Tạo ra những lá gan người trong phòng thí nghiệm có vẻ như một ý tưởng xa vời và đáng sợ. Nó khiến bạn tưởng tượng ra câu chuyện của tiến sĩ Frankenstein.
Nhưng một nhóm các nhà khoa học đến từ Brazil đang thực sự muốn làm điều đó. Mới đây, họ đã sử dụng kỹ thuật in 3D sinh học để tạo ra được những lá gan "mini" mô phỏng đầy đủ chức năng của một lá gan người bao gồm xây dựng protein, lưu trữ vitamin và tiết mật.
Những lá gan này được tạo ra từ chính các tế bào gốc được nuôi cấy và tái lập trình. Trong tương lai, chúng được hi vọng sẽ giúp hệ thống y tế giải quyết hai vấn đề nan giải còn tồn đọng: phục vụ các thử nghiệm thuốc và chấm dứt sự khan hiếm nội tạng cấy ghép.
Những lá gan in 3D sẽ tạo ra cuộc cách mạng trong lĩnh vực cấy ghép nội tạng
Organoids sẽ là tương lai của y học
Trong những năm gần đây, xu hướng nghiên cứu các tiểu nội tạng (organoids) đang ngày càng trở nên phổ biến. Organoids thực chất là một tập hợp các mô cơ quan được tạo ra từ việc nuôi cấy tế bào trong phòng thí nghiệm. Với điều kiện phải thực hiện được một số hoặc toàn bộ các chức năng của cơ quan đó, organoids được ví như những nội tạng thu nhỏ.
Chỉ có kích thước từ vài trăm micromet cho tới vài centimet, những những tiểu nội tạng này vẫn có thể mô phỏng và bắt chước được những gì mà một cơ quan nội tạng thật có thể làm được. Cũng chính vì thế mà chúng được cho là một nhân tố sẽ giúp chúng ta sớm cách mạng hóa các nghiên cứu sinh học và y tế.
Đã có rất nhiều tiểu nội tạng của các bộ phận trên cơ thể người được tạo ra, từ não bộ , thực quản, phổi , dạ dày cho đến cả hệ thống mạch máu …. Gan chắc chắn không thể nằm ngoài xu hướng organoids.
Trong nghiên cứu của mình, các nhà khoa học đến từ Trung tâm nghiên cứu bộ gen và tế bào gốc của con người( HUG-CELL ) thuộc Đại học São Paulo (USP), Brazil đã sử dụng các tế bào người làm mực sinh học, và in 3D thành công các lá gan organoids.
Các tế bào này, ban đầu, là tế bào máu được thu thập từ 3 tình nguyện viên. Thông qua kỹ thuật tái lập trình đã được trao giải Nobel về y học năm 2012 của nhà khoa học Nhật Bản Shinya Yamanaka, các tế bào máu đã được biến trở lại thành tế bào gốc cảm ứng đa năng (iPSCs).
Các nhà khoa học Brazil sau đó đã can thiệp để biệt hóa cá tế bào gốc này thành tế bào gan để in. Thông thường, quá trình in 3D sinh học chỉ sử dụng kim mực với độ phân giải đơn bào. Nghĩa là mỗi một lượt in, chỉ có một tế bào được nhả xuống.
Nhưng các nhà khoa học Brazil muốn thực hiện một cải tiến. Họ đã nhóm các tế bào gốc thành từng cụm trước khi in sử dụng một loại hydrogel sinh học. Khi được in thành từng cụm như vậy, các nhà khoa học nhận thấy mô gan đã liên kết với nhau tốt hơn và có độ bền cao hơn so với các phương pháp in 3D trước đó.
Các lá gan mini này cũng đã có thể thực hiện được chức năng của những lá gan thật. "Chúng đã có thể làm sạch độc tố trong máu và tiết ra albumin [một loại protein chỉ có gan mới có thể sản xuất]", Ernesto Goulart, tác giả chính của nghiên cứu cho biết.
Một lá gan organoids trước đây từng được tạo ra bằng phương pháp nuôi cấy. Nhưng bây giờ, các nhà khoa học đã có thể sử dụng công nghệ in 3D để tạo ra chúng.
Phục vụ các thử nghiệm thuốc
Gan là một cơ quan hết sức đặc biệt trong cơ thể người, bởi nó là nội tạng duy nhất có khả năng tự tái tạo. Chẳng hạn như một bệnh nhân ung thư có thể phải phẫu thuật cắt bỏ tới 3/4 lá gan của mình, nhưng 1/4 lá gan còn lại vẫn có thể phục hồi và giữ họ sống sót.
Gan cũng là một cơ quan phức tạp, bởi nó thực hiện tới gần 500 chức năng khác nhau trong cơ thể. Nó xếp thứ hai chỉ sau bộ não về sự bận rộn. Gan tham gia vào quá trình tiêu hóa thức ăn, biến thực phẩm thành những khối năng lượng và dinh dưỡng mà tế bào có thể sử dụng được.
Nó phân giải và trung hòa những chất độc thâm nhập vào cơ thể, tiết ra một khối lượng hóa chất sinh học khổng lồ, từ hooc-môn, enzyme cho đến các chất chống đông máu và phân tử miễn dịch. Gan cũng kiểm soát nhiều thành phần hóa học trong máu.
