Mở khóa bí mật của bộ não nhỏ organoids

 Wikicabinet – Kênh thông tin tri thức nhân loại kính chào quý độc giả ở kỳ trước chúng tôi đã giới thiệu các chủ đề về:

50 hiệu ứng tâm lý kinh điển siêu thú vị (Kỳ 4)

Kỳ này wikicabinet xin giới thiệu đến độc giả một chủ đề thú vị về Mở khóa bí mật của bộ não nhỏ organoids. Mời quý độc giả đón theo dõi chủ đề này cùng wikicabinet nhé.

Từ chứng tự kỷ, tâm thần phân liệt đến bệnh Alzheimer, những bộ não nhỏ được nuôi trong phòng thí nghiệm có thể là chìa khóa để giải quyết những bí ẩn lớn nhất về sự phát triển và bệnh tật của con người.

Những chồng đĩa nhỏ bằng nhựa trong lồng ấp trong phòng thí nghiệm, mỗi chồng đựng một khối não người lơ lửng tự do có thể nghe giống như chuyện khoa học viễn tưởng. Nhưng đây không phải là chuyến bay trong tương lai của trí tưởng tượng: những sáng tạo kỳ lạ này, được gọi là organoids của não, đã được trồng trong các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới và các nhà nghiên cứu tin rằng họ có thể mở ra một số bí mật sâu sắc nhất về cách bộ não của chúng ta phát triển và điều gì xảy ra khi họ đi sai.

Các thí nghiệm tình cờ với các organoids nhằm mục đích điều tra xem não hình thành như thế nào trong quá trình phát triển trong bụng mẹ. Thí nghiệm này bắt đầu bằng cách nuôi cấy tế bào gốc não thành từng lớp phẳng trong một chiếc đĩa, nhưng các nhà khoa học nhanh chóng nhận ra rằng chúng thiếu nhiều đặc điểm chính của tế bào thần kinh trong não thật. Để tìm kiếm một phương pháp tốt hơn, họ đã thử một kỹ thuật mới để phát triển các ‘hoa thị’ thần kinh – các vòng tròn phẳng, giống như hoa của các tế bào giống như thật hơn, mặc dù vẫn là hai chiều.

Khi đặt các tế bào vào đĩa nuôi cấy, có điều gì đó không ổn với loại thuốc thử đang sử dụng. Thay vì tạo ra những hình hoa thị phẳng đẹp mắt này, họ đã tạo ra những quả bóng lơ lửng kỳ lạ. Bởi vì trông rất thú vị nên chúng tiếp tục được nuôi trồng.

Ngoài ra, các thí nghiệm từ Laboratory khác cũng phát hiện ra những đốm màu kỳ lạ tượng tự. Càng đào sâu nghiên cứu càng phát hiện ra những điều thú vị bên trong những quả cầu não. Mỗi tế bào được tạo ra từ các lớp tế bào phồng lên nối với nhau bằng các khoang, giống như các tâm thất chứa đầy chất lỏng kết nối các bán cầu của vỏ não trong một bộ não thực sự. Ngay cả các lớp tế bào cũng bắt chước sự sắp xếp trong mô não bình thường, với các tế bào gốc lót trong tâm thất và các lớp trên các lớp tế bào và tế bào thần kinh chuyên biệt hơn được xây dựng hướng ra bên ngoài.

Xây dựng bộ não nhỏ

Mặc dù có biệt danh ‘bộ não nhỏ’, các organoids này còn lâu mới trở thành cơ quan nội tạng của con người với kích thước đầy đủ. Chúng có đường kính khoảng nửa cm – gần bằng hình dạng và kích thước của cục tẩy trên đầu bút chì – và chúng thiếu các cấu trúc quan trọng như mạch máu, điều này làm hạn chế độ lớn của chúng. Organoids cũng rất cứng, miễn là chúng được trồng trong một môi trường sạch sẽ và có thể sống trong hơn một năm.

