Thay đổi đơn giản biến tế bào thành tế bào g
Việc tạo ra được các con chuột khảm chứng tỏ các tế bào iPS có tính chất không khác các tế bào gốc phôi
[align=justify:9e098dbe25]Các nghiên cứu công bố trong tuần này bởi ba nhóm nghiên cứu khác nhau cho thấy có thể tái lập trình tế bào da bình thường thành một tế bào gốc phôi ở chuột. Cuộc đua giờ đây chuyển sang hướng ứng dụng kỹ thuật đơn giản đến bất ngờ này cho tế bào của người. Nếu các nhà nghiên cứu thành công, việc tạo ra các tế bào có tính chất như tế bào gốc , đồng thời có vật chất di truyền khớp với người bệnh sẽ trở nên khá dễ dàng. Có một số giới hạn về mức độ hữu ích và an toàn của các kết quả này trong ứng dụng trị liệu trong tương lai gần, nhưng trong các phòng thí nghiệm thì các kết quả này nhanh chóng mang lại một luồng không khí hào hứng.
"Nó sẽ thay đổi rất nhiều về cách nhìn nhận của chúng ta", Alan Trouson ở ĐH Monash Úc nói. Trouson không phải là người trực tiếp làm ra các kết quả này nhưng tuyên bố rằng sẽ bắt đầu sử dụng kỹ thuật này ngay 'ngày mai'. "Lúc này tôi có thể nghĩ ra hàng tá thí nghiệm và tất cả đều là những thí nghiệm hay."
Về mặt lý thuyết các tế bào gốc phôi có thể tăng sinh vô hạn và có khả năng trở thành bất kỳ loại tế bào nào trong cơ thể. Tuy nhiên chó tới nay cách duy nhất để có được các tế bào gốc phôi là ?phải phá hủy phôi và để có được tế bào gốc phôi phù hợp di truyền với bệnh nhân thì trên nguyên tắc là phải clone bệnh nhân đó. Tất cả các kỹ thuật này đều làm nảy sinh các vấn đề đạo đức khó giải quyết. Bên cạnh các khó khăn về vấn đề đạo đức, kỹ thuật cloning cũng không dễ. Quá trình này bao gồm việc thu trứng chưa thụ tinh, thay thế vật chất di truyền của trứng bằng vật chất di truyền từ tế bào bệnh nhân rồi ép cho tế bào phân chia để tạo ra phôi, rồi từ đó thu các tế bào gốc phôi. Những rào cản này giờ đây đã bị xóa bỏ.
"Chẳng cần trứng hay phôi gì cả. Và tôi cũng chưa bao giờ làm việc với chúng" Shinya Yamanaka ở đại học Kyoto, người đi tiên phong trong kỹ thuật mới này nói.
Năm ngoái Yamanaka là người đầu tiên sử dụng một kỹ thuật trong đó người ta dùng các tế bào xơ chuột, một loại tế bào phổ biến rất dễ lấy từ da thay vì phải dùng trứng. Bốn gene mã hóa cho bốn protein thuộc các nhân tố phiên mã được chuyển vào tế bào bằng các retroviruses. Các protein này kích hoạt sự biểu hiện của các gene khác, làm cho tế bào trở thành vạn năng, tức chúng có khả năng trở thành bât kỳ tế bào nào trong cơ thể. Yamanaka gọi chúng là các tế bào gốc vạn năng cảm ứng (iPS cells). "Dễ như bỡn. Chẳng có phép màu gì ở đây cả." Yamanaka nói.
Kết quả này đã mang lại nhiều ngạc nhiên cũng như hoài nghi. Bốn nhân tố dường như quá ít. Và mặc dù các tế bào này có các đặc điểm của tế bào gốc như: tạo khuẩn lạc, tăng sinh liên tục và có khẳ năng phát triển thành tế bào ung thư, gọi là teratoma...chúng vẫn thiếu một số tính chất quan trọng khác. Đưa các iPS vào phôi chuột đang phát triển không tạo nên 'chuột khảm', tức chuột mang hỗn hợp DNA của phôi gốc lẫn các tế bào iPS trong toàn bộ cơ thể. "Năm trước tôi không thoải mái lắm với từ "vạn năng", Hans Scholer, một chuyên gia về tế bào gốc tại Viện Max Planc nói.
