Lần đầu tiên mô hình bào thai người được tạo nên từ tế bào da

Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Jose Polo đứng đầu đã thành công trong việc thiết kế lại các nguyên bào sợi và tế bào da thành một cấu trúc tế bào 3 chiều, sở hữu hình thái và phân tử tương đồng với phôi bào của người. Mang tên iBlastoids, cấu trúc này có thể được sử dụng để mô hình hóa các tính chất sinh học của phôi người trong phòng thí nghiệm.

Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Nature, do Giáo sư Polo đến từ Viện Khám phá Y sinh của Đại học Monash và Viện Y học Tái tạo Australia và bao gồm các tác giả chính là Tiến sĩ Xiaodong (Ethan) Liu và nghiên cứu sinh Tiến sĩ Jia Ping Tan, cũng như các nhóm Cộng tác viên người Úc - Tiến sĩ Jennifer Zenker, từ Đại học Monash và Giáo sư Ryan Lister từ Đại học Tây Úc, cùng với các cộng tác viên quốc tế, Phó Giáo sư Owen Rackham từ Đại học Duke - Đại học Quốc gia Singapore và Giáo sư Amander Clark từ UCLA tại Hoa Kỳ.

Thành tựu này là một bước đột phá đáng kể cho các nghiên cứu trong tương lai về sự phát của con người khi còn là bào thai và nghiên cứu vô sinh. Cho đến nay, cách duy nhất để nghiên cứu những ngày đầu đời của bào thai là sử dụng quy trình thụ tinh ống nghiệm để thu được một vài phôi nang khan hiếm.

Từ trái qua phải: Tiến sĩ Jia Ping Tan, Giáo sư Jose Polo, Tiến sĩ Xiaodong (Ethan) Liu

“iBlastoids sẽ cho phép các nhà khoa học nghiên cứu những giai đoạn rất sớm trong quá trình phát triển của con người và một số nguyên nhân gây vô sinh, các bệnh bẩm sinh và tác động của độc tố và vi rút lên phôi thai mà không cần sử dụng phôi nang người và quan trọng là ở quy mô chưa từng có. Điều này sẽ giúp chúng tôi có thêm nhiều kiến thức mới và có cơ hội phát triển các liệu pháp mới”, Giáo sư Polo chia sẻ.

Phòng thí nghiệm Polo đã thành công trong việc tạo ra iBlastoids bằng cách sử dụng một kỹ thuật gọi là "tái lập trình hạt nhân", cho phép thay đổi nhận dạng tế bào của các tế bào da người. Khi được đặt trong một giàn giáo 3D dạng thạch được gọi là ma trận ngoại bào, những tế bào da người được tổ chức thành một cấu trúc giống phôi bào, được đặt tên là iBlastoids.

iBlastoids mô hình hóa phôi nang người một cách tổng thể về mặt di truyền và kiến ​​trúc, bên trong bao gồm một cấu trúc giống như khối tế bào, được tạo thành từ các tế bào giống như lá phôi ngoài và được bao quanh bởi một lớp bên ngoài của các tế bào giống ngoại bì lá nuôi cùng một khoảng trống giống như phôi bào.

Trong phôi người, lá phôi ngoài tiếp tục phát triển thành phôi thai hoàn chỉnh, trong khi ngoại bì lá nuôi trở thành nhau thai. Tuy nhiên, "iBlastoids không hoàn toàn giống với phôi nang. Ví dụ, phôi bào ban đầu được bao bọc trong lớp màng pellucida, một màng có nguồn gốc từ trứng tương tác với tinh trùng trong quá trình thụ tinh và sau đó biến mất. Vì iBlastoids có nguồn gốc từ nguyên bào sợi trưởng thành, chúng không có lớp màng này” ông nói.

Hình ảnh cấu trúc iBlastoids

Tác giả chính của bài báo Nature, Tiến sĩ Xiaodong (Ethan) Liu, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm Polo, cho biết: “Chỉ khi tất cả dữ liệu tập hợp lại và chỉ về cùng một nơi, chúng tôi mới có thể tin rằng mình đã khám phá ra một thứ như vậy."