Những bộ não nhỏ đang cho phép chúng ta mở hộp đen về sự phát triển não bộ của con người. Bởi vì chúng phản ánh các loại tế bào và tổ chức của bộ não con người đang phát triển, các organoids đang mở ra một cánh cửa dẫn vào thời gian sống mà trước đây khoa học không thể tiếp cận được.

Khi thực hiện quét MRI trên trẻ em và thậm chí cả trẻ sơ sinh để tìm hiểu sự thay đổi của hệ thống dây điện não, nhưng khi nói đến những sự kiện ban đầu đó – tế bào thần kinh được tạo ra như thế nào, có bao nhiêu, loại nào và ở đâu – cho đến nay khoa học vẫn không thể trả lời được. Tuy nhiên, những gì đang xảy ra trong những bộ não nhỏ này phản ánh những gì đang xảy ra trong một phôi thai thực sự. Bởi vì, sản phẩm cuối cùng trông rất giống một bộ não thật, cho nên đã có một hệ thống có thể điều chỉnh để bắt đầu hỏi một số câu hỏi cơ bản về sự phát triển của não bộ.

Câu hỏi đặt ra là “Điều gì đã tạo nên bộ não con người?” Chúng ta chia sẻ hơn 95% DNA của mình với họ hàng linh trưởng gần nhất, chẳng hạn như tinh tinh, nhưng bộ não của chúng ta lớn hơn nhiều và chắc chắn là khác biệt. Bằng cách so sánh các chất hữu cơ trong não được nuôi dưỡng từ tế bào gốc của tinh tinh với tế bào gốc từ con người, chúng ta có thể theo dõi những khác biệt này xuất hiện như thế nào từ những giai đoạn phát triển sớm nhất. Thậm chí còn có khả năng sử dụng các kỹ thuật di truyền mới để chuyển đổi gen người và tinh tinh trong não bộ nhỏ – điều không thể làm được ở động vật sống – để xác định các con đường phân tử chính xác khiến não người trở nên đặc biệt.

Sự xuất hiện giống như bộ não của những organoids này đặt ra câu hỏi về đạo đức cũng như khoa học. Chúng có thể suy nghĩ, và chúng có ý thức không? Câu trả lời gần như chắc chắn là không, bởi vì chúng giống như khối u não hơn. Các khối u chứa nhiều tế bào thần kinh hơn bộ não nhỏ của chúng ta trong một chiếc đĩa, nhưng không ai lo rằng khối u não của họ đang suy nghĩ hay có ý thức, và không ai buồn khi nó bị lấy ra và vứt bỏ. Nó không phải là một mạng lưới có tổ chức và nó không thể tạo ra một mạch suy nghĩ chức năng – nó là một quả cầu của mô não, và chỉ vì bạn có tế bào thần kinh không có nghĩa là nó có thể suy nghĩ.

Hiện nay, các nhà khoa học đang phát triển những bộ não nhỏ từ các dòng tế bào gốc phôi người – những tế bào đa mục đích ban đầu được tìm thấy trong phôi người rất sơ khai, nhưng hiện được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm. Họ cũng đang sử dụng cái gọi là tế bào gốc đa năng cảm ứng (IPS): tế bào trưởng thành đã được đẩy trở lại trạng thái phôi bằng một hỗn hợp các phân tử do nhà khoa học Nhật Bản đoạt giải Nobel Shinya Yamanaka phát hiện ra lần đầu tiên. Tùy thuộc vào các điều kiện chính xác được sử dụng, họ có thể thúc đẩy các organoids của mình để phát triển tất cả các loại tế bào, từ đám rối màng mạch mềm (sẽ kết nối với các mạch máu trong não thực) đến các tế bào cảm nhận ánh sáng sắc tố thường được tìm thấy trong võng mạc tại mặt sau của mắt.

Bộ não nhỏ không chỉ cho phép các nhà nghiên cứu nghiên cứu các quá trình phát triển bình thường. Chúng còn đang được sử dụng chúng hiểu những gì sai trái trong chứng tự kỷ, tâm thần phân liệt, động kinh và các rối loạn tâm thần kinh khác.

Hầu hết các loại thuốc điều trị tâm thần mà chúng ta có ngày nay đều được phát hiện một cách tình cờ – chúng ta biết rất ít về nguồn gốc của những rối loạn này và câu hỏi là tại sao? Với kỹ thuật y khoa hiện nay, chúng ta chỉ có thể lấy ra một khối u, đặt nó vào một phác đồ và tìm cách điều trị nó, nhưng lại không thể làm điều đó với bộ não của những bệnh nhân bị rối loạn tâm thần.

Trong một thí nghiệm phát triển não mini kéo dài hơn hai năm – cụ thể là 800 ngày đã cho thấy rằng các nhà khoa học có thể tạo ra hầu hết các loại tế bào và cấu trúc giống như trong não người thật. Họ đang sử dụng kỹ thuật này để điều tra gốc rễ của hội chứng động kinh và tự kỷ nghiêm trọng, bằng cách tạo ra các organoids với các tế bào IPS lấy từ mẫu da của những trẻ em bị ảnh hưởng và sau đó so sánh cẩn thận chúng với các nền văn hóa được nuôi cấy từ các tế bào khỏe mạnh.

Họ có thể sử dụng các điện cực để đo cách các tế bào nói chuyện với nhau và kính hiển vi để xem cách các tế bào di chuyển và tạo kết nối với nhau. Nhiều gen liên quan đến những rối loạn này có liên quan đến các kết nối giữa các tế bào thần kinh, vì vậy chúng ta có thể thấy những thay đổi gen ở những bệnh nhân này đang làm suy giảm sự giao tiếp trong não theo cách không xâm lấn.

Kỹ thuật Lego não được phát triển khi gắn kết các organoit bắt chước các vùng khác nhau của não và nghiên cứu sự tương tác của chúng. Nhóm nghiên cứu đang sử dụng các tế bào lai này để theo dõi não bộ khi nó tự lên dây cót, tập trung vào những gì xảy ra với cái gọi là tế bào thần kinh ức chế thường giúp làm dịu hoạt động của não nhưng lại bị lỗi ở những người mắc chứng động kinh và tự kỷ.

Các tế bào thần kinh ức chế không được sinh ra trong vỏ não trên bề mặt não: chúng được sinh ra ở vùng rất sâu của não trước và phải di chuyển từng milimet trong nhiều tháng sau khi sinh. Thực sự rất thú vị khi xem trong các nền văn hóa của chúng ta – họ tự kéo mình lên và nhảy theo.

Nhưng khi xem xét các chất hữu cơ được nuôi cấy bằng cách sử dụng các tế bào của bệnh nhân mắc chứng tự kỷ có liên quan đến chứng động kinh, họ đã thấy một bức tranh rất khác. Các tế bào ức chế di chuyển theo một cách rất đặc biệt, nhảy thường xuyên hơn nhưng kém hiệu quả hơn và cuối cùng bị bỏ lại phía sau.

Một cách ấn tượng, các nhà nghiên cứu sau đó đã có thể xác định một loại thuốc có thể giải cứu những tế bào tụt hậu này, sửa chữa lỗi hệ thống dây điện và hướng tới một phương pháp điều trị tiềm năng trong tương lai cho những trẻ em mắc phải tình trạng tương tự.

Lão hóa

Ngoài ra, các nhà khoa học có thể sử dụng các organoids trong não để xem xét các tình trạng thoái hóa thần kinh bắt đầu từ giai đoạn cuối của cuộc đời, bao gồm bệnh Alzheimer và chứng mất trí nhớ thái dương.

