Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Bằng cách nuôi cấy tế bào gốc của chuột trong một loại gel đặc biệt, một nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc phát triển các cấu trúc tương tự như các bộ phận của phôi thai. Các cấu trúc giống như thân cây phát triển tiền thân cho các mô thần kinh, xương, sụn và cơ từ các khối tế bào trong vòng năm ngày. Điều này có thể cho phép điều tra tác động của các tác nhân dược lý hiệu quả hơn trong tương lai – và trên quy mô không thể thực hiện được ở các cơ thể sống.
Bằng cách nuôi cấy tế bào gốc của chuột trong một loại gel đặc biệt, một nhóm nghiên cứu ở Berlin đã thành công trong việc phát triển các cấu trúc tương tự như các bộ phận của phôi thai. Các cấu trúc giống như thân cây phát triển tiền thân cho các mô thần kinh, xương, sụn và cơ từ các khối tế bào trong vòng năm ngày. Điều này có thể cho phép điều tra tác động của các tác nhân dược lý hiệu quả hơn trong tương lai – và trên quy mô không thể thực hiện được ở các cơ thể sống. Kết quả đã được công bố trên tạp chí Science .
Nó chắc chắn sẽ giúp các bà mẹ đỡ vất vả khi mang thai, nhưng động vật có vú không phát triển trong trứng. Theo một cách nào đó, điều này cũng không thực tế đối với khoa học. Trong khi phôi của cá, động vật lưỡng cư hoặc chim có thể dễ dàng theo dõi đang phát triển, thì quá trình phát triển của động vật có vú tránh ánh nhìn của người quan sát ngay khi phôi làm tổ vào tử cung. Đây chính xác là thời điểm phôi thai trải qua những thay đổi sâu sắc về hình dạng và phát triển tiền thân của các cơ quan khác nhau – một quá trình rất phức tạp để lại nhiều câu hỏi chưa được giải đáp.
Nhưng giờ đây, một nhóm nghiên cứu tại Viện Di truyền Phân tử Max Planck (MPIMG) ở Berlin đã thành công trong việc tái tạo giai đoạn trung tâm của quá trình phát triển phôi trong phương pháp nuôi cấy tế bào bằng cách lần đầu tiên phát triển phần lõi của thân cây từ tế bào gốc phôi chuột. Phương pháp này tóm tắt lại các quá trình tạo hình dạng ban đầu của quá trình phát triển phôi trong đĩa Petri.
Các cấu trúc này có kích thước gần một milimet và sở hữu một ống thần kinh mà từ đó tủy sống sẽ phát triển. Hơn nữa, chúng còn có các xương so, là tiền chất của khung xương, sụn và cơ. Một số cấu trúc thậm chí còn phát triển tiền thân của các cơ quan nội tạng như ruột. Sau khoảng năm ngày, sự phát triển song song với sự phát triển bình thường kết thúc.
Bernhard G. Herrmann, Giám đốc MPIMG và là người đứng đầu Viện Di truyền Y học tại Charité – Universitätsmedizin Berlin, cho biết: “Mô hình phát triển phôi thai này bắt đầu một kỷ nguyên mới. “Điều này cho phép chúng tôi quan sát quá trình phát sinh phôi của chuột một cách trực tiếp, liên tục và với số lượng lớn các mẫu song song – điều này không thể thực hiện được ở động vật.”
Việc phân lập phôi sớm khỏi ống hoặc tử cung được coi là khá dễ dàng và nuôi cấy chúng trong đĩa Petri, miễn là chúng vẫn tự do di chuyển. Nhưng một khi phôi đã làm tổ trong nội mạc tử cung, việc phân lập trở nên vô cùng khó khăn.
Alexander Meissner, người giống Herrmann là Giám đốc MPIMG và đã cùng giám sát nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science cho biết: “Chúng tôi có thể thu được kết quả chi tiết hơn nhanh chóng hơn và không cần nghiên cứu động vật. “Trong số các quá trình phức tạp hơn như hình thành hình thái, chúng tôi thường chỉ nhận được ảnh chụp nhanh – nhưng điều này thay đổi theo mô hình của chúng tôi.”
Gel cung cấp hỗ trợ và định hướng không gian
Cho đến nay, người ta chỉ có thể phát triển các cụm tế bào từ các tế bào gốc phôi, được gọi là gastruloid. Jesse Veenvliet, một trong hai tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Các tổ hợp tế bào trong gastruloids phát triển đến mức độ tương tự như trong cấu trúc giống thân cây của chúng ta, nhưng chúng không mang hình dạng điển hình của phôi thai”, Jesse Veenvliet, một trong hai tác giả chính của nghiên cứu cho biết. “Các cụm tế bào thiếu các tín hiệu kích hoạt tổ chức của chúng thành một sự sắp xếp có ý nghĩa.”
Trong nuôi cấy tế bào, tín hiệu bắt buộc được tạo ra bởi một loại gel đặc biệt bắt chước các đặc tính của chất nền ngoại bào. Chất giống như thạch này bao gồm một hỗn hợp phức tạp của các phân tử protein kéo dài được tiết ra bởi các tế bào và được tìm thấy khắp cơ thể như một vật liệu làm đầy đàn hồi, đặc biệt là trong các mô liên kết. Việc sử dụng gel này là “thủ thuật” quan trọng của phương pháp mới.
Veenvliet cho biết: “Gel hỗ trợ các tế bào được nuôi cấy và định hướng chúng trong không gian; ví dụ như chúng có thể phân biệt bên trong với bên ngoài. Nó cũng ngăn không cho các phân tử tiết ra như fibronectin protein nền không bị rò rỉ vào môi trường nuôi cấy tế bào. “Các tế bào có thể thiết lập giao tiếp tốt hơn, dẫn đến khả năng tự tổ chức tốt hơn.”
Tế bào có đặc tính tương tự như trong phôi
Sau bốn đến năm ngày, nhóm nghiên cứu đã phân giải các cấu trúc thành các tế bào đơn lẻ và phân tích chúng riêng lẻ. Adriano Bolondi, tác giả chính của bài báo cho biết: “Mặc dù không phải tất cả các loại tế bào đều có mặt trong cấu trúc giống thân cây, nhưng chúng rất giống với phôi thai cùng tuổi. Cùng với nhà thông tin sinh học Helene Kretzmer, Bolondi và Veenvliet đã so sánh hoạt động di truyền của các cấu trúc với phôi chuột thực tế. Bolondi cho biết: “Chúng tôi nhận thấy rằng tất cả các gen đánh dấu thiết yếu đều được kích hoạt vào đúng thời điểm ở đúng vị trí trong phôi, chỉ có một số lượng nhỏ gen nằm ngoài dòng”.
Các nhà nghiên cứu đã đưa một đột biến với các tác động phát triển đã biết vào mô hình của họ và có thể tạo lại kết quả từ phôi “thật”, xác nhận thêm mô hình của họ. Họ cũng cung cấp các ví dụ về thao tác quá trình phát triển với các tác nhân hóa học.
Nguồn truyện:
Vật liệu do Max-Planck-Gesellschaft cung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.
Tham khảo Tạp chí :