Khoa Sư phạm

Nghiên cứu tế bào gốc không chỉ tiết lộ cho chúng ta biết chức năng và sự phát triển của cơ thể mà còn hứa hẹn những ứng dụng tương lai có thể giúp chúng ta điều trị các bệnh nghiêm trọng. Tuy nhiên, việc nghiên cứu tế bào gốc không chỉ giúp điều trị bệnh, bài báo này sẽ điểm lại các đột phá khoa học mới nhất để thấy hiện nay chúng ta hoàn toàn có thể chuyển một tế bào da đơn giản thành một con người phát triển hoàn chỉnh nhờ sức mạnh của công nghệ tế bào gốc và các kỹ thuật di truyền.

Lĩnh vực nghiên cứu tế bào gốc bắt đầu vào năm 1981 nhờ sự khám phá ra các tế gốc phôi bởi Martin Evans tại đại học Cardiff, Anh. Vào năm 1998, nghiên cứu về tế bào gốc đã trở thành một chủ đề “hot” trong xu hướng truyền thông lúc bấy giờ sau khi các nhà khoa học tách được các tế bào gốc phôi và nuôi chúng trong phòng thí nghiệm lần đầu tiên. Do đột phá này, việc nghiên cứu tế bào gốc đã phải đối mặt với rất nhiều sự phản đối từ công chúng. Nó dấy lên những câu hỏi về sự sống, ý thức và nhân quyền. Tại thời điểm nào thì sự sống bắt đầu? Nếu như một phôi có thể phát triển thành một con người, thì có đúng đắn không khi chúng ta phá hủy nó hay thậm chí sử dụng nó cho mục đích khoa học? Những nghi vấn này đã khiến chính phủ Mỹ hạn chế các tài trợ liên bang (federal funding) cho việc nghiên cứu tế bào gốc trên phôi người lúc bấy giờ.

Vào cuối những năm 1990, các phôi người sử dụng cho việc nghiên cứu tế bào gốc được lấy từ sự phá thai tự nguyện hoặc được hiến tặng từ các cặp vợ chồng đã điều trị bằng thụ tinh trong ống nghiệm (In-Vitro Fertilization - IVF). Điều này đã gây ra rất nhiều tranh cãi giữa các nhà hoạt động phản đối việc phá thai, những người tin rằng cần phải có lệnh cấm đối với việc sử dụng phôi người

Chính phủ Mỹ hạn chế các tài trợ liên bang (federal funding) cho việc nghiên cứu tế bào gốc trên phôi người

Nguồn cung cấp không giới hạn tế bào gốc

Năm 2006, nhà khoa học Nhật Bản Shinya Yamanaka đã tạo thành công các tế bào tương tự phôi từ các tế bào trưởng thành. Sự kiện mang tính cách mạng này đã khiến thay đổi toàn bộ “cuộc chơi” vì từ giờ các nhà nghiên cứu sẽ không cần phải sử dụng phôi từ việc phá thai và IVF để tạo tế bào gốc nữa. Thay vào đó, chúng ta có thể chuyển các tế bào trưởng thành thành các tế bào gốc. Bằng việc nuôi cấy các tế bào gốc trưởng thành trong môi trường chứa các nhân tố phiên mã (proteins) và sự tái lập trình thì có thể chuyển chúng thành trạng thái đa tiềm năng (pluripotent) (Trạng thái đa tiềm năng (pluripotent state) là trạng thái mà các tế bào khi đó có thể biệt hóa thành bất kỳ các tế bào hoặc mô nào khác của cơ thể). Loại tế bào này được gọi là tế bào gốc đa tiềm năng cảm ứng (induced pluripotent stem cells (iPSCs hoặc iPS)).

Kỹ thuật tiên tiến này cho phép các nhà khoa học có thể chuyển bất kỳ tế bào nào trong cơ thể thành tế bào gốc đa tiềm năng cảm ứng (iPS). Các tế bào iPS này có thể sau đó được tái lập trình để trở thành một loại tế bào nào đó trong cơ thể. Credit: Genetic Science Learning Center, Dịch: Biomedia Việt Nam.

