​Từ viễn cảnh đến hiện thực

Chi giả của chuột được tạo ra trong phòng thí nghiệm. Ảnh:Ott Laboratory

Hình ảnh trên chỉ đơn thuần là chi trước của loài chuột, nhưng thật ra đó là một bước tiến lớn của y - sinh học: chi trước của chuột này được nuôi cấy từ các tế bào sống trong ống nghiệm. “Chúng tôi đang tập trung vào phần cẳng tay và bàn tay, dùng thí nghiệm này như hệ thống mẫu. Công nghệ này có thể áp dụng được cả ở chân, bàn tay và các trường hợp đặc biệt khác” - bác sĩ Harry Ott của Bệnh viện Đa khoa Massachusetts (Boston, Mỹ), người làm thí nghiệm cấy chi, đánh giá.

“Viễn cảnh khoa học này đang dần thành hiện thực - Daniel Weiss ở Trường dược thuộc ĐH Vermont (Burlington) bình luận - Đó là bước tiến vô cùng thú vị, nhưng thách thức sẽ là tạo ra chi vận động được”. Rất nhiều người cụt hiện được lắp chân, tay giả nhưng vẫn chưa thể hoạt động như chân tay thông thường, trong khi chân tay sinh học thay thế trông không tự nhiên.

Việc ghép tay đến giờ đã được tiến hành, nhưng người ghép sẽ phải uống thuốc cả đời để tránh trường hợp cơ thể đào thải bàn tay mới ghép.

Cách tiếp cận mới

Các chi y sinh mới được tạo ra từ tế bào sống có thể vượt qua những trở ngại này do lấy tế bào trực tiếp từ người tiếp nhận. Nhờ vậy, người tiếp nhận sẽ không cần phải uống thuốc để áp chế hệ miễn dịch của mình, bàn tay mới cũng có bề ngoài và hoạt động tự nhiên hơn.

“Đây là nỗ lực đầu tiên để tạo ra chi sinh học” - bác sĩ Ott nói. Công nghệ tạo chi trước của chuột này - gọi là “decel/recel” (bóc mô/tạo mô) - từng được dùng để tạo ra các bộ phận như tim, phổi và thận trong phòng thí nghiệm. Các bộ phận đơn giản khác như thanh quản và khí quản đã được tạo ra trong phòng thí nghiệm và cấy vào cơ thể người với những mức độ thành công khác nhau.

Bước đầu tiên sẽ là bóc mô tế bào (decel - decellularisation), các bộ phận từ những người hiến tặng đã chết sẽ được xử lý bằng hóa chất để bóc đi các lớp mô mềm, chỉ giữ lại phần “khung” của bộ phận, vốn được cấu thành chủ yếu bởi các tế bào collagen. Cách này giúp giữ toàn bộ phần cấu trúc phức tạp của bộ phận ban đầu.

Quá trình tạo mô tiếp theo (recel): phần thịt của bộ phận sẽ được tái tạo bằng cách cấy vào các cấu trúc này những tế bào tương ứng từ người tiếp nhận. Bộ khung của bộ phận sẽ được nuôi trong lồng sinh học để đảm bảo các mô mới được sinh ra và bám vào phần kết cấu kia. Do không còn mô tế bào mềm nào nữa của người hiến tặng nên cơ thể mới được tạo ra sẽ không bị coi như là bộ phận lạ và sẽ không bị hệ miễn dịch của người nhận đào thải.

Và thách thức

Chi trước khó tạo hơn khí quản rất nhiều do sẽ cần tái tạo nhiều loại tế bào khác nhau cho bộ phận này. Bác sĩ Ott bắt đầu bằng việc đưa phần chi trước đã bị tước các mô tế bào vào lồng thí nghiệm, bơm các collagen động mạch vào một hệ thống tuần hoàn nhân tạo để cung cấp dưỡng chất, oxy và kích thích điện tới chi. Sau đó ông bơm các tế bào màng trong vào cấu trúc collagen của mạch máu để kết dính các mạch máu vào bộ phận mới.

Ông giải thích công việc này rất quan trọng vì sẽ làm các mạch khỏe hơn và ngăn các mạch không bị vỡ khi dung dịch chất tuần hoàn qua. Bước tiếp theo, ông sẽ bơm một hỗn hợp tế bào của chuột vào. Trong số này có nguyên bào - phần tế bào sẽ phát triển thành các cơ - vào các khoang trong cấu trúc bộ phận. Trong hai hoặc ba tuần, khi các mạch máu và các cơ đã được tái tạo, bác sĩ Ott sẽ hoàn tất chi bằng việc cấy da vào phần chi mới được tái tạo này.

