Lần đầu tạo được trái tim mini trong phòng thí nghiệm, đập như tim thật

Theo trang sciencemag.org, cơ quan mini (cơ quan tế bào) này bắt chước trái tim thật của phôi thai người 25 ngày tuổi và có thể giúp giải mã nhiều bí ẩn, ví dụ như tại sao tim trẻ em không có vết sẹo sau khi bị đau tim.

Không tham gia vào nghiên cứu mới này, nhưn ông Zhen Ma, kỹ sư sinh học phát triển cơ quan tế bào tim tại Đại học Syracuse, cho biết đây là một nghiên cứu tuyệt vời và thí nghiệm này rất quan trọng trong hiểu rõ về các dị tật tim bẩm sinh và quá trình hình thành tim người. Quá trình này từ trước tới nay chỉ dựa vào mô hình động vật.

Mặc dù các cơ quan mini khác như não, ruột, gan đã được nuôi trong phòng thí nghiệm hơn chục năm nay, nhưng cơ quan tế bào tim khiến các nhà khoa học gặp thách thức hơn.
Những cơ quan tế bào tim đầu tiên được tạo ra từ tế bào tim chuột. Chúng có thể đập trên đĩa trong phòng thí nghiệm, nhưng trông như một đống tế bào tim, chứ không phải là một trái tim đúng nghĩa.

Theo ông Aitor Aguirre, nhà sinh học tế bào gốc tại Đại học Bang Michigan, cơ quan tế bào tim cần có chức năng của cơ quan đó. Với tim, người ta muốn cơ quan tế bào tim phải có buồng và hoạt động đập theo nhịp.

Xem video tim mini đập trong phòng thí nghiệm (nguồn: Sciencemag.org):

Để tạo cơ quan tế bào tim có các tế bào tự tổ chức như trong phôi thai, các tác giả nghiên cứu mới nói trên đã lập trình tế bào gốc đa năng ở người (tế bào có khả năng phát triển thành bất kỳ loại mô nào) để tế bào này biến thành các loại tế bào tim. Họ muốn tạo ba lớp tế bào trong thành buồng tim, một trong những bộ phận phát triển đầu tiên của tim.

Tiếp theo, họ nhúng các tế bào gốc này vào các dưỡng chất kích thích tăng trưởng có nồng độ khác nhau. Họ thử cho tới khi họ tìm ra được công thức để khiến các tế bào gốc này hình thành mô theo đúng trật tự và hình dạng trong phôi thai.

Sau một tuần phát triển, cơ quan tế bào tim đã tương đương về cấu trúc với tim của phôi thai 25 ngày tuổi. Tại giai đoạn này, trái tim chỉ có một buồng, sau này sẽ là tâm thất trái của trái tim trưởng thành.

Cơ quan tế bào tim chỉ có đường kính khoảng 2mm và có các loại tế bào chính điển hình trong giai đoạn phát triển này: tế bào cơ, tế bào biểu mô, nguyên bào sợi và thượng tâm mạc. Chúng cũng có một buồng rõ ràng đập với nhịp 60-100 lần/phút, giống nhịp của trái tim của phôi thai cùng thời gian tuổi.

Tác giả nghiên cứu chính Sasha Mendjan, nhà sinh học tế bào gốc tại Viện Công nghệ Sinh học Phân tử thuộc Viện hàn lâm Khoa học Áo, nói: “Khi tôi nhìn thấy nó lần đầu tiên, tôi ngạc nhiên vì các buồng này có thể tự hình thành. Điều tuyệt vời là bạn thấy ngay rằng liệu thí nghiệm này có kết quả không và cơ quan tế bào này có hoạt động không, vì nó có nhịp đập”.

Tim mini tới nay đã tồn tại hơn 3 tháng trong phòng thí nghiệm và sẽ giúp các nhà khoa học theo dõi quá trình phát triển của tim một cách chi tiết chưa từng thấy. Họ có thể biết nguồn gốc các bệnh tim như dị tật tim bẩm sinh ở trẻ và hiện tượng tế bào tim chết sau khi đau tim. 

Ông Mendjan và đồng nghiệp cũng đông lạnh các phần cơ quan tế bào để thử phản ứng của chúng với tổn thương. Họ thấy nguyên bào sợi tim, một loại tế bào chịu trách nhiệm duy trì cấu trúc mô, đi tới nơi bị tổn thương để sửa chữa các tế bào chết, như diễn ra ở các trẻ em bị đau tim. Từ lâu, các nhà khoa học đã không hiểu tại sao tim trẻ em có thể tái tạo sau khi bị tổn thương mà không để lại sẹo, khác với người lớn. 

Ông Aguirre cho biết bước tiếp theo sẽ là kết nối cơ quan tế bào tim biết đập này với mạng lưới mạch máu và thử khả năng bơm máu. Nhóm của ông Mendjan định tìm cách điều chỉnh dung dịch dưỡng chất để sản xuất ra cơ quan tế bào tim có đủ bốn buồng. Với cơ quan tế bào tim tân tiến này, các nhà nghiên cứu có thể tìm hiểu thêm nhiều vấn đề về bệnh tim có thể phát sinh khi các vách buồng tim bắt đầu hình thành.

Trong khi đó, ông Ma cho rằng nuôi một cơ quan tế bào tim trưởng thành hơn với đủ bốn buồng và cấu trúc là chuyện của tương lai. Ông cho rằng điều này phải chờ tới một thập kỷ mới có thể thành hiện thực.