Sự khởi đầu của một kỷ nguyên mới

Năm 2012, các nhà nghiên cứu thông báo rằng họ đã điều trị được bệnh mù lòa với sự trợ giúp của tế bào gốc phôi người. Hai bệnh nhân bị thoái hóa mắt đã khôi phục được thị lực trong 4 tháng sau khi được cấy ghép các tế bào biểu mô sắc tố võng mạc tạo từ các tế bào gốc phôi người. Đây chỉ là một phần nhỏ ứng dụng trong “tảng băng chìm” của các tế bào gốc. Còn có rất nhiều các ứng dụng trị liệu và các phương pháp điều trị mới cho nhiều bệnh khác nhau như: chấn thương khớp, bệnh tim, chấn thương tủy sống, tiểu đường, Alzheimer, bệnh thận, u não, và các loại ung thư khác. Như dự đoán của các nhà khoa học, liệu pháp tế bào gốc thực sự đã đem lại hiệu quả. Và hiện nay, nó đã trở thành một quy trình tiêu chuẩn để điều trị nhiều bệnh khác nhau ở nhiều nước Châu Âu và Châu Á.

Ngay khi được công bố trên nhiều phương tiện thông tin đại chúng  về sự kỳ diệu mà liệu pháp tế bào gốc mang lại, nhiều người đã ủng hộ  lĩnh vực này.

Tế bào gốc phôi và tế bào gốc trưởng thành

Việc hiểu sự khác nhau giữa tế bào gốc phôi và tế bào gốc trưởng thành là rất quan trọng. Các tế bào gốc được chia thành hai loại theo thuật ngữ về khả năng phát triển của chúng. Các tế bào gốc phôi nhìn chung khá linh hoạt và dễ thay đổi hơn so với các tế bào gốc trưởng thành. Nói cách khác, các tế bào gốc phôi có thể phát triển thành hầu hết mọi loại tế bào trong cơ thể trong khi tế bào gốc trưởng thành chỉ phát triển thành một số loại tế bào nhất định. Do vậy, các tế bào gốc phôi sẽ có nhiều lợi ích hơn! Nếu chúng ta có thể tạo ra chúng trong phòng thí nghiệm, điều này sẽ thay đổi toàn bộ mọi thứ mãi mãi!

Vào năm 2013, lần đầu tiên các nhà khoa học đã chuyển thành công các tế bào da người thành các tế bào gốc phôi. Các nhà nghiên cứu sử dụng kỹ thuật tách dòng được gọi là kỹ thuật chuyển nhân tế bào soma (Somatic Cell Nuclear Transfer - SCNT), liên quan đến việc cấy chuyển nhân của một tế bào, chứa DNA của tế bào đó vào tế bào trứng đã bị loại bỏ nhân. Tế bào trứng không được thụ tinh sau đó sẽ phát triển và tạo ra tế bào gốc. Đây là một bước nhảy vọt khổng lồ vì chúng ta đã có thể tránh sử dụng tế bào trứng cho nghiên cứu tế bào gốc để làm hài lòng tất cả mọi người và tránh các mâu thuẫn.

Sau đó các nhà nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật được gọi là kỹ thuật chuyển nhân tế bào soma (Somatic Cell Nuclear Transfer - SCNT) để tạo các tế bào gốc phôi, có thể phát triển thành hầu hết các loại tế bào trong cơ thể. Credit: Genetic Science Learning Center, Dịch: Biomedia Việt Nam.

Chuyển tế bào da thành tế bào trứng và tinh trùng

Năm 2016, lần đầu tiên các nhà nghiên cứu đã chuyển thành công các tế bào da chuột thành tế bào trứng trưởng thành. Những tế bào trứng giống nhau này được thụ tinh để tạo ra các con non khỏe mạnh. Để làm được điều này, đầu tiên các nhà khoa học phải chuyển tế bào da thành các tế bào gốc phôi, sau đó tái lập trình những tế bào này thành các tế bào trứng. Điều này nhắc lại cho chúng ta thấy tầm quan trọng của tế bào gốc phôi. Chúng có nhiều tiềm năng và có thể tạo ra hầu hết các loại tế bào, bao gồm cả tế bào trứng.