Thông thường các nhà khoa học phải làm việc với mô não sau khi chết của bệnh nhân, nhưng thực tế là chỉ đang xem xét giai đoạn cuối. Nó gần giống như đến hiện trường vụ án sau khi tên tội phạm đã biến mất, và bạn đang cố gắng ghép chuỗi các sự kiện lại với nhau bằng cách xem xét thiệt hại còn lại. Mong muốn lớn nhất của họ là xây dựng các mô hình trong phòng thí nghiệm để chúng ta nhìn vào giai đoạn đầu của căn bệnh – bởi vì nếu chúng ta hiểu những điều sai lầm đầu tiên, đó là lúc việc điều trị sẽ hiệu quả hơn.

Để có thể tiến hành thí nghiệm này, họddax lấy mẫu da của những bệnh nhân mắc chứng mất trí, biến chúng thành tế bào IPS và sau đó nuôi cấy các chất hữu cơ. Từ đó, họ có thể phát hiện ra sự khác biệt so với các organoids từ những người không bị ảnh hưởng chỉ sau vài tháng, tìm thấy mức độ gia tăng của các dạng phân tử nhất định có liên quan đến bệnh Alzheimer.

Tuy nhiên, có một vấn đề với cách tiếp cận này: những bộ não nhỏ bắt chước những giai đoạn đầu tiên của cuộc đời, trong khi chứng sa sút trí tuệ là một vấn đề cần nhiều thập kỷ để phát triển. Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đang nghiên cứu các thủ thuật thông minh để đẩy nhanh quá trình lão hóa. Một ý tưởng là bổ sung những thay đổi di truyền bắt chước progeria – một chứng rối loạn hiếm gặp gây ra lão hóa sớm. Một cách tiếp cận khác là can thiệp vào các cấu trúc bảo vệ các đầu tận cùng của DNA bên trong tế bào, được gọi là telomere, hoạt động như một loại đồng hồ đếm ngược khi chúng ta già đi.

Cùng với việc nghiên cứu các quá trình cơ bản dẫn đến chứng sa sút trí tuệ, não bộ nhỏ có rất nhiều tiềm năng giúp xác định phương pháp điều trị phù hợp cho từng bệnh nhân.

Khi nền y học được cá nhân hóa, tức là bạn có thể lấy tế bào của ai đó và nuôi cấy các chất hữu cơ trong phòng thí nghiệm, sàng lọc một bảng các loại thuốc chống lại các tế bào bệnh. Có lẽ, người này sẽ phản ứng với thuốc ABC, nhưng người này sẽ đáp ứng tốt hơn với thuốc XYZ. Quá trình điều trị bệnh tật sẽ nhanh và hiệu quả hơn. Điều đó đang được áp dụng trong sinh học ung thư, ý tưởng này có thể phân tầng bệnh nhân trên cơ sở phân tử. Trong khi nền y học của nhân loại đang còn một chặng đường dài phía trước, một ý tưởng phát triển tế bào thần kinh của một người nào đó để các nhà khoa học có thể tìm ra liệu pháp tối ưu nhất là điều đáng mừng. Những bộ não nhỏ này sẽ là tia hy vọng giúp thay đổi cuộc sống của hàng triệu bệnh nhân trên toàn thế giới.

Các organoids được phát triển từ các tế bào lấy từ bệnh nhân thực. Những đứa trẻ này bị rối loạn phát triển thần kinh nghiêm trọng thực sự làm suy yếu cuộc sống của chúng. Chỉ vài tháng sau, bạn có thể lấy mô não từ những bệnh nhân đó vào một món ăn và bắt đầu đặt câu hỏi về việc căn bệnh này có thể phát sinh như thế nào – đó là điều khiến điều này trở nên thú vị.

Trong kỳ tiếp theo, Wikicabinet trân trọng mời độc giả đón đọc chủ đề Trải nghiệm thực tế về cái chết như thế nào?

Nếu có những thắc mắc hay muốn tìm hiểu về bất kỳ chủ đề nào, hãy liên hệ với Wikicabinet bằng cách bình luận ở phía dưới nhé.

Source:Wiki Cabinet

Via:Wiki Cabinet

Tags:bộ não nhỏcon ngườiorganoids