Cho nên, khi một lá gan gặp trục trặc đó sẽ là một vấn đề lớn. Nghiên cứu các căn bệnh về gan đòi hỏi một mô hình thí nghiệm hoàn hảo, và gan của các loài động vật đôi khi không phản ánh đúng những gì xảy ra trong một lá gan con người.
Vì vậy, các nhà khoa học đang đặt hết niềm tin của họ vào các tiểu nội tạng mini, những organoids có thể giúp họ thực hiện những thử nghiệm thuốc dành cho nhiều căn bệnh gan, đặc biệt là bệnh gan nhiễm mỡ không do rượu (NAFLD).
NAFLD được xác định bởi sự tích tụ chất béo trong gan của người uống ít, hoặc không hề uống rượu. Nếu tình trạng tiến triển, gan của họ có thể bị xơ và thậm chí suy gan tương tự như những người nghiện rượu.
Hiện chỉ tính riêng ở Mỹ đã có khoảng 80-100 triệu người bị ảnh hưởng bởi bệnh gan nhiễm mỡ không do rượu. Nhưng căn bệnh này tiến triển như thế nào vẫn là một điều mà các nhà khoa học chưa nắm rõ.
Organoids xuất hiện như một hi vọng mới ở đây. Trong một số nghiên cứu, các nhà khoa học đã có thể tạo ra những lá gan mini mô phỏng bệnh NAFLD. Các tế bào gan dùng để tạo ra organoids đã được chỉnh sửa để tắt một gen ký hiệu SIRT1.
Gen này có nhiệm vụ điều chỉnh việc lưu trữ và chuyển hóa chất béo, vì vậy, khi bị ngừng hoạt động, những lá gan mini bắt đầu tích tụ mỡ xung quanh chúng giống với bệnh nhân NAFLD. Nó chuyển sang màu vàng, và nồng độ chất béo trong mỗi tế bào gan cũng tăng lên.
Sau đó, các lá gan mini nhiễm mỡ được cho thử nghiệm một phân tử thuốc có tên là resveratrol. Trong tự nhiên, resveratrol thường xuất hiện như một thành phần trong nho và rượu vang có tác dụng tăng cường chức năng gen SIRT1.
Khi các nhà khoa học tiêm nó vào các lá gan mini nhiễm mỡ, resveratrol đã thực sự giảm việc tích chất béo, ngụ ý nó có thể trở thành một loại thuốc cho bệnh nhân mắc NAFLD.
Cho đến những lá gan hoàn thiện cấy ghép được
Chắc chắn, khi các nhà khoa học tạo ra những lá gan in 3D sinh học, mục đích cuối cùng của họ là sử dụng chúng để cấy ghép sang cho con người, là những bệnh nhân bị suy gan hoặc phải cắt bỏ gan vì một lý do nào đó, ung thư chẳng hạn.
Những lá gan được in 3D sử dụng tế bào gốc của chính bệnh nhân, do đó, nó có thể loại bỏ được nguy cơ bị đào thải. Bệnh nhân sẽ không cần phải uống thuốc chống thải ghép mỗi ngày cho đến suốt đời. Và trên hết, các lá gan nhân tạo có thể giải quyết được sự thiếu hụt nguồn nội tạng hiến tặng hiện nay.
Những bệnh nhân ghép gan bây giờ phải chờ đợi trung bình 150 ngày. Một nửa trong số họ chắc chắn không thể đợi được và sẽ chết.
Chỉ tính riêng tại Hoa Kỳ, mỗi năm đã có khoảng 7.300 người chết vì không tìm được tạng ghép phù hợp. Những bệnh nhân ghép gan bây giờ phải chờ đợi trung bình 150 ngày. Một nửa trong số họ chắc chắn không thể đợi được và sẽ chết.
Trong nhiều trường hợp, hy vọng duy nhất mà những bệnh nhân này có được lại đến từ bi kịch của một người khác. Chẳng hạn như phải có ai đó gặp tai nạn giao thông và chết, sau đó, nội tạng của họ mới được thu lại để cứu sống những bệnh nhân đang chờ đợi.
Nếu các lá gan nhân tạo có thể được in 3D, nó sẽ giải quyết được tất cả những vấn đề này. Goulart cho biết hiện ông và nhóm nghiên cứu của mình đang có kế hoạch nhân rộng các lá gan nhỏ của mình để tăng kích thước cho chúng.
"Chúng tôi đã tạo ra được những lá gan trên quy mô nhỏ, nhưng với tiềm năng của phương pháp này, chúng có thể dễ dàng được nhân rộng", Goulart nói.
"Còn nhiều giai đoạn cần phải hoàn thành trước khi chúng tôi có thể tạo ra một lá gan hoàn chỉnh, nhưng chúng tôi đang đi đúng hướng để đạt được kết quả hứa hẹn đó", các nhà khoa học tuyên bố trong bài báo nghiên cứu của họ xuất bản trên tạp chí Biofabrication.
Một lợi thế quan trọng khác là gan in 3D sẽ có xác suất thải ghép bằng không, nếu các tế bào được sử dụng để làm mực sinh học là tế bào gốc của bệnh nhân, Mayana Zatz, một đồng tác giả nghiên cứu cho biết.
"Những lá gan người in 3D không chỉ có thể chấm dứt sự phụ thuộc vào nguồn cung cấp nội tạng hạn chế hiện nay, mà chúng cũng thậm chí còn giúp việc cấy ghép gan trở nên an toàn hơn", cô nói.
Tham khảo Futurism, Theconversation