Mặc dù các nhà khoa học chỉ hy vọng rằng những đột phá của họ có thể giúp chữa khỏi vô sinh và cho phép các cặp vợ chồng có thể có những đứa con đẻ thật sự của mình, nhưng thực sự có thể làm được nhiều hơn thế. Thay vì phải tách lấy trứng từ nữ giới để có được các tế bào gốc, hiện chúng ta có thể tạo ra nguồn tế bào trứng không giới hạn từ nhiều tế bào da.

Các nhà khoa học đã chuyển các tế bào da thành tế bào trứng và sử dụng chúng để tạo ra các phôi có chức năng, phát triển thành 6 chuột con khỏe mạnh. Credit: Orie Hikabe et al.

Nhưng chỉ một mình các tế bào trứng thì không đủ. Chúng ta vẫn cần phải có tinh trùng. Mặc dù nam giới có khả năng tạo tinh trùng không giới hạn có thể hiến cho khoa học, nhưng tốt nhất là nên tránh xa mọi cuộc tranh cãi và nên tìm kiếm nguồn thay thế. Vào năm 2016, các nhà khoa học đã tạo được tinh trùng có chức năng từ các tế bào gốc phôi. Những tinh trùng này sau đó được sử dụng để thụ tinh với tế bào trứng chuột và sau đó phôi được cấy vào tử cung của chuột cái. Những con chuột được tạo ra khỏe mạnh và bình thường, tiếp tục tạo ra được các thế hệ sau khỏe mạnh.

Các nhà khoa học đã chuyển các tế bào gốc phôi thành các tinh trùng có chức năng, sau đó sử dụng chúng để tạo ra các chuột con khỏe mạnh có khả năng sinh sản. Credit: Quan Zhou et al.

Tuy nhiên chỉ có một hạn chế ở thí nghiệm này là: các nhà nghiên cứu đã trực tiếp sử dụng các tế bào gốc phôi thay vì sử dụng các tế bào da. Cũng vào năm 2016, các nhà khoa học đã cố gắng chuyển thành công tế bào da thành tinh trùng. Các tế bào da được tái lập trình nhờ sự hỗ trợ của một nhóm các gen. Trong một tháng, các tế bào da đã chuyển thành công thành tế bào dòng mầm, loại tế bào mà có thể phát triển thành trứng hoặc tinh trùng phụ thuộc vào môi trường nuôi cấy. Nghiên cứu hứa hẹn này đã cho thấy rằng chúng ta có thể thực sự tạo ra tinh trùng với đầy đủ chức năng từ tế bào da, và có thể sử dụng để thụ tinh với tế bào trứng.

Tạo thành công phôi nhân tạo từ các tế bào gốc

Nếu như bạn nghĩ tinh trùng và các tế bào trứng là bắt buộc phải có để tạo ra phôi thì có lẽ bạn chưa từng nghe nói tới một nghiên cứu đột phá trong khoa học được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu đến từ đại học Cambridge vào đầu năm nay. Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã có thể tạo phôi nhân tạo sử dụng hai loại tế bào gốc: tế bào gốc phôi và các tế bào gốc nguyên bào nuôi phôi (lá nuôi phôi ngoài thường được tìm thấy trong nhau thai) (extra-embryonic trophoblast stem cells). Phôi chuột trong thí nghiệm này được tạo ra bằng cách đặt hai loại tế bào gốc trên một khung đặc biệt được thiết kế 3D. Sau 4,5 ngày, các tế bào trên khung bắt đầu hình thành dạng giống như phôi chuột. Nếu những phôi như vậy có thể hoạt động chức năng như phôi tự nhiên, thì có thể tạo ra nguồn phôi không giới hạn mà không cần trứng hay tinh trùng.

Một mô hình 3D nhân tạo của phôi chuột ở thời điểm 96 giờ (trái) và một phôi được nuôi cấy trong ống nghiệm khoảng 48 giờ từ giai đoạn phôi nang (phải). Màu đỏ để chỉ cấu trúc giống phôi trong khi màu xanh chỉ ra các lá nuôi phôi (bên ngoài phôi), mà sau này sẽ hình thành nhau thai. Credit: Sarah Ellys Harrison et al.

CRISPR và nghiên cứu tế bào gốc bắt đầu tham gia vào nghiên cứu

Các nghiên cứu hiện tại chỉ ra rằng việc chuyển tế bào da thành phôi chức năng có thể được sử dụng để tạo ra cơ thể hoàn chỉnh không phải là quá phức tạp. Nhưng những phôi này vẫn có những vấn đề tương tự như những phôi thông thường khác: chúng dễ bị bệnh di truyền, chúng có thể đột biến và cuối cùng sẽ gặp những vấn đề nghiêm trọng về sức khoẻ sau khi sinh. Chúng có thể cũng phát triển thành những con người bình thường. Tuy nhiên, chúng ta cần tìm kiếm một cái gì đó hơn thế! Một điều gì đó kỳ diệu! May mắn thay, vấn đề này được giải quyết nhờ sức mạnh của kỹ thuật di truyền.

Ở Trung Quốc, bạn có thể tiến hành chỉnh sửa phôi người người nếu tuân theo những hướng dẫn nhất định. Các quy tắc và quy định ở đây không nghiêm ngặt như châu Âu và Mỹ (xem bản đồ dưới đây), đó là lý do tại sao một số nhà khoa học đã sang Trung Quốc để tận dụng tình hình này. Các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã thực hiện chỉnh sửa phôi người với sự trợ giúp của CRISPR-cas9, một kỹ thuật cách mạng có thể giúp chỉnh sửa bộ gen của bất kỳ tế bào nào với độ chính xác cao.

Vào năm 2015, các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã thông báo rằng họ đã chỉnh sửa một gen quan tới một bệnh về máu trong phôi người. Đây cũng là lần đầu tiên chúng ta điều chỉnh phôi người bằng kỹ thuật CRISPR-cas9 (hoặc ít nhất là một công trình trong đó đã được công bố!). Vào năm 2017, một nhóm nghiên cứu khác ở Trung Quốc đã báo cáo về việc tạo ra đột biến kháng HIV trên phôi người. 4 trên 26 phôi đã được chỉnh sửa thành công, điều đó chứng tỏ rằng việc chỉnh sửa phôi người có thể thực sự hiệu quả! Như vậy, cuối cùng chúng ta có thể sửa chữa được các rối loạn di truyền trước khi sinh.

Không chỉ ở Trung Quốc, chỉnh sửa phôi người cũng đang được chấp thuận ở các quốc gia khác. Đầu năm 2016, Anh đã cho phép một nhóm các nhà khoa học được phép chỉnh sửa phôi người. Và gần đây tại Mỹ, các nhà khoa học đã báo cáo về thành công đầu tiên trong việc sửa chữa phôi người. Họ sử dụng CRISPR-cas9 để chỉnh sửa một đột biến gen gây ra bệnh phì đại cơ tim, và cho kết quả thành công vang dội.

Bản đồ này cho thấy những hạn chế pháp lý về việc chỉnh sửa phôi người ở các quốc gia khác nhau trên toàn cầu. Một số quốc gia cho phép chỉnh sửa phôi người nếu tuân theo hướng dẫn nào đó trong khi một số khác có quy tắc mơ hồ. Nguồn: Araki and Ishii, Reproductive Biology and Endocrinology, 2014.

Với tất cả những đột phá đáng kinh ngạc mà bài viết đề ra, sẽ không mất quá lâu trước khi chúng ta làm chủ khoa học về tái thiết kế phôi người. Và khi điều đó xảy ra, các kỹ thuật tương tự có thể được áp dụng trên phôi được tạo ra từ tế bào da người. Nói cách khác, chúng ta hoàn toàn có thể biến các tế bào da người trở thành những con người được biến đổi gen một cách đầy đủ với những khả năng đáng kinh ngạc ngoài sức tưởng tượng. Thuật ngữ để gọi những người được tạo ra như vậy là "những đứa trẻ được thiết kế" vì chúng đã được tùy chỉnh hoặc được "thiết kế lại" để có những đặc điểm di truyền nhất định được kiểm soát chính xác trước khi sinh.

(còn nữa)

Tài liệu tham khảo:

Hashem Al-Ghaili, "Creating Human Beings From Skin Cells Is Possible", Sciencr, September 21, 2017.

Theo Biomedia Việt Nam