Tuần vừa qua, Yamanaka đã đưa ra một thế hệ iPS thứ hai, đạt tất cả các tiêu chuẩn nói trên. Ngoài ra một nhóm nghiên cứu khác do Rudolf Jaenisch ở Viện Whitehead dẫn đầu, hợp tác với Konrad Hochedlinger ở Viện Tế bào gốc Harvard và Kathrin Plath ở ĐH UCLA cũng đã thu được kết quả tương tự với bốn nhân tố phiên mã đó.
"Chúng tôi cảm thấy nhẹ cả người vì một số người đã chất vấn kết quả của chúng tối, đặc biệt là sau vụ xì-căng-đan Hwangate, Yamanaka nói. Scholer cũng đồng ý:"Bây giờ chúng ta có thể tự tin mà nói rằng đây là một cái gì đó đáng phát triển lên."
Việc cải thiện kết quả của năm trước khá đơn giản. Bốn nhân tố phiên mã mà Yamanaka sử dụng đã không tái lập lại hệ gene một cách nhất quán và hiệu quả, vì vậy chưa đến 0.1% trong số hàng triệu tế bào được tái lập trình lại. Khó khăn ở đây là tách các tế bào đã được tái lập trình thành công ra khỏi các tế bào còn lại. Các nhà nghiên cứu thường làm điều này bằng cách cài vào một gene kháng kháng sinh. Gene này chỉ được biểu hiện khi nhân tố phiên mã được biểu hiện. Sau đó họ cho các tế bào này vào môi trường chứa kháng sinh. Kháng sinh sẽ giết chết những tế bào không được tái lập trình. Protein marker mà Yamanaka sử dụng vào năm ngoái không được tốt lắm trong việc xác định các tế bào đã được tái lập trình. Lần này cả ba nhóm đều dùng hai loại protein marker khác là Nanog và Oct4 và thu được hiệu quả trên cả mong đợi. Cả ba nhóm đều có thể tạo ra chuột khảm bằng các tế bào iPS được tách theo cách này; và các con chuột này đã truyền DNA của các iPS cho con cái của chúng.
Jaenisch cũng đã thành công trong việc dùng một phôi đặc biệt để tạo ra các thai có tất cả các tế bào đều có nguồn gốc từ iPS. "Chỉ có những tế bào gốc phôi tốt nhất mới có thể làm được điều này," ông nói.
"Thật khó tin, đơn giản là quá tuyệt vời" Scholer nói khi nghe bài báo cáo của Jaenisch ở một cuộc hội thảo vào 31/5 ở Bavaria. "Đối với tôi cái này giống như vụ Dolly vậy. Thực sự tầm cỡ đấy đấy".
Phương pháp này tỏ ra rất hấp dẫn. Trong khi cloning bị giới hạn về số trứng và những kỹ thuật phức tạp, phải mất đến sáu tháng mới có thể thành thạo thì phương pháp của Yamanaka có thể sử dụng những tế bào đơn giản nhất và có thể thực hiện được bằng những kỹ thuật đơn giản trong phòng thí nghiêm.
Tuy nhiên việc áp dụng phương pháp này cho người vẫn chưa thành công. "Chúng tôi đang làm việc rất cật lực - ngày cũng như đêm. Có lẽ chúng tôi cần thêm nhân tố phiên mã". Yamanaka bộc bạch.