Liệu các tế bào mới của chi này có vận động được? Để xác minh, các nhà nghiên cứu dùng xung điện để kích thích các cơ và phát hiện phần bàn tay của chi có thể nắm và nhả ra. “Điều đó cho thấy chúng ta có thể gập và vươn tay ra” - bác sĩ Ott nói.

Họ cũng gắn phần chi tái tạo này vào các con chuột khỏe mạnh mà khi bị gây mê, họ phát hiện máu tuần hoàn được trong phần chi mới này. Tuy vậy đến giờ họ vẫn chưa thử nghiệm phần vận động cơ.

Mặc dù các nhà khoa học đã bóc mô tế bào của khoảng 100 chi trước của chuột và tái tạo tế bào trên ít nhất một nửa số này, theo bác sĩ Ott, vẫn còn rất nhiều việc phải làm.

Trước hết, họ cần cấy thêm các tế bào xương, sụn và các loại tế bào khác xem các tế bào này có thể tái tạo được. Ngoài ra, họ cần chứng minh hệ thần kinh trên các chi này cũng có thể phát triển. Các kết quả cấy ghép tay cho thấy điều này xảy ra khi các mô thần kinh của người nhận xâm nhập vào cánh tay và dần dần có khả năng điều khiển bộ phận chi mới được lắp ghép. Các bước này sẽ cần nhiều thí nghiệm trước khi khẳng định được độ thành công của chi mới tái tạo.

Bác sĩ Ott và các đồng nghiệp cũng đã chứng minh có thể tiến hành tước tế bào ở phần cẳng tay của động vật linh trưởng. Nhóm của ông đang bắt đầu tái tạo phần khung tay này với các tế bào người có mạch máu - bước đầu tiên tiến tới việc tạo ra các chi sinh học cho người trong phòng thí nghiệm.

Nhóm của ông đã bắt đầu các thí nghiệm dùng nguyên bào của người lên chuột thay vì dùng các tế bào chuột. Nhưng theo bác sĩ Ott, cần ít nhất khoảng một thập kỷ nữa trước khi các chi sinh học có thể thử nghiệm trên người.

Thí nghiệm trên cẳng tay các loài linh trưởng. Ảnh: Ott LaboRatory

Còn nhiều chỉ trích

“Đây là bước tiến đáng kể, dựa trên cơ sở khoa học chắc chắn, nhưng sẽ còn nhiều thách thức kỹ thuật mà nhóm cần vượt qua” - giáo sư Steve Badylak của ĐH Pittsburg (Pennsylvania, Mỹ) nói. Ông Badylak đã dùng ghép mô từ các cơ của heo để tái tạo các tế bào chân bị hủy hoại của khoảng 13 người.

“Trong các thách thức này, thách thức về kết nối với hệ thống tuần hoàn có lẽ là khó nhất, phải đảm bảo kể cả những mao dẫn nhỏ nhất cũng kết nối hoàn hảo với các tế bào màng trong để các mao mạch không bị chết hoặc tạo ra máu tụ - ông nói - Nhưng đây là cách tiếp cận rất khoa học, dựa trên những kiến thức nền tảng của sinh học”.

“Với một bộ phận phức tạp như tay, có quá nhiều mô và nhiều phần nên cách này chắc chắn sẽ không khả thi” - Oskar Aszmann của ĐH Y Vienna (Áo), người sáng tạo tay sinh học cho phép con người điều khiển bằng ý nghĩ, nói - Bàn tay sẽ cần cấy hàng ngàn dây thần kinh để có chức năng đầy đủ, đó là một thách thức rất phức tạp. Mặc dù đây là nỗ lực rất giá trị, thử nghiệm giờ chỉ nên gói gọn trong nghiên cứu, chưa phải cho thử nghiệm lâm sàng”.

Trên người, bác sĩ Ott đã thiết kế các chương trình hiến tạng để mở rộng việc hiến các chi. Tế bào dùng tái tạo các mạch máu có thể được dùng từ các mạch nhỏ từ người tiếp nhận, trong khi các tế bào cơ có thể lấy từ các sinh thiết của các tế bào lớn như ở cơ đùi. “Nếu anh lấy khoảng 5 gram, tức cỡ đầu ngón tay, thì có thể nuôi nó thành các nguyên bào xương” - ông nói.

Chỉ riêng ở Mỹ hiện đã có tới 1,5 triệu người bị cụt chi nên công việc tái tạo như thế rất quan trọng. “Hiện tại, nếu anh mất tay, chân hay phần cơ mềm trong quá trình điều trị ung thư hay bị bỏng, anh sẽ có rất ít lựa chọn” - bác sĩ Ott nói.