Xây dựng thành công mô hình phôi nang người từ tế bào gốc vạn năng
Các nhà khoa học tại Bệnh viện Đại học Y khoa Quảng Châu, Trung Quốc vừa công bố kết quả trong việc biệt hóa ngược các tế bào gốc vạn năng cảm ứng thành cấu trúc giống phôi nang của người. Nghiên cứu này sẽ là cơ sở để tiếp tục các nghiên cứu về sự bất thường trong trong quá trình làm tổ sớm của phôi gây ra bởi các khuyết tật phát triển ở giai đoạn đầu của phôi. Nghiên cứu được đăng trên tạp chí Nature vào ngày 7/9/2021.
Phôi nang bao gồm ba dòng tế bào đầu tiên của phôi: lá nuôi phôi (trophectoderm), ngoại bì và nội bì nguyên thủy, tất cả đều cần thiết cho sự phát triển sớm và hình thành cơ quan. Trong đó, lá nuôi phôi là biểu mô đầu tiên xuất hiện trong quá trình phát sinh phôi của động vật có vú, tạo nên thành ngoài của phôi nang. Lớp tế bào này xuất hiện đồng thời với dịch phôi bào khi phôi dâu phát triển thành phôi nang và thường chỉ có thể thu nhận từ phôi thai, và quan trọng hơn là lớp tế bào này không thể biệt hóa được từ các tế bào gốc vạn năng.
Những lo ngại về đạo đức và việc tiếp cận với phôi nang người bị hạn chế, vì điều này nên cho đến thời điểm hiện tại, những hiểu biết về quá trình hình thành phôi sớm ở người vẫn còn nhiều khiếm khuyết. Để giải quyết điều này, các nhà khoa học cần có một mô hình đáng tin cậy mô phỏng lại các giai đoạn đầu của quá trình hình thành phôi thai người. Nhóm nghiên cứu của Yong Fan và các cộng sự tại Bệnh viện Đại học Y khoa Quảng Châu; Bệnh viện Đại học Bắc Kinh; Đại học Mỏ và Công nghệ Trung Quốc; Đại học Khoa học và Công nghệ Côn Minh (Trung Quốc); Đại học Khoa học và Công nghệ (Vương quốc Ả Rập Xê Út), đã phát triển một quy trình cảm ứng ba chiều (3D). Quy trình này chỉ gồm hai bước để tạo ra các cấu trúc giống như phôi bào (EPS-blastoid) từ các tế bào gốc đa năng (EPS). Các phân tích về hình thái và hệ phiên mã (transcriptome) cho thấy rằng EPS-blastoid chứa các dòng tế đầu tiên của phôi và tương tự với phôi nang tự nhiên.
Trong quy trình cụ thể, nhóm của Yong Fan đã cảm ứng các tế bào gốc vạn năng cảm ứng (iPSC) thành các tế bào vạn năng mở rộng (EPS). Tiếp theo, các nhà nghiên cứu đã xử lý EPS với protein BMP4 để tạo ra các tế bào giống lá nuôi phôi. Trong giai đoạn từ ngày 1 đến ngày 5 cảm ứng với protein BMP4, các gen của ngoại phôi bì giảm dần biểu hiện trong khi các gen liên quan đến lá nuôi phôi tăng biểu hiện. Ở ngày thứ 2 các tế bào được cảm ứng với protein BMP4 đã bắt đầu phân cực giống hình thái của các tế bào lá nuôi phôi thực sự. Ở bước tiếp theo, nhóm nghiên cứu đã trộn các tế bào EPS với các tế bào giống lá nuôi phôi vừa thu được theo tỉ lệ từ 1:4–1:5. Sau khoảng từ 5 đến 6 ngày đồng nuôi cấy, cấu trúc giống phôi nang blastoid được hình thành (Hình 1).
(Nguồn: Fan, Y. và cộng sự, 2021)
Sau 24 giờ đầu tiên của quá trình đồng nuôi cấy, hỗn hợp các tế bào có liên kết lỏng lẻo đã bắt đầu liên kết chặt lại. Từ ngày thứ 4 phối trộn hai dòng tế bào, các khoang nhỏ đặc trưng cho phôi nang bắt đầu hình thành. Các khoang này lớn dần và rõ ràng hơn vào ngày 5 đến ngày 6. Về mặt hình thái, những phôi bào người này tương tự như phôi nang người tự nhiên ở ngày phôi thứ 6 (Hình 2).
Hình 2. So sánh hình thái của EPS-blastoid và phôi nang tự nhiên ở ngày phôi thứ 6
(Nguồn: Fan, Y. và cộng sự, 2021)
Theo nhóm nghiên cứu của TS. Yong Fan, họ đã phát triển thành công mô hình giả lập sự phát triển phôi bào của người và mô hình này có thể được tạo ra với số lượng lớn. Kết quả của công trình này tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu những khiếm khuyết trong quá trình làm tổ của phôi sớm gây nên các hiện tượng sảy thai và khuyết tật ở trẻ sơ sinh; đồng thời thúc đẩy nghiên cứu sự biệt hóa của tế bào gốc trong giai đoạn làm tổ của phôi. Ngoài ra, EPS-blastoid đem đến nguồn mẫu vô tận để nghiên cứu về quá trình phát triển phôi cũng như các thành phần ngoài phôi mà trước đó không thể thực hiện được trên các dòng tế bào gốc vạn năng.
ThS. Trương Châu Nhật – Viện Tế bào gốc, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, VNU-HCM
Tham khảo:
Fan, Y., Z. Min, S. Alsolami, Z. Ma, E. Zhang, W. Chen, K. Zhong, W. Pei, X. Kang, P. Zhang, Y. Wang, Y. Zhang, L. Zhan, H. Zhu, C. An, R. Li, J. Qiao, T. Tan, M. Li and Y. Yu (2021). “Generation of human blastocyst-like structures from pluripotent stem cells.” Cell Discov 7(1): 81.
Tin lược dịch từ nguồn: https://www.nature.com/articles/s41421-021-00316-8
