học phân tử Hans Clevers đến từ Viện Hubrecht, Hà Lan cho biết.
"Họ có thể làm điều đó bằng cách thử nghiệm thuốc trên các mô tuyến lệ này, hoặc nhân bản các tế bào khỏe mạnh và cấy chúng sang cho bệnh nhân vào một ngày nào đó".
Tuyến lệ nhân tạo được nuôi dưỡng trong phòng thí nghiệm.
"Thách thức lớn nhất của chúng tôi là làm cho chúng khóc được"
Tuyến lệ, hay tuyến nước mắt, là một bộ phận nằm trong hốc mắt, ngay trên nhãn cầu của bạn. Nó có một nhiệm vụ nhỏ bé, khiêm nhường nhưng lại hết sức quan trọng mà bạn thường không để ý: Bôi trơn đôi mắt của bạn.
Hãy tưởng tượng điều gì có thể xảy ra nếu mắt của bạn quá khô? Bạn có thể bị mỏi mắt, đau mắt, xước giác mạc vì các chuyển động liên tục của nhãn đầu. Thông thường, chúng ta chỉ cảm thấy khô mắt trong một vài phút đã thấy khó chịu. Nhưng với các bệnh nhân bị rối loạn hoặc tổn thương tuyến lệ, họ có thể phải chịu đựng điều đó trong cả đời người.
Khô tuyến lệ và tổn thương tuyến lệ lâu dần có thể dẫn đến đau đớn do viêm nhiễm, hoặc thậm chí mù lòa. Bệnh nhân chỉ có thể nhỏ nước mắt nhân tạo liên tục trong ngày để giảm triệu chứng, chờ đợi được phẫu thuật. Và trong một số trường hợp đặc biệt, các bác sĩ phải điều chế riêng cho các bệnh nhân một loại nước nhỏ từ chính máu của họ.
Tuy nhiên, các lựa chọn điều trị cho bệnh nhân rối loạn hoặc chấn thương tuyến lệ hiện rất hạn chế - đặc biệt là bởi vì khoa học còn chưa hiểu rõ cơ chế làm việc của cơ quan này. Các thí nghiệm thực hiện trên tuyến lệ thường sử dụng chuột, hoặc thậm chí tuyến lệ của người tình nguyện.
Một mặt, thí nghiệm trên động vật tuy có thể thực hiện đại trà nhưng sẽ không chính xác. Mặt khác, sử dụng tuyến lệ của con người sẽ cho kết quả xác thực hơn nhưng lại có thể đặt các tình nguyện viên vào nguy cơ bị kích thích hoặc thậm chí tổn thương.
Bởi vậy, các nhà khoa học tại Viện Hubrecht muốn tìm ra một hướng đi tốt hơn có thể dung hòa được cả hai: Tạo ra các cơ quan mini hay còn gọi là organoid của tuyến lệ con người trong ống nghiệm.
Tuyến lệ và ống lệ nằm trên mắt của con người.
Từ các tế bào gốc đa năng trưởng thành, lần đầu tiên họ đã phát triển được các mô tạo thành một cơ quan mang đầy đủ các bộ phận và chức năng của tuyến lệ. Sau khi được cho tiếp xúc với norepinephrine, một chất dẫn truyền thần kinh kích hoạt tiết nước mắt, các tuyến lệ nhân tạo này đã phòng lên như một quả bóng và chúng bắt đầu "khóc".
Marie Bannier-Hélaouët, một nhà sinh vật học đến từ Viện Hubrecht cho biết: "Thách thức lớn nhất của chúng tôi là phải làm sao cho các organoid này khóc được. Vì đó chính là dấu hiệu cho thấy tế bào gốc đã phát triển thành tuyến lệ chứ không phải các tuyến khác".
Ngoài ra để chắc chắn, các nhà nghiên cứu cũng đã tiến hành giải trình tự mRNA để tạo ra một bản đồ tế bào trong tuyến nước mắt của con người. Qua đó, họ đã xác định được 2 loại tế bào khác nhau là tế bào ống dẫn và tế bào túi lệ có trong tiểu cơ quan nhỏ bé của mình.
Đây sẽ là những giọt nước mắt hạnh phúc của bệnh nhân trong tương lai
Để chứng minh các tiểu cơ quan organoid này thực sự hữu ích, các nhà khoa học tại Viện Hubrecht đã thực hiện một thí nghiệm đầu tiên với chúng. Họ sử dụng kỹ thuật chỉnh sửa gene CRISPR-Cas9 để xóa bỏ một gene có tên là Pax6 tạo lên tuyến lệ nhân tạo.
Gene Pax6 này đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của mắt và tuyến lệ từ khi bạn còn là một phôi thai trong bụng mẹ. Với Pax6 bị loại bỏ, các tuyến lệ nhân tạo được sinh ra từ tế bào gốc đã bị mất thụ thể dẫn truyền thần kinh và các gene liên quan đến sản xuất, bài tiết nước mắt và chuyển hóa retinol.
Điều thú vị là tất cả những triệu chứng này có thể được tìm thấy trên các bệnh nhân mắc hội chứng Sjogren, một bệnh tự miễn dịch hiếm gặp dẫn đến khô mắt, khô miệng, thậm chí mù lòa.
Ở những bệnh nhân mắc hội chứng Sjogren, mất gene Pax6 cũng đã được quan sát thấy trong kết mạc, là những mô tạo ra đường viền mí mắt và bao phủ lòng trắng mắt của bạn. Bây giờ, các mô tuyến lệ nhân tạo có thể giúp các nhà khoa học có được mô hình thí nghiệm để tìm ra phương pháp điều trị cho họ.
Các tế bào tuyến lệ (màu đỏ) giúp bạn tạo ra nước mắt.
Cuối cùng, để kiểm tra thêm tiềm năng cấy ghép sử dụng các mô tuyến lệ nhân tạo, nhóm nghiên cứu tại Viện Hubrecht đã lấy một số tế bào tuyến lệ của con người và cấy chúng vào tuyến lệ của chuột. Trong vòng hai tuần, các tế bào đã làm quen được với cơ thể chúng và hình thành các cấu trúc ống dẫn mới.
Mặc dù phải chịu sự đào thải của hệ miễn dịch do cấy ghép lệch loài gây ra, tế bào tuyến lệ người vẫn sống được trong cơ thể chuột 2 tháng, một số vẫn tiếp tục phát triển sau đó và tạo được ra protein nước mắt.
Tất nhiên, từ những thử nghiệm này đến ngày mà chúng ta có thể cấy ghép tuyến lệ nhân tạo sang cho con người còn rất dài. Các nhà khoa học còn phải thực hiện thêm nhiều thử nghiệm tiền lâm sàng với động vật, rồi sau mới có thể thử chúng trên người.
Tuy nhiên, với bước đột phá mà các nhà khoa học tại Viện Hubrecht đã thực hiện được, con đường đó đã được rút ngắn đáng kể.
Trong lúc đó, các mô tuyến lệ được lưu trữ trong phòng thí nghiệm của họ vẫn đang ứa nước mắt. Những giọt nước mắt này có thể trở thành những giọt nước mắt hạnh phúc một bệnh nhân được cấy ghép chúng trong tương lai.