Cơ chế đằng sau khả năng tái tạo các bộ phận cơ thể có thể mở ra triển vọng tương tự đối với nhân loại trong tương lai không xa.
Vai trò then chốt của axit retinoic
Axolotl là loài kỳ nhông phổ biến ở Mexico và được đặt tên theo vị thần lửa Aztec, Xolotl. Chúng đang có nguy cơ bị tuyệt chủng.
Sống tới hàng chục năm trong điều kiện nuôi nhốt, Axolotl từ lâu đã trở thành “ngôi sao” trong các phòng thí nghiệm sinh học trên toàn thế giới không chỉ bởi vẻ ngoài đáng yêu, mà còn vì khả năng tái tạo chi, nội tạng và thậm chí một phần não bộ. Một con Axolotl bị thương có thể mọc lại toàn bộ chân, hoặc chỉ cần một ngón út chính xác và gọn ghẽ như một bản sao sinh học.
Khi một con Axolotl bị mất đuôi hoặc chi, nó chỉ cần ngồi yên và chờ đợi. Trong vài tuần, phần cơ thể bị đứt lìa sẽ mọc lại, hoàn chỉnh như chưa từng mất đi. Cơ chế tái tạo các bộ phận cơ thể là khả năng hiếm có và độc đáo chưa từng thấy trong thế giới động vật.
Hiện tượng này từ lâu đã làm say mê giới khoa học. Họ không ngừng đặt câu hỏi: Làm thế nào những sinh vật nhỏ bé này lại có thể làm được điều mà con người chỉ dám mơ tới? Và liệu một ngày nào đó, con người có thể học theo?
Nghiên cứu mới công bố trên tạp chí khoa học Nature Communications đã hé lộ một phần câu trả lời. Các nhà khoa học tiến thêm một bước dài trong việc giải mã cơ chế sinh học giúp Axolotl tái tạo chi bị mất, một cách chính xác đến mức “mọc lại đúng chỗ, đúng kích cỡ”.
Nhân tố chủ chốt trong quá trình này là axit retinoic, hợp chất chuyển hóa từ vitamin A và enzyme CYP26B1, có khả năng điều chỉnh mức độ retinoid ngay tại vị trí vết thương. Chính cơ chế tinh vi này giúp cơ thể kỳ nhông xác định chính xác phần nào cần được mọc lại. Bên cạnh đó, một gen khác đảm nhiệm việc điều chỉnh kích thước của phần chi mới.
GS James Monaghan, Trưởng khoa Sinh học tại Đại học Northeastern (Mỹ), tác giả của nghiên cứu, phân tích, bí mật nằm ở khả năng xử lý vết thương chính xác. Cơ thể Axolotl có thể trở lại giai đoạn đang phát triển chi giống như thời kỳ phôi thai. Với sự kết hợp của axit retinoic, enzyme CYP26B1, gen Shox sẽ được kích hoạt để tạo ra xương tay hoặc chân.
Tiềm năng “ngủ yên” ở con người
Dù các chất này đều có trong cơ thể người nhưng điểm đặc biệt nằm ở enzyme CYP26B. Nó đóng vai trò quan trọng trong việc điều tiết lượng axit retinoic tại vị trí vết thương, giảm nồng độ chất này xuống mức “vừa đủ” cho loại mô cần được tái tạo.
Chính lượng axit retinoic phù hợp đã giúp các tế bào định hình đúng phần cơ thể sẽ mọc lại như một bàn tay, một ngón tay hay một cánh tay. Tế bào không chỉ “biết” phải làm gì mà chúng còn biết bao nhiêu là đủ.
Ở người, axit retinoic là một phần không thể thiếu trong quá trình biệt hóa và phát triển tế bào. Tác động của nó lớn đến mức phụ nữ mang thai được khuyến cáo không nên dùng thuốc trị mụn có chứa retinoid để tránh ảnh hưởng đến phát triển thai nhi. Tuy nhiên, các nghiên cứu mới đây cho thấy không có bằng chứng rõ ràng về nguy cơ tăng dị tật bẩm sinh.
Điều thú vị là, thay vì tạo ra axit retinoic, enzyme CYP26B1 đóng vai trò như “người điều chỉnh” để đánh giá mức độ hiện tại và điều tiết nồng độ về đúng ngưỡng cần thiết. Theo Monaghan, đây là một phát hiện bất ngờ và cực kỳ quan trọng nếu con người muốn một ngày nào đó “bắt chước” cơ chế tái sinh của Axolotl.
Dù cùng thuộc về cây tiến hóa, đâu đó trên hành trình tiến hóa, con người cũng như các loài động vật có vú khác đã đánh mất khả năng tái tạo chi. Đó có thể là cái giá phải trả để đổi lấy cấu trúc cơ thể phức tạp và chức năng cao hơn.
Tuy nhiên, nhiều nhà khoa học tin rằng, tiềm năng đó chưa hề biến mất mà chỉ “ngủ yên”. TS Thomas Rando, Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Tế bào gốc Broad tại Đại học California, Mỹ, nhận định: “Nếu các cơ chế trên vẫn tồn tại trong bộ gen của chúng ta thì việc kích hoạt lại chúng là hoàn toàn khả thi. Nghiên cứu tìm ra cơ chế tái tạo của Axolotl sẽ mở ra hướng đi mới cho lĩnh vực y học tái tạo”.
Theo ông Rando, ngay cả nghiên cứu hiện tại về tế bào gốc ở người cũng có thể hưởng lợi từ việc quan sát cách Axolotl hoạt động. “Ở động vật có vú, chúng ta dựa vào từng nhóm tế bào gốc riêng biệt: Tế bào gốc da tạo ra da, tế bào gốc cơ tạo ra cơ… Nhưng điều chưa ai giải mã được là làm thế nào để các tế bào này phối hợp và tái tạo nhiều loại mô cùng lúc. Đây là điều bắt buộc để mọc lại một chi hoàn chỉnh”, ông giải thích.
Nếu con người có thể học được cách để buộc tế bào bắt chước sự phối hợp hoàn hảo này, chúng ta có thể đạt đến bước đột phá trong phục hồi cơ thể sau tổn thương nghiêm trọng. Với Monaghan, hy vọng ấy không còn là viển vông.
“Chúng ta đều có cùng một bộ gen cần thiết. Sự khác biệt duy nhất nằm ở việc chúng ta có chạm đến chúng hay không”, ông nói.
