Nghiên cứu này hứa hẹn mở ra cánh cửa cho các phương pháp điều trị mới.
Thành tựu quan trọng
Một dạng bệnh thần kinh vận động phổ biến là xơ cứng teo cơ một bên (Amyotrophic lateral sclerosis - ALS), thường đi cùng với bệnh sa sút trí tuệ phía trước (Frontotemporeal Demential - FTD) và có thể ảnh hưởng đến những người trẻ hơn, chủ yếu xảy ra sau 40 - 45 tuổi. Những căn bệnh này gây ra các triệu chứng tàn phá đối với cơ cùng với những thay đổi về trí nhớ, hành vi và tính cách.
Việc có thể phát triển các mô hình giống những cơ quan nhỏ (gọi là organoid) của não cho phép các nhà nghiên cứu hiểu những gì xảy ra ở giai đoạn sớm nhất của bệnh ALS/FTD rất lâu trước khi các triệu chứng bắt đầu xuất hiện để chọn lựa các loại thuốc tiềm năng.
Nói chung, các cơ quan nhỏ này đang được sử dụng ngày càng nhiều để làm mô hình sinh học và bệnh tật của con người. Riêng tại Đại học Cambridge, các nhà nghiên cứu sử dụng chúng để sửa chữa các lá gan bị hư hỏng, nghiên cứu nhiễm SARS-CoV-2 ở phổi và mô hình hóa các giai đoạn đầu của thai kỳ cùng nhiều các lĩnh vực nghiên cứu khác.
Thông thường, các nhà nghiên cứu lấy tế bào từ da của bệnh nhân và tái lập trình trở lại giai đoạn tế bào gốc của chúng. Đây là giai đoạn phát triển rất sớm mà tại đó chúng có tiềm năng phát triển thành hầu hết các loại tế bào. Sau đó, chúng có thể được nuôi cấy dưới dạng các cụm 3D mô phỏng các yếu tố cụ thể của một cơ quan trong cơ thể.
Do nhiều loại bệnh bắt nguồn một phần từ những khiếm khuyết trong DNA nên kỹ thuật này cho phép các nhà nghiên cứu xem xét những thay đổi tế bào dẫn đến bệnh tật.
Các nhà khoa học tại Trung tâm điều trị não John van Geest, thuộc Đại học Cambridge đã sử dụng các tế bào gốc lấy từ những bệnh nhân mắc bệnh ALS/FTD để phát triển các “bộ não nhỏ”.
Mặc dù đây không phải là lần đầu tiên họ phát triển “bộ não nhỏ” từ những bệnh nhân mắc bệnh thoái hóa thần kinh nhưng hầu hết các nỗ lực trước đây chỉ có thể phát triển trong một thời gian tương đối ngắn và đại diện cho một loạt các rối loạn liên quan đến sa sút trí tuệ.
Trong phát hiện mới được công bố trên tạp chí Nature Neuroscience, nhóm Cambridge báo cáo việc phát triển các mô hình này trong 240 ngày từ các tế bào gốc chứa đột biến di truyền phổ biến nhất trong ALS/FTD. Đây là điều chưa từng xảy ra và trong nghiên cứu chưa được công bố, nhóm đã phát triển chúng trong 340 ngày.
Tiến sĩ Andras Lakatos là tác giả cao cấp dẫn đầu nghiên cứu tại Khoa Khoa học Thần kinh Lâm sàng của ĐH Cambridge. Ông cho biết bệnh thoái hóa thần kinh là những rối loạn rất phức tạp có thể ảnh hưởng đến nhiều loại tế bào và cách các tế bào này tương tác vào những thời điểm khác nhau khi bệnh tiến triển.
Tạo ra những “bộ não nhỏ” sẽ phát hiện bệnh từ rất sớm để tìm cách điều trị.
Phát hiện bệnh từ giai đoạn đầu
Tuy các cơ quan nhỏ thường được phát triển dưới dạng quả bóng của tế bào nhưng tác giả Korrnelia Szebenyi đã tạo ra các mẫu cấy lát có nguồn tốc từ tế bào bệnh nhân trong phòng thí nghiệm của Tiến sĩ Lakatos. Kỹ thuật này đảm bảo hầu hết các tế bào trong mô hình có thể nhận được chất dinh dưỡng cần thiết để duy trì sự sống.
Tiến sĩ Szebenyi cho biết, khi các tế bào tụ lại trong các hình cầu lớn hơn, những tế bào ở lõi có thể không nhận đủ dinh dưỡng. Điều này có thể giải thích tại sao những nỗ lực trước đây nhằm phát triển các chất hữu cơ lâu dài từ tế bào của bệnh nhân gặp nhiều khó khăn.
Sử dụng cách mới, Tiến sĩ Szebenyi và các đồng nghiệp đã quan sát thấy những thay đổi trong tế bào của các organoid ở giai đoạn rất sớm. Những thay đổi này ảnh hưởng đến các tế bào thần kinh và tế bào não khác được gọi là astroglia vốn có chức năng điều phối chuyển động cơ và khả năng trí óc.
Tiến sĩ Lakatos cho biết, mặc dù những xáo trộn ban đầu này rất tinh tế nhưng nó gây ngạc nhiên về những thay đổi ban đầu xảy ra trong mô hình bệnh ALS/FTD của con người.
Nghiên cứu này và các nghiên cứu khác gần đây cho thấy tổn thương có thể bắt đầu tích lũy ngay khi chúng ta được sinh ra. Các nhà khoa học sẽ cần tìm hiểu thêm để biết liệu đây có phải là trường hợp thực tế hay không hay quá trình này có xuất hiện ở các organoid nhờ các điều kiện trong phòng thí nghiệm.
Ngoài việc giúp hiểu thêm về sự phát triển của bệnh, các organoid có thể là một công cụ mạnh mẽ để sàng lọc những loại thuốc tiềm năng có thể ngăn ngừa hoặc làm chậm sự tiến triển của bệnh.
Đây là một lợi thế quan trọng của organoid vì các mô hình động vật thường không cho thấy những thay đổi liên quan đến bệnh điển hình và việc lấy mẫu não người cho nghiên cứu này không khả thi.