Nếu thành công, các nhà nghiên cứu có thể tạo ra các iPS từ những bệnh nhân mắc bệnh Parkinson, tiểu đường và ?theo dõi những biến đổi phân tử trong các tế bào này khi chúng phát triển. Phương pháp "bệnh trên dĩa Petri" sẽ cho các nhà khoa học một cơ hội để biết được các yếu tố môi trươngf tác động như thế nào đến quá trình hình thành bệnh và có thể kiểm tra khả năng của những loại thuốc khác nhau trong việc ức chế sự phát triển của bệnh.
Tuy nhiên các tế bào iPS không phải không khiếm khuyết. Không thể sử dụng chúng một cách an toàn để tạo ra các tế bào phù hợp về di truyền cho việc gép mô, ví dụ chữa chấn thương tủy sống. Yamanaka phát hiện ra rằng một trong những nhân tố phiên mã dường như có vai trò trong việc tạo ra ung thư ở 20% số chuột khảm mà ông tạo ra. Ông nghĩ rằng việc này có thể giải quyết, nhưng chính các retrovirus sử dụng cũng có thể gây đột biến và ung thư. "Cái này rất nguy hiểm. Chúng tôi sẽ không bao giờ gép các tế bào này cho bệnh nhân" Jaenisch nói. Theo quan điểm của ông, nghiên cứu tế bào gốc phôi vẫn sẽ cần đến cloning.
Cứ theo đà này, sẽ nhanh chóng có tin tức tốt lành. "Tôi không chắc đó sẽ là chúng tôi, hay Jaenisch, hay một người khác, nhưng tôi kỳ vọng vào một thành công lớn trên người vào năm tới" Yamanaka nói.
[/align:9e098dbe25]
Tài liệu tham khảo:
1. Okita, K., Ichisaka, T. & Yamanaka, S. Nature doi:10.1038/nature05934 (2007).
2. Wernig, M. et al. Nature doi:10.1038/nature05944 (2007).
3. Maherali, N. et al. Cell Stem Cell doi:10.1016/j.stem.2007.05.014 (2007).
4. Takahashi, K. & Yamanaka, S. Cell 126, 663–676 (2006).
Việc tạo ra được các con chuột khảm chứng tỏ các tế bào iPS có tính chất không khác các tế bào gốc phôi
[align=justify:9e098dbe25]Các nghiên cứu công bố trong tuần này bởi ba nhóm nghiên cứu khác nhau cho thấy có thể tái lập trình tế bào da bình thường thành một tế bào gốc phôi ở chuột. Cuộc đua giờ đây chuyển sang hướng ứng dụng kỹ thuật đơn giản đến bất ngờ này cho tế bào của người. Nếu các nhà nghiên cứu thành công, việc tạo ra các tế bào có tính chất như tế bào gốc , đồng thời có vật chất di truyền khớp với người bệnh sẽ trở nên khá dễ dàng. Có một số giới hạn về mức độ hữu ích và an toàn của các kết quả này trong ứng dụng trị liệu trong tương lai gần, nhưng trong các phòng thí nghiệm thì các kết quả này nhanh chóng mang lại một luồng không khí hào hứng.
"Nó sẽ thay đổi rất nhiều về cách nhìn nhận của chúng ta", Alan Trouson ở ĐH Monash Úc nói. Trouson không phải là người trực tiếp làm ra các kết quả này nhưng tuyên bố rằng sẽ bắt đầu sử dụng kỹ thuật này ngay 'ngày mai'. "Lúc này tôi có thể nghĩ ra hàng tá thí nghiệm và tất cả đều là những thí nghiệm hay."
