“Liệu pháp tế bào gốc” đã không còn là một khái niệm xa lạ đối với công chúng và là một giải pháp đầy tiềm năng cho y học tái tạo khi những kết quả đầy hứa hẹn của liệu pháp này đã được thể hiện ở rất nhiều nghiên cứu trên toàn thế giới. Trong liệu pháp tế bào, các bác sĩ lâm sàng sẽ tạo ra tế bào gốc đa năng cảm ứng bằng cách “lập trình” lại một số tế bào da hoặc máu lấy từ bệnh nhân. Để điều trị chấn thương tủy sống, họ sẽ kích thích các tế bào gốc đa năng này trở thành tế bào tiền thân (progenitor cells) - những tế bào có nhiệm vụ biệt hóa thành tế bào tủy sống và sau đó được cấy trở lại vào bệnh nhân để điều trị các tổn thương.
Song điểm thách thức nằm ở một mâu thuẫn: trong khi những tế bào mới này có thể tái tạo một phần tủy sống bị tổn thương, nếu các tế bào gốc đa năng không chuyển hóa hoàn toàn thành tế bào gốc, chúng có thể hình thành nên khối u ở người bệnh.
“Công nghệ tế bào gốc đa năng cảm ứng (iPS) chưa phát triển đến giai đoạn điều trị cấy ghép được chấp nhận là an toàn, trong đó vẫn tồn tại nguy cơ tế bào gốc không biệt hóa hoàn toàn thành tế bào tủy sống có thể tạo ra khối u sau khi cấy ghép”, TS. Nguyễn Tấn Đại (Trung tâm Nghiên cứu và Công nghệ liên minh Singapore-MIT, Singapore) chia sẻ với
Báo KH&PT. Thực tế này khiến cho nhóm nghiên cứu tại Trung tâm nghiên cứu và công nghệ liên minh Singapore-MIT, Đại học Công nghệ Nanyang (Singapore) và Viện Công nghệ Massachusetts (Mỹ) nảy ra ý tưởng về việc phát triển một thiết bị để loại bỏ những tế bào không biệt hóa với tốc độ cao và không sử dụng bất kỳ hóa chất nào nhằm mục tiêu tích hợp vào quy trình sản xuất các sản phẩm tế bào gốc phát triển từ iPS.
Kết quả nghiên cứu mới đây đã được công bố trong bài báo “
Label-Free and High-Throughput Removal of Residual Undifferentiated Cells From iPSC-Derived Spinal Cord Progenitor Cells” trên tạp chí
Stem Cells Translational Medicine.
Giảm thiểu rủi ro“Chúng tôi rất quan tâm đến các giải pháp tái tạo để tăng cường ‘sửa chữa’ mô sau chấn thương tủy sống do những chấn thương này có thể dẫn đến suy giảm chức năng nghiêm trọng. Hiện tại không có phương pháp điều trị tái tạo hiệu quả nào cho chấn thương tủy sống như vậy”, GS. Sing Yian Chew tại Đại học Công nghệ Nanyang (Singapore) cho biết trong
bản tin của MIT. “Các tế bào tiền thân tủy sống có nguồn gốc từ tế bào gốc đa năng có nhiều hứa hẹn vì chúng có thể tạo ra tất cả các loại tế bào khác nhau trong tủy sống - những tế bào có khả năng khôi phục cấu trúc và chức năng mô. Song, để có thể sử dụng hiệu quả các tế bào này, bước đầu tiên là phải đảm bảo an toàn cho chúng. Và đó cũng chính là mục tiêu mà chúng tôi đặt ra trong nghiên cứu này”.
Tại sao việc đảm bảo an toàn cho liệu pháp lại khó như vậy? Dù là một giải pháp đầy tiềm năng trong lĩnh vực y học tái tạo, các tế bào gốc đa năng cảm ứng chưa được biệt hóa vẫn có nguy cơ gây ra ung thư - một trong những thách thức đáng lo ngại nhất trong liệu pháp tế bào. “Ngay cả khi chỉ có một số lượng tế bào rất nhỏ chưa được biệt hóa hoàn toàn, chúng vẫn có thể biến thành tế bào tương tự như tế bào ung thư”, GS. Jongyoon Han - thành viên của Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Điện tử (RLE) tại Viện Nghiên cứu Massachusetts MIT (Mỹ) và là đồng trưởng nhóm nghiên cứu chính của nhóm nghiên cứu CAMP tại Liên minh nghiên cứu và công nghệ Singapore-MIT (SMART) - cho biết trong
bản tin của MIT.
Các bác sĩ lâm sàng và nhà nghiên cứu thường tìm cách xác định và loại bỏ các tế bào này bằng cách tìm kiếm các dấu hiệu nhất định trên bề mặt của chúng, nhưng cho đến nay các nhà nghiên cứu vẫn chưa thể tìm thấy dấu hiệu đặc trưng cho các tế bào không biệt hóa này. Dù đã có các phương pháp khác sử dụng hóa chất để tiêu diệt có chọn lọc các tế bào như vậy, song kỹ thuật xử lý hóa học lại có thể gây hại cho các tế bào đã biệt hóa. “Trong các nghiên cứu trước đây, việc xác định và loại bỏ tế bào không biệt hóa đã đặt ra nhiều thách thức. Các phương pháp sử dụng Flow Cytometry (phân tích tế bào theo dòng chảy) hoặc hóa chất hay biến đổi gene có thể gây hại cho tế bào bình thường khác”, TS. Nguyễn Tấn Đại giải thích thêm và cho biết đây cũng chính là một trong những điểm thách thức nhất khi nghiên cứu về vấn đề này.
Sau hơn một thập kỷ nghiên cứu, nhóm nghiên cứu CAMP đã phát triển một máy phân loại vi lỏng hiệu suất cao, có thể phân loại các tế bào dựa trên kích thước. Theo GS. Han, trước đây, thiết bị được sử dụng để phân loại các tế bào miễn dịch và tế bào mô đệm trung mô (một loại tế bào gốc), và hiện tại nhóm đang mở rộng việc sử dụng nó sang các loại tế bào gốc khác, chẳng hạn như tế bào gốc đa năng cảm ứng.
Khi tiến hành nghiên cứu, họ phát hiện ra rằng các tế bào gốc đa năng có xu hướng lớn hơn các tế bào gốc tiền thân (progenitor cells) có nguồn gốc từ chúng. Có một giả thuyết được đặt ra là: trước khi một tế bào gốc đa năng biệt hóa, nhân của nó chứa một số lượng lớn gene chưa bị “tắt” hoặc bị ức chế. Khi biệt hóa để thực hiện một chức năng cụ thể, tế bào sẽ ức chế nhiều gene mà nó không còn cần nữa, khiến nhân bị thu nhỏ đáng kể. ‘Tận dụng sự khác biệt về kích thước giữa tế bào gốc và tế bào bình thường như vậy, nhóm nghiên cứu đã sử dụng lực ly tâm trong các kênh vi dẫn để phân loại tế bào”, TS. Nguyễn Tấn Đại chia sẻ.
Phân loại tế bàoVới phát hiện trên, nhóm nghiên cứu đã hướng trọng tâm vào việc phát triển một thiết bị vi lỏng để loại bỏ các tế bào dựa trên sự khác biệt về kích thước. Theo đó, các kênh dẫn trong chip vi lỏng có một đầu vào, một đường xoắn ốc và bốn đầu ra tạo ra các tế bào có kích thước khác nhau. Khi các tế bào bị ép chuyển động theo hình xoắn ốc ở tốc độ rất cao, các lực khác nhau, bao gồm cả lực ly tâm, sẽ tác động lên các tế bào. Các lực này tác động để tập trung các tế bào vào một vị trí nhất định trong dòng chất lỏng. Điểm tập trung này sẽ phụ thuộc vào kích thước của các tế bào, từ đó phân loại chúng một cách hiệu quả thông qua các đầu ra riêng biệt.