Organoid – các cấu trúc tế bào 3D tí hon – lâu nay đã được dùng để nghiên cứu bệnh tật và thử nghiệm thuốc. Tuy nhiên, phần lớn organoid thiếu mạch máu, khiến kích thước, chức năng và mức độ trưởng thành của chúng bị hạn chế. Chẳng hạn, thận cần mạch máu để lọc máu, phổi cần chúng để trao đổi khí.

Tháng trước, hai nhóm nghiên cứu độc lập công bố trên tạp chí Science và Cell cách tạo organoid có mạch máu ngay từ giai đoạn đầu. Họ bắt đầu bằng tế bào gốc đa năng, rồi điều chỉnh quá trình biệt hóa để đồng thời tạo mô cơ quan và tế bào mạch máu.

Oscar Abilez, chuyên gia tế bào gốc tại Đại học Stanford và đồng tác giả nghiên cứu về tim và gan, nhận xét: “Những mô hình này thật sự cho thấy sức mạnh của phương pháp mới.”

Ban đầu, các nhóm nghiên cứu thường trộn riêng mô mạch máu và mô khác thành một “assembloid” (mô hình trong ống nghiệm kết hợp nhiều organoid hay các tế bào khác), nhưng cách làm này vẫn chưa tái hiện đầy đủ cấu trúc thật.

Bước đột phá đến từ một phát hiện tình cờ: khi nuôi tế bào biểu mô, một số nhóm nghiên cứu – trong đó có Đại học Michigan – nhận thấy organoid tự phát sinh thêm tế bào nội mô mạch máu. Thay vì loại bỏ, họ tìm cách “nhân lên” hiện tượng này trong organoid ruột.

Từ manh mối đó, Yifei Miao và đồng nghiệp tại Viện Động vật học, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, đã thử kiểm soát quá trình đồng phát triển tế bào biểu mô và tế bào mạch máu trong cùng một đĩa nuôi cấy. Ban đầu, việc này rất khó vì hai loại tế bào cần tín hiệu phân tử đối lập để tăng trưởng. Tuy nhiên, nhóm đã tìm ra cách điều chỉnh thời điểm bổ sung các phân tử kích thích, giúp cả hai cùng phát triển.

Kết quả, các organoid phổi khi cấy vào chuột đã biệt hóa thành nhiều loại tế bào, kể cả tế bào đặc trưng ở phế nang – nơi trao đổi khí. Khi nuôi trên giàn giá 3D, chúng tự sắp xếp thành cấu trúc giống túi phế nang. Josef Penninger, chuyên gia tại Trung tâm Nghiên cứu Nhiễm trùng Helmholtz (Đức), đánh giá đây là bước tiến thú vị.

Tương tự, chuyên gia Abilez tạo ra các organoid tim chứa cả tế bào cơ, tế bào mạch máu và thần kinh. Mạch máu hình thành các nhánh nhỏ len lỏi trong các mô. Cách tiếp cận này cũng tạo ra gan tí hon với nhiều mạch máu li ti.

Tuy nhiên, các organoid hiện tại vẫn chỉ tái hiện giai đoạn phát triển phôi sớm. Penninger nhận định để organoid hoạt động như cơ quan thật, các nhà khoa học sẽ phải phát triển được mạch máu lớn hơn, kèm mô đệm hỗ trợ và cả mạch bạch huyết. Và thách thức tiếp theo là “mở van” cho mạch máu vận chuyển dòng chảy thực sự. Ông nói: “Đây là một lĩnh vực cực kỳ thú vị”.