Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu Gen Người và Tế bào Gốc (HUG-CELL), vận hành bởi Viện sinh học trực thuộc Đại học São Paulo, vừa phát triển thành công kỹ thuật mới: tái tạo và sản xuất gan trong phòng thí nghiệm.
Nghiên cứu chứng minh tính khả thi của thí nghiệm được thực hiện trên gan chuột. Bước tiếp theo, các nhà khoa học sẽ ứng dụng kỹ thuật này trên sản xuất gan người, mong muốn đảm bảo nhân loại có đủ gan thay thế trong tương lai. Báo cáo nhiên cứu do Quỹ Nghiên cứu São Paulo hậu thuẫn đã được đăng tải trên trang Materials Science and Engineering.
“Kế hoạch của chúng tôi là tăng quy mô sản xuất gan người. Hoạt động giúp tránh việc người muốn ghép tạng phải chờ một thời gian dài mới tìm được người hiến và nội tạng thích hợp”, Luiz Carlos de Caires-Júnior, tác giả chính của báo cáo nghiên cứu trả lời phỏng vấn Agência FAPESP.
Quá trình sản xuất phụ thuộc vào phương pháp decellularization (tạm dịch là phân hóa tế bào) và recellularization (tạm dịch là tái cấu trúc tế bào), hai công nghệ sinh học mới hình thành trong những năm trở lại đây, đã và đang giúp ích nhiều trong sản xuất nội tạng. Trong thí nghiệm này, gan của người hiến được xử lý bằng nhiều loại hóa chất, chứa cả chất tẩy và enzyme, loại bỏ các tế bào khỏi mô và để lại ma trận ngoại bào của gan với đầy đủ cấu trúc, hình dáng. Sau đó, tế bào từ chính bệnh nhân sẽ được cấy vào ma trận ngoại bào để hình thành lá gan mới.
Cách thức này tránh được phản ứng bất lợi từ hệ miễn dịch và giảm nguy cơ cơ thể từ chối tạng về sau.
"Cũng có thể so sánh với việc ghép một lá gan đã được ‘tân trang’. Nó sẽ không bị cơ thể từ chối bởi chúng tôi sử dụng tế bào từ chính bệnh nhân, sẽ không cần tới thuốc ức chế miễn dịch", Mayana Zatz, chuyên gia của HUG-CELL và cũng là đồng tác giả nghiên cứu nhận định.
Ma trận ngoại bào của một lá gan đã bị phân hóa tế bào.
Các nhà khoa học còn có thể áp dụng kỹ thuật này vào hồi phục nội tạng không ghép được nữa, tăng được nguồn cung tạng cho những bệnh nhân có nhu cầu. “Rất nhiều tạng được hiến bất khả dụng bởi người hiến đã qua đời trong một tai nạn thảm khốc. Kỹ thuật mới có thể được dùng để sửa tạng hỏng, khả năng sửa phụ thuộc hiện trạng của chúng lúc đó”, nhà nghiên cứu Caires-Júnior giải thích.
Tuy nhiên, quá trình phân hóa tế bào sẽ loại bỏ nhiều thành tố quan trọng của ma trận ngoại bào, ví dụ như những phân tử phát tín hiệu phân bào và hình thành mạch máu. Điều này khiến tế bào được ghép không phát triển được trong môi trường mới, làm gián đoạn quá trình tái cấu trúc tế bào.
Để vượt qua trở ngại lớn, các nhà nghiên cứu tại HUG-CELL cải thiện kỹ thuật ghép bằng việc thêm một bước vào giữa hai quá trình phân hóa và tái cấu trúc tế bào. Sau khi phân tách và phân hóa gan chuột, họ tiêm vào ma trận ngoại bào một tổ hợp dung dịch giàu những phân tử như SPARC và TGFB1, là những protein sinh ra từ tế bào gan trưởng thành được tái tạo trong điều kiện phòng thí nghiệm. Những protein kể trên là thành tố không thể thiếu trong một lá gan khỏe, chúng gửi đi tín hiệu khiến tế bào sinh sôi và hình thành mao mạch.
“Làm giàu ma trận ngoại bào bằng những phân tử này khiến tạng sở hữu điều kiện sinh bào tương tự một lá gan khỏe mạnh”, nhà nghiên cứu Caires-Júnior nói.
Những ma trận ngoại bào của chuột được xử lý bằng các dung dịch chuyên dụng, bên cạnh đó các nhà khoa học tiêm tế bào gan, tế bào nội màng và tế bào mô giữa vào cấu trúc gan. Các tế bào mô giữa sinh ra từ tế bào gốc đa tiềm năng phản ứng có nguồn gốc con người, có được nhờ tái lập trình tế bào da trưởng thành (hay bất cứ tế bào nào lấy từ những mô dễ tiếp cận). Thông qua kỹ thuật đặc biệt, các nhà nghiên cứu đưa tế bào da về trạng thái đa tiềm năng, tương tự giai đoạn đầu phát triển của tế bào.
Tế bào gốc trung mô.
Quá trình phức tạp đã sử dụng được tế bào gan và tái cấu trúc nội tạng đến mức tái sử dụng được. “Đây là thí nghiệm cho thấy phương pháp này khả thi”, nhà nghiên cứu Zatz nói.
Dùng xi lanh, các nhà nghiên cứu bơm tế bào gan vào ma trận ngoại bào của gan chuột để sản xuất ra nội tạng với đặc tính của gan người. Gan tái tạo sinh trưởng trong 5 tuần với điều kiện phòng thí nghiệm giả lập được môi trường trong cơ thể người. Các phân tích cho thấy ma trận ngoại bào chứa SPARC và TGFB1 cải thiện rõ rệt quá trình tái cấu trúc tế bào.
“Phương pháp này khiến tế bào gan sinh trưởng và hoạt động mạnh mẽ hơn”, Caires-Júnior nói. “Chúng tôi dự tính sẽ lắp ráp một lò phản ứng sinh học nhằm phân hóa tế bào gan người và nghiên cứu các phương pháp sản xuất gan với quy mô phòng thí nghiệm”.
Theo các nhà nghiên cứu, kỹ thuật này có thể được ứng dụng trong tái chế, chế tạo những nội tạng khác như phổi, tim và da.