Về mặt lý thuyết các tế bào gốc phôi có thể tăng sinh vô hạn và có khả năng trở thành bất kỳ loại tế bào nào trong cơ thể. Tuy nhiên chó tới nay cách duy nhất để có được các tế bào gốc phôi là ?phải phá hủy phôi và để có được tế bào gốc phôi phù hợp di truyền với bệnh nhân thì trên nguyên tắc là phải clone bệnh nhân đó. Tất cả các kỹ thuật này đều làm nảy sinh các vấn đề đạo đức khó giải quyết. Bên cạnh các khó khăn về vấn đề đạo đức, kỹ thuật cloning cũng không dễ. Quá trình này bao gồm việc thu trứng chưa thụ tinh, thay thế vật chất di truyền của trứng bằng vật chất di truyền từ tế bào bệnh nhân rồi ép cho tế bào phân chia để tạo ra phôi, rồi từ đó thu các tế bào gốc phôi. Những rào cản này giờ đây đã bị xóa bỏ.
"Chẳng cần trứng hay phôi gì cả. Và tôi cũng chưa bao giờ làm việc với chúng" Shinya Yamanaka ở đại học Kyoto, người đi tiên phong trong kỹ thuật mới này nói.
Năm ngoái Yamanaka là người đầu tiên sử dụng một kỹ thuật trong đó người ta dùng các tế bào xơ chuột, một loại tế bào phổ biến rất dễ lấy từ da thay vì phải dùng trứng. Bốn gene mã hóa cho bốn protein thuộc các nhân tố phiên mã được chuyển vào tế bào bằng các retroviruses. Các protein này kích hoạt sự biểu hiện của các gene khác, làm cho tế bào trở thành vạn năng, tức chúng có khả năng trở thành bât kỳ tế bào nào trong cơ thể. Yamanaka gọi chúng là các tế bào gốc vạn năng cảm ứng (iPS cells). "Dễ như bỡn. Chẳng có phép màu gì ở đây cả." Yamanaka nói.
Kết quả này đã mang lại nhiều ngạc nhiên cũng như hoài nghi. Bốn nhân tố dường như quá ít. Và mặc dù các tế bào này có các đặc điểm của tế bào gốc như: tạo khuẩn lạc, tăng sinh liên tục và có khẳ năng phát triển thành tế bào ung thư, gọi là teratoma...chúng vẫn thiếu một số tính chất quan trọng khác. Đưa các iPS vào phôi chuột đang phát triển không tạo nên 'chuột khảm', tức chuột mang hỗn hợp DNA của phôi gốc lẫn các tế bào iPS trong toàn bộ cơ thể. "Năm trước tôi không thoải mái lắm với từ "vạn năng", Hans Scholer, một chuyên gia về tế bào gốc tại Viện Max Planc nói.
Tuần vừa qua, Yamanaka đã đưa ra một thế hệ iPS thứ hai, đạt tất cả các tiêu chuẩn nói trên. Ngoài ra một nhóm nghiên cứu khác do Rudolf Jaenisch ở Viện Whitehead dẫn đầu, hợp tác với Konrad Hochedlinger ở Viện Tế bào gốc Harvard và Kathrin Plath ở ĐH UCLA cũng đã thu được kết quả tương tự với bốn nhân tố phiên mã đó.
"Chúng tôi cảm thấy nhẹ cả người vì một số người đã chất vấn kết quả của chúng tối, đặc biệt là sau vụ xì-căng-đan Hwangate, Yamanaka nói. Scholer cũng đồng ý:"Bây giờ chúng ta có thể tự tin mà nói rằng đây là một cái gì đó đáng phát triển lên."
Việc cải thiện kết quả của năm trước khá đơn giản. Bốn nhân tố phiên mã mà Yamanaka sử dụng đã không tái lập lại hệ gene một cách nhất quán và hiệu quả, vì vậy chưa đến 0.1% trong số hàng triệu tế bào được tái lập trình lại. Khó khăn ở đây là tách các tế bào đã được tái lập trình thành công ra khỏi các tế bào còn lại. Các nhà nghiên cứu thường làm điều này bằng cách cài vào một gene kháng kháng sinh. Gene này chỉ được biểu hiện khi nhân tố phiên mã được biểu hiện. Sau đó họ cho các tế bào này vào môi trường chứa kháng sinh. Kháng sinh sẽ giết chết những tế bào không được tái lập trình. Protein marker mà Yamanaka sử dụng vào năm ngoái không được tốt lắm trong việc xác định các tế bào đã được tái lập trình. Lần này cả ba nhóm đều dùng hai loại protein marker khác là Nanog và Oct4 và thu được hiệu quả trên cả mong đợi. Cả ba nhóm đều có thể tạo ra chuột khảm bằng các tế bào iPS được tách theo cách này; và các con chuột này đã truyền DNA của các iPS cho con cái của chúng.
