Chế tạo thành công nhiều bộ phận nhân tạo từ tế bào sống

Việc chế tạo ra các bộ phận nhân tạo để thay thế cho các bộ phận trên cơ thể con người đã bị tổn thương hoặc hỏng hóc  luôn là một thách thức lớn đối  với các nhà khoa học. Nhưng nhờ có những phát hiện mới về tế bào gốc và quá trình tự phát triển của các tế bào sống trong cơ thể, khoa học đã tiến gần hơn đến việc tạo ra những bộ phận thay thế chất lượng cao, điều đặc biệt là giống y hệt như các bộ phận sống của con người.

Tại phòng thí nghiệm nhỏ của mình ở Anh, GS. Alexander Seifalian – Phòng Công nghệ nano và Y học tái tạo thuộc Trường ĐH London (UCL) đã lần đầu tiên chế tạo thành công các bộ phận nhân tạo từ tế bào sống của cơ thể con người. Đó là một chiếc tai, một chiếc mũi từ chất liệu tế bào sống được nuôi cấy từ các tế bào trong phòng thí nghiệm.

Tháng trước, một chiếc mũi hoàn chỉnh đã được GS. Alexander Seifalian nuôi cấy thành công và đã được cấy ghép cho một bệnh nhân bị chấn thương mũi.

Công trình này đã được GS. Seifalian và các đồng nghiệp của mình tập trung nghiên cứu từ rất lâu trước đó. Mục đích của ông là tạo ra được các cơ quan thay thế phục vụ phẫu thuật cấy ghép những bộ phận bị hỏng hóc trên cơ thể con người. Vấn đề là làm sao tạo được các bộ phận này theo cách tự nhiên nhất, đó là phát triển chúng từ chính các tế bào lấy từ cơ thể bệnh nhân.

Ban đầu, GS. Seifalian lấy mẫu tế bào từ cơ thể bệnh nhân đem nuôi cấy và kích thích chúng phát triển trong ống nghiệm. Ông tạo khuôn mẫu hình dáng giống một bộ phận hoàn chỉnh và kích thích chúng phát triển theo đúng khuôn mẫu đó cho tới khi thành một bộ phận hoàn chỉnh.

Cùng với sự hỗ trợ của công nghệ nano, cho phép GS. Seifalian tạo được khuôn mẫu chính xác và chi tiết đến từng nanomet (1 nanomet có kích thước 1/tỉ mét và nhỏ hơn tới 40.000 lần độ mảnh của một sợi tóc). Nhờ đó khi các tế bào phát triển đến đâu, chúng hình thành theo đúng khuôn mẫu với độ chính xác tới từng nanomet. GS. Seifalian hy vọng, công nghệ này sẽ cho phép tạo chính xác từng mạch máu bên trong các bộ phận của cơ thể và chính xác đến khoảng cách của các tế bào được sắp xếp trong các bộ phận đó. Thành công này cũng mở ra hướng phát triển mới cho việc chế tạo những bộ phận có độ phức tạp cao hơn, chẳng hạn như tim, gan, thận…

Với chiếc mũi nhân tạo đầu tiên sau khi được chế tạo thành công từ tế bào sống, để có thể cấy trở lại khuôn mặt của bệnh nhân, bộ phận nhân tạo này sẽ được cấy vào da ở cánh tay bệnh nhân để kích thích chúng hình thành các mạch máu trước khi được đưa vào cấy trên khuôn mặt và thay thế cho chức năng của chiếc mũi đã bị phá hủy.

Sau 4 tuần cấy ghép, mũi nhân tạo đã tự phát triển phần da và mạch máu cần thiết và sẵn sàng được đưa vào cấy ghép cho bệnh nhân. Ca phẫu thuật cấy ghép sau đó đã thu được thành công giúp bệnh nhân phục hồi chức năng cơ thể một cách bình thường. Tuy nhiên, điều quan trọng hơn cả là bệnh nhân vẫn có thể sử dụng chính bộ phận được phát triển từ tế bào sống của mình chứ không hề có cảm giác mình đang đeo một bộ phận giả trên người. Ngoài ra, nguy cơ đào thải sau cấy ghép được giảm tới mức tối thiểu bởi người bệnh vẫn đang được cấy chính tế bào sống của mình.

Theo GS. Seifalian, việc tạo thành công bộ phận nhân tạo từ tế bào sống sẽ giúp ông tiếp tục hoàn thiện và phát triển lý thuyết của mình trong việc tạo ra các bộ phận nhân tạo phức tạp khác. Chẳng hạn như các cơ quan, bộ phận bị hủy hoại do bệnh ung thư hoặc do chấn thương nghiêm trọng.

Thay vì sử dụng các tế bào gốc để nuôi cấy thành các bộ phận như các nghiên cứu trước đây, nhóm của GS. Seifalian sử dụng tế bào tủy xương lấy từ chính bệnh nhân để làm nguyên liệu nuôi cấy và phát triển thành bộ phận nhân tạo.

Tế bào tủy xương sẽ được phát triển thành các tế bào dạng tiền tế bào gốc pluripotent stem cell (iPSCs). Các tế bào tiền tế bào gốc này có thể phát triển thành bất kỳ loại tế bào nào trong cơ thể, từ tế bào máu, đến các tế bào cơ, xương, thần kinh…

Trong khi các tế bào trưởng thành chỉ có thể nhân lên thành chính chúng chẳng hạn tế bào da thành tế bào da, cơ thành tế bào cơ, xương thành tế bào xương… thì các tế bào dạng tiền tế bào gốc pluripotent có thể phát triển thành đầy đủ các dạng này, nhờ đó cấu tạo thành một bộ phận hoàn chỉnh bao gồm cả da, xương và cơ.

Trước đây, nhiều nhà khoa học đã từng nghiên cứu về tái tạo bộ phận sinh học thay thế, trong đó phải kể tới nghiên cứu của GS. Coffey – đồng nghiệp của GS. Seifalian tại Trường ĐH London, Anh. Tuy thành công và mang lại ca phẫu thuật cấy ghép thực quản đầu tiên trên thế giới cho một bệnh nhân bị ung thư thực quản, song nghiên cứu của GS. Coffey vấp phải nhiều tranh cãi trong giới y học bởi đề tài của ông nghiên cứu dựa trên những tế bào gốc lấy từ những bào thai tạo ra từ phương pháp thụ tinh trong ống nghiệm – IVF.

Những bào thai được tạo ra ngoài mong muốn từ nghiên cứu IVF này đã được phục vụ cho việc tách lấy tế bào gốc phục vụ các nghiên cứu khác của GS. Coffey. Chỉ tới khi ứng dụng công nghệ nano, tế bào tiền tế bào gốc iPSCs vào tái tạo bộ phận sinh học của GS. Seifalian ra đời, công nghệ chế tạo bộ phận nhân tạo mới thực sự nhận được đánh giá cao từ phía cộng đồng khoa học. Công nghệ này hứa hẹn sẽ mở ra hướng đi mới cho lĩnh vực tái tạo bộ phận sinh học phục vụ y học.