Con người đã tiến hóa với bộ não lớn vượt trội so với các loài linh trưởng khác, nhưng sự nâng cấp này đi kèm với những đánh đổi. Hiểu được cách các tế bào thần kinh đáp ứng nhu cầu năng lượng để duy trì hoạt động của bộ não lớn có thể mở ra những hướng đi mới trong điều trị các rối loạn thần kinh.


Hình minh họa. Nguồn: Science Pictures Ltd/SPL

Giống như việc đứng thẳng và đi bằng hai chân dẫn đến các vấn đề về khớp gối và lưng, sự phát triển nhanh chóng của não người trong quá trình tiến hóa đã tạo ra các thách thức cho tế bào não, theo Alex Pollen - nhà thần kinh học tại Đại học California, San Francisco. Ông cho rằng các tế bào thần kinh sản xuất dopamine (chất dẫn truyền thần kinh quan trọng trong vận động, học tập và xử lý cảm xúc) trong não có thể là những "khớp dễ tổn thương".

Sử dụng công cụ hình ảnh, nhóm nghiên cứu của Pollen theo dõi hai vùng não tiêu thụ nhiều dopamine (vỏ não trước trán và thể vân), cũng là các vùng lớn hơn nhiều ở người so với khỉ macaque - cụ thể, vỏ não trước trán của người lớn gấp 18 lần, còn thể vân lớn gấp bảy lần.

Mặc dù vậy, số lượng tế bào thần kinh dopamine ở người chỉ nhiều gấp đôi so với các loài linh trưởng khác. Do đó các tế bào thần kinh này phải duỗi dài hơn và làm việc nhiều hơn - mỗi tế bào tạo ra hơn 2 triệu khớp thần kinh trong bộ não lớn và phức tạp của con người. Theo Nenad Sestan, nhà khoa học tại Đại học Yale, "Tế bào thần kinh dopamine thực sự là những vận động viên."

Nhóm nghiên cứu đã nuôi cấy hàng nghìn tế bào thần kinh dopamine từ tế bào gốc của người, tinh tinh, khỉ macaque và đười ươi, tạo thành các cấu trúc nhỏ giống não gọi là organoid. Sau 30 ngày, các organoid bắt đầu sản xuất dopamine, mô phỏng bộ não đang phát triển.

Họ tiến hành giải trình tự gen các tế bào thần kinh dopamine để xem những gen nào được bật và cách chúng được điều khiển. Kết quả phân tích cho thấy, các tế bào thần kinh dopamine của người biểu hiện nhiều gen kiểm soát stress oxy hóa - một loại tổn thương tế bào có thể do quá trình sản xuất dopamine tiêu tốn nhiều năng lượng gây ra - hơn so với các loài linh trưởng khác. Các gen này mã hóa các enzyme có chức năng phá vỡ và vô hiệu hóa các phân tử độc hại có thể gây tổn thương tế bào.

Khi nhóm nghiên cứu dùng một loại thuốc trừ sâu gây stress oxy hóa lên organoid, họ phát hiện các tế bào thần kinh được phát triển từ tế bào gốc của người tăng sản xuất BDNF, một phân tử bị giảm ở những người mắc bệnh thoái hóa thần kinh như Parkinson. Phản ứng này không xuất hiện ở các tế bào thần kinh của tinh tinh.

Việc hiểu được các cơ chế bảo vệ não như thế này có thể góp phần phát triển các liệu pháp tăng cường khả năng phòng vệ ở cấp độ tế bào cho những người có nguy cơ mắc bệnh Parkinson.

Tuy nhiên, các organoid chỉ mô phỏng tế bào thần kinh trong giai đoạn phát triển tương đương với phôi thai, và chưa thể phản ánh hết sự phức tạp của tế bào thần kinh trưởng thành. Do đó các nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào cơ chế bảo vệ trong tế bào thần kinh trưởng thành và lão hóa, vì các bệnh thoái hóa thần kinh thường xảy ra ở độ tuổi muộn.


Nguồn: