Nghiên cứu tế bào gốc phôi của người tiết lộ bí ẩn giai đoạn phát triển sớm nhất của con người

Các nhà nghiên cứu thuộc Viện nghiên cứu Johns Hopskin mới đây đã khám phá ra mấu chốt phân tử của một trong những giai đoạn sớm nhất trong quá trình phát triển của con người nhờ sử dụng tế bào gốc phôi. Phát hiện của họ về tín hiệu do protein BMP-4 phát ra khiến tế bào gốc biến đổi thành cái mà sau đó trở thành nhau thai sẽ được đăng tải trên số ra tháng 4 của tờ Cell Stem Cell.

Theo các nhà khoa học, phát hiện của họ đồng thời nhấn mạnh một khía cạnh trong lĩnh vực sinh học tế bào ở người không hề được lặp lại ở các hệ thống mô hình của các loài động vật khác. Hầu như không thể sử dụng một thứ gì khác ngoài tế bào gốc phôi của người để thu thập thông tin cho nghiên cứu này.

Điều tra viên của nghiên cứu cho biết, một lý do thú vị là hệ thống này có thể cung cấp mô hình nghiên cứu để tìm hiểu giai đoạn phát triển sớm của con người trong đó bao gồm sự hình thành nhau thai từ phôi thai giai đoạn đầu.

Phó giáo sư tiến sĩ Linzhao Cheng chuyên ngành phụ khoa và sản khoa kiêm đồng chỉ đạo chương trình nghiên cứu tế bào gốc của Viện Kỹ thuật tế bào Johns Hopkins phát biểu: “Phát hiện này xảy đến ngẫu nhiên đồng thời là nguồn bổ sung quan trọng đối với hiểu biết của chúng ta về giai đoạn phát triển sớm của con người. Đây chính là giới hạn sinh học tế bào gốc mà sự khác biệt giữa chuột và người thể hiện rõ rệt. Chúng ta sẽ không bao giờ có thể khám phá ra nếu chúng ta bó hẹp các nghiên cứu của mình bằng việc chỉ sử dụng tế bào gốc của chuột. Tế bào gốc của người trưởng thành cũng không có tác dụng trong nghiên cứu này”.

Các nhà khoa học đã phát triển một mô hình nghiên cứu mới để tìm hiểu giai đoạn phát triển sớm của con người trong đó bao gồm sự hình thành nhau thai từ phôi thai giai đoạn đầu. (Ảnh: iStockphoto)

Nhóm nghiên cứu đã có được phát hiện khi đang nỗ lực tìm hiểu chứng rối loạn máu hiếm gặp ở người gây ra do đột biến ở một gen có tên PIG-A. Theo Cheng, mô hình phù hợp để nghiên cứu căn bệnh không hề tồn tại vì những con chuột thí nghiệm không có gen này đều chết trước khi sinh, hoặc không có những triệu chứng giống người.

Do đó bằng cách sử dụng công cụ kĩ thuật di truyền thông thường, các nhà nghiên cứu đã nố lực nhiều năm chỉ để loại bỏ PIG-A trong tế bào gốc của người trưởng thành mà không hề thành công. Sau đó họ chuyển sang tách PIG-A trong tế bào gốc phôi của người.

Cheng cho biết: “Chỉ với tế bào gốc phôi người, chúng tôi mới có thể phát triển những tế bào hiếm có được thao tác kỹ thuật nhằm loại bỏ PIG-A”. Kết quả là sự hình thành hai dòng tế bào gốc phôi người không có PIG-A, do đó hai dòng tế bào này cũng không chứa glycosylphosphatidylinositol (GPI) anchor protein trên bề mặt tế bào. GPI anchor protein bám vào nhiều loại protein khác tham gia vào quá trình giao tiếp giữa môi trường trong và ngoài tế bào. Nếu không có một số loại GPI protein nhất định, có thể tế bào sẽ không hoạt động đúng chức năng.

Sau đó các nhà nghiên cứu đã tiến hành thêm một bước nữa nhằm xác minh tế bào gốc phôi đã được thao tác của họ hoạt động giống như tế bào gốc bình thường. “Chúng tôi chỉ muốn chắc chắn rằng các tế bào đã tách PIG-A vẫn có thể phân chia và chuyên biệt hóa”.

Một trong những giai đoạn phân chia tế bào gốc phôi sớm nhất trong giai đoạn phát triển phôi thai bình thường chính là sự phát triển lá nuôi phôi. Đó là một lớp tế bào hình hạt sau đó hình thành nên nhau thai. Theo Cheng, quá trình hình thành lá nuôi phôi xảy ra khi tế bào gốc phôi tiếp xúc với protein BMP-4 dù là trong môi trường tự nhiên hay trong phòng thí nghiệm.

Tuy nhiên, trái với những gì mong đợi, khi các nhà khoa học cho các tế bào đã tách PIG-A tiếp xúc với BMP-4, chúng lại không hề tạo thành lá nuôi phôi.

Chỉ khi họ đưa gen PIG-A trở lại tế bào thì BMP-4 mới hoàn thiện công việc của mình, biến các tế bào thành lá nuôi phôi. Từ đó các nhà nghiên cứu có thể kết luận rằng sự hình thành lá nuôi phôi phụ thuộc vào những loại protein bề mặt nhất định tiếp nhận tín hiệu từ BMP-4.

Tác giả khác của nghiên cứu bao gồm Guibin Chen, Zhaohui Ye, Xiaobing Yu, Jizhong Zou, Prashant Mali, Robert Brodsky và Cheng (Viện Johns Hopkins).