Jaenisch cũng đã thành công trong việc dùng một phôi đặc biệt để tạo ra các thai có tất cả các tế bào đều có nguồn gốc từ iPS. "Chỉ có những tế bào gốc phôi tốt nhất mới có thể làm được điều này," ông nói.
"Thật khó tin, đơn giản là quá tuyệt vời" Scholer nói khi nghe bài báo cáo của Jaenisch ở một cuộc hội thảo vào 31/5 ở Bavaria. "Đối với tôi cái này giống như vụ Dolly vậy. Thực sự tầm cỡ đấy đấy".
Phương pháp này tỏ ra rất hấp dẫn. Trong khi cloning bị giới hạn về số trứng và những kỹ thuật phức tạp, phải mất đến sáu tháng mới có thể thành thạo thì phương pháp của Yamanaka có thể sử dụng những tế bào đơn giản nhất và có thể thực hiện được bằng những kỹ thuật đơn giản trong phòng thí nghiêm.
Tuy nhiên việc áp dụng phương pháp này cho người vẫn chưa thành công. "Chúng tôi đang làm việc rất cật lực - ngày cũng như đêm. Có lẽ chúng tôi cần thêm nhân tố phiên mã". Yamanaka bộc bạch.
Nếu thành công, các nhà nghiên cứu có thể tạo ra các iPS từ những bệnh nhân mắc bệnh Parkinson, tiểu đường và ?theo dõi những biến đổi phân tử trong các tế bào này khi chúng phát triển. Phương pháp "bệnh trên dĩa Petri" sẽ cho các nhà khoa học một cơ hội để biết được các yếu tố môi trươngf tác động như thế nào đến quá trình hình thành bệnh và có thể kiểm tra khả năng của những loại thuốc khác nhau trong việc ức chế sự phát triển của bệnh.
Tuy nhiên các tế bào iPS không phải không khiếm khuyết. Không thể sử dụng chúng một cách an toàn để tạo ra các tế bào phù hợp về di truyền cho việc gép mô, ví dụ chữa chấn thương tủy sống. Yamanaka phát hiện ra rằng một trong những nhân tố phiên mã dường như có vai trò trong việc tạo ra ung thư ở 20% số chuột khảm mà ông tạo ra. Ông nghĩ rằng việc này có thể giải quyết, nhưng chính các retrovirus sử dụng cũng có thể gây đột biến và ung thư. "Cái này rất nguy hiểm. Chúng tôi sẽ không bao giờ gép các tế bào này cho bệnh nhân" Jaenisch nói. Theo quan điểm của ông, nghiên cứu tế bào gốc phôi vẫn sẽ cần đến cloning.
Cứ theo đà này, sẽ nhanh chóng có tin tức tốt lành. "Tôi không chắc đó sẽ là chúng tôi, hay Jaenisch, hay một người khác, nhưng tôi kỳ vọng vào một thành công lớn trên người vào năm tới" Yamanaka nói.
[/align:9e098dbe25]
Tài liệu tham khảo:
1. Okita, K., Ichisaka, T. & Yamanaka, S. Nature doi:10.1038/nature05934 (2007).
2. Wernig, M. et al. Nature doi:10.1038/nature05944 (2007).
3. Maherali, N. et al. Cell Stem Cell doi:10.1016/j.stem.2007.05.014 (2007).
4. Takahashi, K. & Yamanaka, S. Cell 126, 663–676 (2006).
