Phát hiện hóa chất trong thuốc trị mụn có thể giúp con người mọc lại chân tay như loài kỳ nhông

Axolotl: Từ sinh vật lưỡng cư kỳ lạ đến biểu tượng tái sinh sinh học

Axolotl (Ambystoma mexicanum) là một loài lưỡng cư bản địa của các hồ nước ngọt tại vùng Mexico, được biết đến với hình thái giữ nguyên các đặc điểm ấu trùng suốt đời (neoteny).

Nhưng đặc điểm khiến chúng được nghiên cứu rộng rãi không phải là ngoại hình, mà là năng lực sinh học đặc biệt: khi một chi của axolotl bị mất, nó có thể mọc lại hoàn toàn. Mô mới được hình thành không chỉ dừng lại ở lớp da hay cơ, mà bao gồm toàn bộ cấu trúc chi phức tạp như xương, khớp, dây thần kinh, mạch máu.

Quá trình này không diễn ra chớp nhoáng, mà kéo dài trong nhiều tuần, nhưng kết quả cuối cùng là một chi mới với hình thái không thể phân biệt với chi gốc. Đối với con người, vốn không sở hữu khả năng tái tạo này hiện tượng ấy từ lâu được xem như một "phép màu sinh học".

Tuy nhiên, theo các nhà nghiên cứu, phép màu đó thực chất là kết quả của một hệ thống phân tử được tổ chức chặt chẽ, với những nguyên tắc sinh học rõ ràng.

GPS phân tử: Vai trò trung tâm của axit retinoic trong tái tạo chi

Trong nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature Communications , nhóm của giáo sư James Monaghan tại Đại học Northeastern đã tập trung vào một phân tử quen thuộc nhưng thường bị đánh giá thấp trong quá trình phát triển và tái tạo: axit retinoic, một dẫn xuất của vitamin A, vốn thường được biết đến trong điều trị mụn trứng cá hay ứng dụng trong các sản phẩm chăm sóc da.

Các kết quả cho thấy axit retinoic không chỉ đóng vai trò hỗ trợ phát triển phôi thai như đã biết, mà còn hoạt động như một hệ thống định vị không gian nội tại (GPS sinh học) chỉ dẫn cho tế bào biết chính xác vị trí của chúng trong chi đang tái tạo.

Nồng độ axit retinoic phân bố theo trục dọc của chi, với mức cao hơn ở gần gốc chi (giống vai) và thấp dần về phía đầu chi (giống bàn tay). Sự chênh lệch nồng độ này cung cấp "tọa độ sinh học", giúp tế bào biết cần xây dựng cấu trúc gì (khớp vai, khuỷu tay, cổ tay hay ngón tay) tại vị trí đang tồn tại.

Để tạo ra gradient này, enzyme CYP26B1 đóng vai trò thiết yếu. Enzyme này phân hủy axit retinoic và qua đó điều chỉnh sự phân bố của nó trong mô tái tạo.

Khi nhóm nghiên cứu ức chế hoạt động của CYP26B1, quá trình tái tạo bị rối loạn: các chi mới phát triển sai vị trí, xuất hiện những đoạn xương dư thừa, mô bị lặp lại bất thường, dấu hiệu rõ ràng cho thấy hệ thống định vị không còn hoạt động chính xác.

Ở cấp độ gen, sự rối loạn này đi kèm với các bất thường trong biểu hiện của những gen quan trọng như Meis1 và Shox , hai gen được biết có vai trò thiết yếu trong việc xác định hình thái bộ xương trong quá trình phát triển chi.

Đáng chú ý, khi nhóm nghiên cứu sử dụng CRISPR để loại bỏ gen Shox , axolotl vẫn có thể mọc lại chi, nhưng phần chi giữa (tương đương với cánh tay và cẳng tay ở người) bị ngắn, trong khi bàn tay vẫn phát triển bình thường.

Điều này cho thấy Shox đóng vai trò cụ thể trong việc hình thành stylopod (chi trên) và zeugopod (cẳng tay), còn autopod (bàn tay và ngón tay) thì không phụ thuộc vào gen này.

Từ axolotl đến con người: Cơ chế cổ xưa vẫn còn tồn tại?

Một điểm thú vị và đáng chú ý là Shox , gen tương ứng ở người, khi đột biến cũng dẫn đến các hội chứng rối loạn phát triển chi như lùn tứ chi hay bất thường khớp, điều này cho thấy giữa axolotl và người tồn tại sự bảo tồn về mặt di truyền trong các chương trình phát triển chi. Do đó, câu hỏi đặt ra là: Liệu con người có thể tái khởi động chương trình tái tạo này không?

Theo giáo sư Monaghan, sự khác biệt giữa axolotl và người không nằm ở việc loài vật này sở hữu các gen "ma thuật" đặc biệt.

Thực tế, con người có đầy đủ bộ gen tương tự. Vấn đề nằm ở phản ứng của tế bào trước tín hiệu. Ở axolotl, khi có tổn thương chi, tế bào đáp ứng với tín hiệu axit retinoic bằng cách bật lại chương trình phát triển phôi thai. Trong khi đó, ở người trưởng thành, cùng loại tín hiệu lại dẫn tới phản ứng hình thành mô sẹo, không tái sinh mà là bảo vệ.

Monaghan khẳng định: "Nếu chúng ta có thể khiến các nguyên bào sợi, tế bào mô liên kết, lắng nghe những tín hiệu tái tạo này, thì phần còn lại có thể sẽ xảy ra tự nhiên". Câu nói ấy đặt nền tảng cho một nhánh nghiên cứu đầy hứa hẹn: đánh thức chương trình tái tạo tiềm ẩn trong cơ thể con người thông qua điều chỉnh tín hiệu sinh học, thay vì thay đổi di truyền sâu rộng.

Dù việc mọc lại tay chân ở người vẫn còn xa vời, nghiên cứu của Monaghan và các đồng sự đã tạo ra một bước tiến nền tảng: khẳng định rằng sự tái sinh không nhất thiết phải là một hiện tượng siêu nhiên hay quá xa lạ.

Nó có thể chỉ là kết quả của việc điều chỉnh nồng độ một phân tử cụ thể, trong một thời điểm và không gian phù hợp.

Trên thế giới, nhiều nhóm nghiên cứu đang tham gia vào cuộc đua khám phá các yếu tố ảnh hưởng đến tái tạo chi.

Nhóm của nhà khoa học McCusker đang nghiên cứu cách các chi phân biệt mặt trên và mặt dưới, yếu tố quan trọng để đảm bảo tính đối xứng. Trong khi đó, một nhóm khác tại Áo đang lập bản đồ các vòng phản hồi phân tử giúp tế bào "ghi nhớ" những gì đã từng tồn tại, qua đó tạo tiền đề cho việc phục hồi cấu trúc bị mất.

Dù còn nhiều câu hỏi bỏ ngỏ như tại sao quá trình tiến hóa lại khiến con người mất đi năng lực tái tạo vốn từng tồn tại, hoặc làm thế nào để tái khởi động các chương trình phôi thai một cách an toàn, nhưng rõ ràng, hướng đi đã được xác lập. Tái tạo chi ở người không còn là viễn tưởng bất khả thi, mà là mục tiêu có cơ sở khoa học rõ ràng.