Các nhà khoa học phát triển thành công phổi "mini"

Phổi là cơ quan đóng vai trò quan trọng, giúp cơ thể duy trì sự sống. Phổi hoạt động bắt đầu từ lúc chúng ta sinh ra cho đến lúc chết đi. Do vậy, sự hoạt động của bộ máy này gắn liền với sức khỏe của chúng ta. Tuy nhiên, không phải ai cũng có hai lá phổi khỏe mạnh. Cùng với lối sống và các tác nhân khác trong cuộc sống, khiến chúng ta càng mắc nhiều bệnh về phổi hơn. Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm nghiên cứu tế bào gốc và Y học tái sinh Eli và Edythe Broad, Đại học UCLA, Mỹ, đã tạo ra phổi "mini". Với mục đích nghiên cứu và đưa ra các liệu pháp phù hợp để điều trị các bệnh về phổi bao gồm cả xơ phổi vô căn.

HÌnh ảnh phổi của con người. Ảnh minh họa: Science Photo Library - PIXOLOGICSTUDIO Brand X Pictures Getty Images

Các nhà nghiên cứu đã phủ các hạt gel nhỏ bởi các tế bào gốc có nguồn gốc từ phổi và sau đó cho phép chúng tự lắp ghép thành các hình dạng của các túi khí trong phổi của con người, họ đã thành công trong việc tạo ra phổi "mini" (organoid) ba chiều (chưa phải cơ quan hoàn chỉnh). Các mô giống phổi phát triển trong phòng thí nghiệm có thể được sử dụng để nghiên cứu các bệnh.

Hình ảnh cắt ngang nhuộm màu của phổi bình thường và bị xơ phổi vô căn dưới kính hiển vi. Ảnh: Frontiersin

Mặc dù các nhà khoa học chưa xây dựng được một lá phổi đầy đủ chức năng. Nhưng họ có thể lấy các tế bào phổi và đặt chúng trong khoảng cách hình học chính xác và mô hình để bắt chước phổi người, để nghiên cứu các bệnh như xơ phổi vô căn. Xơ phổi vô căn là một bệnh phổi mãn tính đặc trưng bởi sẹo (xơ hóa) ở phổi. Các sẹo làm cho phổi dày và cứng, người bênh càng ngày khó thở, thiếu oxy lên não và các cơ quan quan trọng. Sau khi chẩn đoán, hầu hết những người bị bệnh sống khoảng 3 – 5 năm. Xơ phổi vô căn có thể do nhiễm virus, một tỷ lệ phần trăm nhỏ do di truyền, hút thuốc lá và tiếp xúc một số loại bụi có thể làm tăng nguy cơ phát triển bệnh…

Trước đây, các nhà khoa học nghiên cứu ảnh hưởng của các đột biến gen hoặc thuốc trên các tế bào ung thư phổi dựa trên nuôi cấy tế bào hai chiều. Tuy nhiên, khi họ lấy tế bào của người bị xơ phổi vô căn và nhân rộng trong môi trường nuôi cấy phẳng các tế bào có vẻ khỏe mạnh. Việc không hình thành các sẹo (xơ hóa) – một đặc điểm quan trọng của bệnh - ở các tế bào xơ hóa phổi vô căn trong phòng thí nghiệm khiến quá trình nghiên cứu sinh học và thiết kế phương pháp điều trị bệnh trở nên khó khăn.

Mặt cắt ngang của mô phổi dưới kính hiển vi. Ảnh: UCLA Broad Stem Cell Research Center

Brigitte Gomperts và các đồng nghiệp của cô bắt đầu với các tế bào gốc được tạo ra sử dụng các tề bào từ phổi người lớn. Họ đã sử dụng các tế bào đó để dính bọc các hạt hydrogel, và sau đó phân chia những hạt này vào trong các giếng nhỏ. Bên trong mỗi giếng, các tế bào phổi phát triển xung quanh các hạt, liên kết chúng và hình thành một mô hình ba chiều phân bố đều. Để chứng minh rằng những organoid nhỏ bắt chước cấu trúc phổi thực tế, các nhà nghiên cứu đã so sánh các mô phát triển trong phòng thí nghiệm với các bộ phận thực của cấu trúc phổi con người.

Hình ảnh nghiên cứu trước đó về phổi 3-D của các nhà nghiên cứu tại Đại học Michigan, Mỹ. Ảnh bên trái là organoid được tạo ra từ các tế bào gốc đa năng, hình giữa mặt cắt ngang của một organoid dưới kính hiển vi, hình bên phải là mặt cắt ngang của phổi người trưởng thành. Ảnh: University of Michigan Health System

Kỹ thuật này rất đơn giản, và có thể tạo hàng ngàn organoid tương tự như phổi và chứa các tế bào của bệnh nhân cụ thể. Hơn nữa khi các nhà nghiên cứu thêm một số yếu tố phân tử nào đó tới môi trường nuôi cấy 3-D, các organoid này phát triển những vết sẹo tương tự như những gì nhìn thấy trong xơ phổi vô căn, những điều không thể thực hiện được bằng nuôi cấy hai chiều của các tế bào này.

Sử dụng các phổi organoid mới, các nhà nghiên cứu có thể nghiên cứu các nền tảng sinh học của các bệnh phổi bao gồm cả xơ phổi vô căn, và đồng thời thử nghiệm phương pháp điều trị có thể thực hiện được cho người bệnh. Để nghiên cứu bệnh của một cá nhân hay những loại thuốc gì có thể hoạt động tốt nhất trong trường hợp này, các bác sĩ có thể thu nhận các tế bào từ con người, biến chúng thành các tế bào gốc, biến các tế bào gốc biệt hóa thành các tế bào phổi, sau đó sử dụng những tế bào này trong nuôi cấy 3-D. Bởi vì nó rất dễ dàng để tạo ra nhiều organoid nhỏ cùng một lúc, các nhà nghiên cứu có thể sàng lọc các tác dụng của nhiều loại thuốc. "Đây là cơ sở cho y học chính xác và y học cá thể hóa." – Brigitte Gomperts , người đứng đầu của nghiên cứu cho biết.

Tham khảo: Sciencedaily