Phát hiện đột phá của chủ nhân Nobel

Hai Giáo sư John B.Gurdon và Shinya Yamanaka đã chia nhau Giải thưởng Nobel Y học 2012 danh giá nhờ những nghiên cứu độc lập về cơ chế đảo chiều tế bào trưởng thành thành tế bào gốc vạn năng.

Các phát hiện của họ được đánh giá là đã tạo ra một cuộc cách mạng cho nhận thức về cơ chế phát triển của tế bào cũng như các cơ quan trong cơ thể động vật.

Vậy tính “đột phá” của chúng nằm ở điểm nào?

Tất cả chúng ta đều được phát triển nên từ tế bào trứng đã thụ tinh. Những ngày đầu tiên sau khi thụ thai, phôi thai chỉ chứa toàn tế bào gốc, chưa trưởng thành. Mỗi tế bào này đều có khả năng phát triển thành mọi dạng tế bào cần thiết để hình thành nên các cơ quan trong cơ thể người. Chúng được gọi là tế bào gốc vạn năng, tức pluripotent stem cells.

Sau này, khi phôi thai phát triển hơn, mỗi tế bào gốc vạn năng sẽ được chuyên môn hóa để tiến hành một sứ mệnh cụ thể trong cơ thể.

Trước đây, người ta tin rằng hành trình từ tế bào gốc trở thành tế bào chuyên biệt là “nhất hướng”, một chiều. Họ cũng cho rằng tế bào chỉ có thể thay đổi từ “chưa trưởng thành” thành “trưởng thành” chứ không thể quay trở lại giai đoạn “chưa trưởng thành”, vạn năng pluripotent được.

Giáo sư John B.Gurdon luôn cho rằng ý nghĩ các tế bào chuyên môn phải gắn chặt lấy số mệnh là võ đoán. Ông tin rằng bản đồ gene của chúng có thể vẫn chứa tất cả những thông tin cần thiết để phát triển thành tất cả các dạng tế bào khác nhau của một cơ quan. Năm 1962, ông đã kiểm tra thử giả thiết của mình bằng cách thay thế nhân tế bào trứng ếch bằng một nhân tế bào trưởng thành, chuyên môn hóa lấy từ ruột nòng nọc. Kết quả là trứng vẫn phát triển thành một con nòng nọc vô tính hoàn chỉnh, đầy đủ chức năng. Sau thành công ban đầu này, Gurdon đã lập lại thí nghiệm này nhiều lần trên ếch trưởng thành. Ông đi đến kết luận: nhân của tế bào trưởng thành hoàn toàn không mất khả năng phát triển thành các cơ quan đầy đủ chức năng.

Phát hiện mang tính cột mốc này của Gurdon ban đầu được giới khoa học cùng thời đón nhận với sự hoài nghi, tuy nhiên nó đã nhanh chóng được nhiều công trình nghiên cứu khác xác nhận và hậu thuẫn. Nhiều nghiên cứu chuyên sâu khác đã được triển khai sau đó, với những kỹ thuật can thiệp đảo ngược gene tinh vi hơn, mà đỉnh cao chính là việc sinh sản vô tính động vật có vú.

Tuy nhiên nghiên cứu của Gurdon chưa trả lời được câu hỏi: Liệu việc biến một tế bào đầy đủ chức năng trở lại thành một tế bào gốc vạn năng là có khả thi hay không?

Chính Shinya Yamanaka là người đã đưa ra đáp án cho câu hỏi này, bằng một phát hiện mang tính đột phá sau đó 40 năm.

Nghiên cứu của vị Giáo sư Nhật Bản hướng đến tế bào gốc phôi thai, chính là tế bào gốc vạn năng pluripotent được tách khỏi phôi và bảo quản trong phòng thí nghiệm. Những tế bào gốc này được lấy khỏi cơ thể chuột lần đầu bởi Martin Evans, người giành giải Nobel năm 2007. Mục tiêu của Yamanaka là cố gắng tìm ra những tổ hợp gene đã giúp giữ cho tế bào gốc vạn năng duy trì trạng thái “chưa trưởng thành”.

Sau khi định vị được một số gene, ông bắt đầu làm thí nghiệm để kiểm tra xem chúng có thể được lập trình lại và biến tế bào trưởng thành về tế bào gốc vạn năng hay không.

Yamanaka và các đồng nghiệp đã đưa những gene này vào các tế bào trưởng thành lấy từ tế bào sợi và kiểm tra kết quả dưới kính hiển vi. Cuối cùng họ cũng tìm thấy một tổ hợp gene có tác dụng và công thức đơn giản đến bất ngờ. Với tổ hợp 4 gene này, họ có thể biến đổi các tế bào sợi trở lại thành tế bào gốc chưa trưởng thành.

Những tế bào gốc vạn năng cảm ứng (induced PS cell) này có thể phát triển thành nhiều dạng tế bào trưởng thành khác nhau như tế bào sợi, tế bào thần kinh và tế bào ruột.

Công trình của Yamanaka được công bố năm 2006 và ngay lập tức được giới khoa học đánh giá là một đột phá quan trọng của lĩnh vực y sinh học.

Cùng với nhau, các phát hiện của Giáo sư Gurdon và Yamanaka đã cho thấy các tế bào chuyên môn trong cơ thể hoàn toàn có thể đảo ngược chu trình phát triển sinh học trong một số điều kiện nhất định. Mặc dù hệ gene của chúng đã bị biến đổi trong quá trình phát triển nhưng những biến đổi này không phải là không thể đảo chiều.

Những nghiên cứu gần đây còn cho thấy tế bào iPS có thể phát triển thành mọi dạng tế bào khác nhau trong cơ thể. Và quan trọng nhất, có thể tạo ra tế bào iPS từ tế bào người. Lấy thí dụ, các bác sĩ có thể lấy tế bào da từ các bệnh nhân của nhiều loại bệnh khác nhau, lập trình lại và kiểm tra trong phòng thí nghiệm xem chúng khác biệt với tế bào của người khỏe mạnh như thế nào. Từ đó, họ có thể hiểu được cơ chế phát bệnh và tìm ra những liệu pháp điều trị hiệu quả hơn.