Nobel Y học 2012 - Cách mạng hóa tế bào cơ thể sống

Công trình nghiên cứu này đã cách mạng hóa hiểu biết của chúng ta về cách các tế bào và các tổ chức phát triển.

GS.TS. John B. Gurdon (ảnh trái) và GS.TS. ShinyaYamanaka (ảnh phải)

GS.TS. John B. Gurdon (79 tuổi, người Anh) hiện đang giảng dạy tại Viện Gurdon ở Cambridge còn GS. Shinya Yamanaka (sinh năm 1962, người Nhật) hiện đang dạy tại Đại học Tokyo, Nhật Bản. Hai nhà khoa học này đã phát hiện ra rằng các tế bào trưởng thành có chức năng chuyên môn có thể được tái lập trình để trở thành các tế bào chưa trưởng thành có khả năng phát triển thành mọi loại mô trong cơ thể.

Từ năm 1962, John Gurdon đã phát hiện ra sự chuyên môn hóa của tế bào có thể đảo ngược. Trong thí nghiệm, ông thay thế nhân tế bào chưa trưởng thành của trứng ếch bằng nhân tế bào ruột trưởng thành. Tế bào trứng được biến đổi này đã nở thành một con nòng nọc. DNA của tế bào trưởng thành này vẫn mang tất cả các thông tin cần để phát triển mọi tế bào trong cơ thể con ếch.

Thật trùng hợp, đây cũng là năm người học trò của ông, Shinya Yamanaka ra đời để tiếp bước các công trình mang tính cách mạng của ông. 40 năm sau đó, vào năm 2006, Shinya Yamanaka đã phát hiện ra các tế bào trưởng thành còn nguyên vẹn ở chuột có thể được tái lập trình để trở thành các tế bào gốc chưa trưởng thành. Bằng cách chỉ đưa ra vài loại gen, ông có thể tái lập trình các tế bào trưởng thành để trở thành các tế bào gốc đa năng. Chẳng hạn như: các tế bào chưa trưởng thành có thể phát triển thành mọi loại tế bào trong cơ thể.

Những phát minh mang tính đột phá này đã hoàn toàn thay đổi quan niệm của chúng ta về phát triển và chuyên môn hóa tế bào. Giờ đây, chúng ta hiểu rằng tế bào trưởng thành không cần phải bị giam giữ mãi mãi ở một trạng thái chuyên biệt. Các cuốn sách giáo khoa đã có thể được viết lại và các lĩnh vực nghiên cứu mới có thể được thiết lập. Bằng cách tái lập trình tế bào ở người, các nhà khoa học tạo ra những cơ hội mới để tìm hiểu về các căn bệnh và phát triển phương pháp chẩn đoán và điều trị cho những căn bệnh này.

Từ con ếch, mở đường cho nhân bản cơ thể sống

Tất cả chúng ta đều phát triển từ các tế bào trứng được thụ tinh. Trong những ngày đầu tiên sau quá trình thụ tinh, phôi thai bao gồm các tế bào chưa trưởng thành. Mỗi tế bào này có khả năng phát triển thành mọi loại tế bào tạo thành cơ thể người lớn. Những tế bào như vậy được gọi là tế bào gốc đa năng.  

Với sự phát triển của phôi thai, những tế bào này sinh trưởng thành tế bào thần kinh, tế bào cơ, tế bào gan và mọi loại tế bào khác. Mỗi một tế bào này được chuyên môn hóa để tiến hành những nhiệm vụ đặc biệt trong cơ thể trưởng thành. Trước đây, người ta nghĩ rằng tế bào thay đổi theo một cách mà khi trưởng thành, nó không thể quay trở lại quá trình ban đầu.

Phát hiện mang tính đột phá của Gurdon ban đầu gặp phải sự hoài nghi nhưng sau đó đã được các nhà khoa học khác khẳng định. Nó đã mở đầu cho những nghiên cứu tập trung và kỹ thuật này sau đó đã được phát triển, dẫn tới sự nhân bản các loài động vật có vú. Nghiên cứu của Gurdon đã cho chúng ta thấy nhân của một tế bào chuyên biệt trưởng thành có thể trở lại trạng thái chưa trưởng thành, đa năng ban đầu.

Tuy nhiên, thí nghiệm của ông liên quan đến việc bỏ hạt nhân tế bào với các mao mạch, dẫn đến sự chuyển biến của chúng thành các tế bào khác. Liệu có thể chuyển một tế bào nguyên vẹn thành một tế bào gốc đa năng?

Tế bào trưởng thành trở lại trạng thái tế bào gốc

Shinya Yamanaka đã trả lời cho câu hỏi mang tính đột phá khoa học trên 40 năm sau đó. Công trình nghiên cứu của ông liên quan tới các tế bào gốc phôi thai, các tế bào gốc đa năng được tách ra khỏi phôi thai và nuôi cấy trong phòng thí nghiệm. Những tế bào này ban đầu được tách ra khỏi chuột bởi Martin Evans (đoạt Giải Nobel 2007) và Yamanaka cố gắng tìm ra các gen giữ chúng không trưởng thành. Khi một vài trong số những gen này đã được nhận diện, ông thử nghiệm xem liệu bất kể số nào trong chúng có thể tái lập trình tế bào trưởng thành thành tế bào gốc đa năng hay không.

Yamanaka và những đồng sự của ông đã đưa những gen này, theo các cách kết hợp khác nhau, vào các tế bào trưởng thành từ các mô nối, nguyên bào sợi và kiểm tra các kết quả dưới kính hiển vi. Cuối cùng, họ tìm ra một hỗn hợp và công thức đơn giản đến đáng kinh ngạc. Bằng cách phối hợp 4 loại gen với nhau, họ có thể tái lập trình các nguyên bào sợi thành tế bào gốc chưa trưởng thành (iPS). Kết quả là các tế bào iPS có thể phát triển thành các loại tế bào trưởng thành như nguyên bào sợi, tế bào thần kinh và tế bào mô ruột. Phát minh này ngay lập lức đã được coi như một bước tiến lớn.

Từ phát minh tới ứng dụng y học

Những phát hiện của Gurdon và Yamanaka đã chỉ ra rằng các tế bào chuyên môn có thể quay ngược đồng hồ phát triển dưới một số điều kiện nhất định. Mặc dầu bộ gen của chúng trải qua sự biến đổi trong quá trình phát triển, nhưng sự biến đổi này không phải là không thể đảo ngược được. Chúng ta đã có một cái nhìn mới về sự phát triển của các tế bào và các cơ quan tổ chức trong cơ thể người.

Nghiên cứu trong những năm gần đây chỉ ra rằng iPS có thể sinh trưởng thành mọi loại tế bào khác nhau của cơ thể. Những phát hiện này đã cung cấp những công cụ mới cho các nhà khoa học trên khắp thế giới và đưa đến những tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực y học. Các tế bào iPS cũng có thể được chuẩn bị từ các tế bào ở người. Chẳng hạn như tế bào da lấy từ các bệnh nhân một số bệnh có thể tái lập trình và thử nghiệm trong phòng thí nghiệm để quyết định xem chúng khác với các tế bào của các cá thể khỏe mạnh như thế nào. Những tế bào này tạo thành những công cụ vô giá để hiểu biết cơ chế bệnh tật và mang lại cơ hội mới để phát triển những liệu pháp y học.

thuocthang.vn

thuocbietduoc(Theo Nobelprize.org)