Việc cấy ghép các mô não nhỏ của người vào não chuột đã đạt được cột mốc mới. Trong tương lai, nó có thể được ứng dụng để điều trị chấn thương não nghiêm trọng.
Theo Science Alert, nghiên cứu mới này được công bố trên tạp chí Cell Stem Cell. Kết quả cho thấy những mô não nhỏ của người không chỉ tích hợp với mô não xung quanh của chuột mà các tế bào thần kinh trong cơ quan cũng bắt đầu phản ứng với kích thích thị giác. Kết quả, điều này xảy ra chỉ trong vòng 3 tháng cấy ghép.
Bác sĩ H. Isaac Chen, nhà giải phẫu thần kinh của Đại học Pennsylvania, cho biết: “Chúng tôi không ngờ mức độ tích hợp về chức năng não lại xảy ra sớm như thế. Nhiều nghiên cứu trước đây liên quan đến việc cấy ghép các tế bào thần kinh của người vào loài gặm nhấm mất 9-10 tháng nhưng vẫn chưa hoàn thiện”.
Nhiều nghiên cứu trước xem xét việc cấy ghép các tế bào thần kinh của người vào loài gặm nhấm không cho thấy kết quả nhanh như nghiên cứu này. (Ảnh: Newatlas).
Quá trình nghiên cứu
Organoid là mô 3D có nguồn gốc từ tế bào gốc phôi người hoặc tế bào gốc vạn năng. Việc ghép các organoid vỏ não người vào não loài gặm nhấm ngày càng tinh vi.
Trước đó, người ta dùng các tế bào thần kinh riêng lẻ. Nhưng gần đây, họ đã cấy ghép thành công các organoid vỏ não người vào não chuột con và chuột trưởng thành. Chúng kết hợp với các mô xung quanh và cho thấy dấu hiệu hoạt động.
Hiện tại, bác sĩ Chen và nhóm của ông đang thực hiện bước tiếp theo là cấy mô não người vào chuột trưởng thành bị tổn thương vỏ não lớn để xem chúng cũng có sự tích hợp về chức năng hay không.
Bác sĩ Chen nói: “Chúng tôi không chỉ tập trung vào việc cấy ghép các tế bào riêng lẻ mà còn cấy ghép mô. Các organoid não có cấu trúc giống như bộ não. Chúng tôi có thể xem xét các tế bào thần kinh riêng lẻ trong cấu trúc này để hiểu sâu hơn về sự tích hợp của organoid được cấy ghép”.
Để phát triển “bộ não nhỏ” của con người, các nhà nghiên cứu đã sử dụng tế bào gốc cảm ứng vạn năng được biến đổi gene để biểu hiện protein huỳnh quang xanh lá cây (green fluorescent protein), loại protein bao gồm 238 amino axit.
Tế bào gốc cảm ứng vạn năng được tạo ra từ các tế bào gốc trưởng thành qua quá trình tái lập trình bộ gene. Chúng có thể phát triển thành nhiều loại tế bào khác nhau. Protein huỳnh quang xanh lá cây mang lại cho các organoid não khả năng phát huỳnh quang.
Những tế bào gốc này được phát triển thành tế bào thần kinh của người trong khoảng 80 ngày. Sau đó, các nhà nghiên cứu bắt đầu cấy chúng vào não của 10 con chuột đực trưởng thành.
Đầu tiên, họ tạo ra một khoang có kích thước bằng cơ quan (có đường kính khoảng 2 mm) trong não của mỗi con chuột. Khoang này đại diện cho chấn thương não nghiêm trọng. Sau đó, họ đưa organoid vào và khâu lại để vết thương hồi phục.
Hình ảnh mô học của não chuột với cơ quan vỏ não người được cấy ghép (màu xanh lá cây). (Ảnh: Cell Stem Cell).
Phản ứng với ánh sáng
Để xem cách organoid tích hợp với não sau khi chữa lành, các nhà nghiên cứu đã tiêm vào mắt chuột những con virus được gắn huỳnh quang. Tiếp theo, họ có thể theo dõi các kết nối neuron thần kinh từ võng mạc của chuột.
Sau đó, khi chiếu ánh sáng nhấp nháy và hình ảnh các thanh đen trắng xen kẽ vào mắt chuột, các nhà nghiên cứu sử dụng điện cực để tìm hiểu hoạt động bên trong cơ quan. Khoảng 25% tế bào thần kinh của con người phản ứng với kích thích ánh sáng.
"Chúng tôi nhận thấy lượng lớn tế bào thần kinh trong cơ quan phản ứng với các hướng ánh sáng cụ thể. Điều này chỉ ra các tế bào thần kinh trong cơ quan này không chỉ có thể tích hợp với hệ thống thị giác mà còn ứng dụng các chức năng cụ thể của thị giác”, bác sĩ Chen cho biết.
Thí nghiệm được giới hạn trong 3 tháng do có sự ức chế miễn dịch để giữ cho cơ thể chuột không đào thải mô người. Khi kết thúc thí nghiệm, những con chuột đã chết nhẹ nhàng.
Do thời gian ngắn, các tế bào thần kinh của người có thể chưa trưởng thành hoàn toàn. Điều này giải thích tại sao khả năng đáp ứng của các tế bào thần kinh không cao.
Tuy nhiên, kết quả vẫn có thể được sử dụng để cải tiến các thử nghiệm trong tương lai. Nhóm nghiên cứu khuyến nghị nên sử dụng loài gặm nhấm bị ức chế miễn dịch di truyền cho các nghiên cứu dài hạn.
“Các mô thần kinh có khả năng tái tạo lại những vùng não bị tổn thương. Bây giờ, chúng tôi muốn hiểu cách thức organoid được sử dụng ở vùng khác của vỏ não, không chỉ vỏ não thị giác. Chúng tôi muốn khám phá điều khiến các organoid neuron tích hợp với não, từ đó có thể kiểm soát quá trình đó tốt hơn và làm cho nó diễn ra nhanh hơn”, bác sĩ Chen cho biết.