Những gì xảy ra trong sự phát triển phôi thai là một trong những bí mật được bảo vệ tốt nhất của thiên nhiên, mở ra sâu trong cơ thể người mẹ. Bây giờ, các nhà nghiên cứu đã mở một cửa sổ mới trong quá trình này. Họ đã tạo ra phôi chuột nhân tạo từ tế bào gốc - không cần tinh trùng hoặc trứng - và sử dụng một lò phản ứng sinh học sáng tạo để nuôi dưỡng sáng tạo của họ lâu hơn bất kỳ mô hình phôi nào trước đây. Các phôi mô phỏng đã phát triển giải phẫu phù hợp với thực tế và "những điểm tương đồng rất ấn tượng ở cấp độ tế bào. Các tế bào phù hợp phát sinh vào đúng thời điểm", nhà sinh vật học tế bào gốc Niels Geijsen thuộc Trung tâm Y tế Đại học Leiden, người không tham gia vào công việc cho biết.
Kỳ tích, được báo cáo trong tuần này trên Cell, có thể cho phép các nhà sinh vật học đi sâu hơn vào các cơ chế phát triển và hiểu rõ hơn về những gì xảy ra trong dị tật bẩm sinh. Và trưởng nhóm nghiên cứu, nhà sinh vật học tế bào gốc Jacob Hanna thuộc Viện Khoa học Weizmann, nói rằng tiếp theo, ông hy vọng sẽ làm điều tương tự với các tế bào gốc tương đương của con người.
Các nhà nghiên cứu đã lặp lại các bộ phận của quá trình phát triển ban đầu với các mô phỏng phôi được tạo ra từ một loại tế bào gốc của chuột hoặc người, bao gồm các tế bào gốc phôi (ES), có nguồn gốc từ phôi bình thường và có thể hình thành tất cả các mô của cơ thể. Họ đã bắt chước blastocyst, giai đoạn phát triển đơn giản cấy vào tử cung và tái tạo dạ dày, khi phôi trở nên nhiều lớp. Tuy nhiên, những phôi mô phỏng này đã đâm vào một bức tường phát triển. Các tế bào của chúng bắt đầu chuyên biệt hóa nhưng không kết hợp thành các cơ quan.
Một trở ngại đã giữ cho phôi ersatz tồn tại trong hơn một vài ngày. Năm ngoái, Hanna và các đồng nghiệp đã tiết lộ một quy trình nuôi dưỡng cho phép họ nuôi phôi chuột tiêu chuẩn bên ngoài cơ thể người mẹ trong 11 ngày kỷ lục. (Thời gian mang thai của chuột điển hình là khoảng 20 ngày.) Một bước quan trọng liên quan đến việc đặt phôi vào lồng ấp được trang bị một thiết bị giống như bánh xe Ferris, thiết bị này xoay phôi bên trong các chai chất lỏng chứa đầy chất dinh dưỡng và các yếu tố tăng trưởng. Thiết lập cho phép nhóm kiểm soát chính xác các điều kiện tăng trưởng như nồng độ oxy.
Tuy nhiên, những phôi thai đó đến từ trứng chuột được thụ tinh. Để xác định xem liệu quy trình tương tự có cho phép các tế bào gốc biến đổi thành phôi chính thức hay không, nhóm của Hanna đã trộn lẫn các tế bào ES cơ bản của chuột với các dòng tế bào ES được thay đổi gen để sinh sản các mô bên ngoài phôi định hình và hỗ trợ sự phát triển của nó. Sau khi ban đầu nuôi các hội thánh tế bào trên các tấm nuôi cấy, nhóm nghiên cứu đã chuyển chúng sang các chai xoay vào ngày thứ năm.
Đến ngày thứ tám, "phôi thai" rất giống với phôi tự nhiên 8,5 ngày tuổi và tự hào có một trái tim đập, đầu và đuôi riêng biệt, các phân đoạn giống như khối trở thành cơ xương, não và tủy sống đang phát triển, và sự khởi đầu của các cơ quan khác. Các nhà nghiên cứu cũng đo hoạt động của gen trong hơn 40.000 tế bào phôi, tìm thấy tất cả các loại tế bào dự kiến ở đúng vị trí, Hanna nói.
"Đây là một nghiên cứu quan trọng vì họ chứng minh chỉ riêng các tế bào ES có thể tạo ra toàn bộ cấu trúc giống như phôi thai chứa tất cả các cơ quan ban đầu hoàn toàn trong ống nghiệm," nhà sinh học tế bào Jun Wu thuộc Trung tâm Y tế Tây Nam Đại học Texas cho biết.
Không rõ lý do, phôi nhân tạo bị đình trệ vào ngày thứ tám phát triển. Các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ vượt qua rào cản này và mở rộng sự phát triển hơn nữa. Tuy nhiên, phôi có nguồn gốc từ tế bào gốc có lợi thế hơn phôi chuột thông thường để nghiên cứu vì các tế bào có sẵn với số lượng lớn hơn và các nhà khoa học có thể dễ dàng thao tác chúng hơn, nhà sinh vật học tế bào gốc Nicolas Rivron thuộc Viện Công nghệ sinh học phân tử thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Áo cho biết.
Quy trình hiện tại để tạo phôi mô phỏng hầu hết thời gian thất bại — ít hơn 1% tổng hợp tế bào ban đầu hình thành phôi bắt chước. Nhưng, Hanna lưu ý, "Ưu điểm của kỹ thuật này là chúng tôi có thể tạo ra hàng triệu tập hợp trong một đợt."
Đạt được kỳ tích tương tự với các tế bào ES của con người có thể tránh được một số tranh cãi về nghiên cứu về phôi người. Rivron nói: "Điều này đang cung cấp một giải pháp thay thế đạo đức và kỹ thuật cho việc sử dụng phôi thai. "
Hanna đã đồng sáng lập một công ty sẽ điều tra xem liệu phương pháp này có hiệu quả với các tế bào gốc đa năng do con người gây ra hay không, có nguồn gốc từ tế bào trưởng thành chứ không phải phôi thai. Các tế bào và mô trong một yếu tố giải phóng phôi sắp xếp sự phát triển chính xác của hàng xóm của chúng. Vì vậy, việc phát triển tế bào gốc thành phôi nhân tạo trước tiên có thể cung cấp một cách tốt hơn để sản xuất các loại tế bào có thể được cấy ghép để điều trị các bệnh của con người. Đó là "sinh lý hơn," Hanna nói.