Đồng tác giả chính kiêm nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Polo Lab, Jia Ping Tan, nói thêm: “Chúng tôi thực sự ngạc nhiên rằng các tế bào da có thể được tái cấu trúc thành các cấu trúc tế bào 3D giống như phôi bào”.

Nghiên cứu được xuất bản khi Hiệp hội Nghiên cứu Tế bào Gốc quốc tế sắp công bố hướng dẫn nghiên cứu về mô hình phôi thai người trong ống nghiệm, sau các báo cáo năm 2017 và 2018 về việc tạo ra các "blastoid" chuột trong ống nghiệm của các nhà khoa học Vương quốc Anh và Hà Lan, cũng như những tiến bộ trong việc tái tạo tế bào gốc của con người với các đặc điểm tương đồng với sự phát triển phôi thai. Những hướng dẫn này dự kiến ​​sẽ được áp dụng trong nửa đầu năm nay.

Chưa thể chắc chắn rằng liệu các hướng dẫn mới có tham chiếu đến nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature hay không, bởi đây là nghiên cứu đầu tiên tạo ra một mô hình tế bào gốc tích hợp gần giống với sự phát triển và mô phỏng lại các quyết định quan trọng về không gian-thời gian của phôi thai người. Tuy nhiên, trong một bài báo đăng trên báo cáo tế bào gốc vào tháng 2 năm 2020, hiệp hội cho biết: “Nếu các mô hình như vậy có thể được phát triển cho phôi thai người giai đoạn đầu, chúng sẽ đem lại những lợi ích tiềm năng to lớn đối với kiến thức về sự phát triển sớm của con người, đối với khoa học y sinh và việc giảm việc sử dụng động vật và phôi người trong nghiên cứu. Tuy nhiên, các hướng dẫn về hành vi đạo đức của công việc này hiện nay vẫn chưa được xác định rõ ràng”.

Mặc dù chưa có tiền lệ luật pháp nào liên quan đến việc làm việc với các mô hình phôi nang tích hợp tế bào gốc của con người, chẳng hạn như iBlastoids, tất cả các thí nghiệm đã được Hội đồng đạo đức của Đại học Monash phê duyệt, đảm bảo tuân thủ luật pháp Úc và các hướng dẫn quốc tế đề cập đến "quy tắc nguyên thủy", tuyên bố rằng phôi nang con người không thể được nuôi cấy ngoài sự phát triển của dải nguyên thủy, một cấu trúc tạm thời xuất hiện ở ngày thứ 14 trong quá trình phát triển phôi.

Theo các khuyến nghị lập pháp này, mặc dù iBlastoids khác với phôi nang, Phòng thí nghiệm Polo đã không tiếp tục nuôi cấy iBlastoids sau ngày 11 trong ống nghiệm và chúng được theo dõi chặt chẽ về sự xuất hiện của các gen liên quan đến dải nguyên thủy.

Nguyên nhân của vô sinh và sẩy thai có thể do phôi người giai đoạn đầu không thể làm tổ hoặc không tiếp tục phát triển tại thời điểm làm tổ. Điều này diễn ra trong 2 tuần đầu tiên sau khi thụ thai, khi phụ nữ thậm chí còn không biết mình đang mang thai. Những ca sẩy thai "thầm lặng" này có khả năng chiếm một tỷ lệ đáng kể trong tổng số các ca sẩy thai xảy ra. Theo GS Polo, việc tạo ra iBlastoids cung cấp một hệ thống mô hình giúp hiểu rõ hơn về giai đoạn đầu của thai kỳ.

GS Ross Coppel, Phó Trưởng khoa Nghiên cứu của Khoa Y tại Đại học Monash, lưu ý rằng khám phá này sẽ phát triển các phương pháp cải tiến cho thụ tinh ống nghiệm, phát triển các quy trình cho liệu pháp gen của phôi và các phương pháp sàng lọc tốt hơn, nhiều thông tin hơn cho các loại thuốc mới. Ông nói: “Với những nghiên cứu sâu hơn và các nguồn lực phù hợp, khám phá này có thể mở ra những ngành công nghiệp hoàn toàn mới cho Australia và cả thế giới”.