Nghiên cứu phát triển cá nhân tạo từ tế bào tim người

Các chuyên gia phát triển 73.000 tế bào tim người từ tế bào gốc, biến chúng thành cấu trúc giống cá có thể bơi nhờ quẫy đuôi theo nhịp đập.

Sự thiếu hụt nội tạng hiến tặng khiến các nhà khoa học nỗ lực tìm giải pháp thay thế, ví dụ biến đổi gene lợn để tạo ra tim mà con người có thể sử dụng. Nhóm chuyên gia tại Đại học Harvard đang nghiên cứu một phương pháp khác, đó là tạo ra tim nhân tạo từ tế bào gốc tim. Dù còn rất xa mới đạt được điều này, họ đã có thể biến các tế bào thành một thiết bị lai sinh học hình cá.

Đây là thiết bị lai sinh học tự động đầu tiên từ các tế bào tim phát triển từ tế bào gốc của người. Nghiên cứu công bố trên tạp chí Science hôm 10/2.

“Mục tiêu cuối cùng của chúng tôi là làm ra một trái tim nhân tạo để thay thế tim dị tật ở trẻ em. Thay vì sử dụng hình ảnh tim làm sơ đồ thiết kế, chúng tôi xác định các nguyên tắc vật lý – sinh học quan trọng giúp tim hoạt động, lấy chúng làm tiêu chuẩn thiết kế rồi tái tạo chúng trong một hệ thống đặc biệt – một con cá lai sinh học biết bơi. Nhờ đó, chúng tôi có thể dễ dàng biết được mình có thành công hay không”, giáo sư Kit Parker cho biết.

Thiết bị mới thuộc dạng lai sinh học vì nó kết hợp giữa các tế bào của người với vật liệu phi sinh học như gelatin, phần thân bằng giấy và phao nổi bằng nhựa. Thiết bị không chứa vật liệu nào từ cá thật.

Đặc điểm then chốt của tim là đập và các tế bào cấu thành cũng hoạt động như vậy. Nhóm nghiên cứu biến 73.000 tế bào gốc thành tế bào cơ tim, phủ chúng lên một cấu trúc có hình dạng giống cá ngựa vằn, với hai lớp tế bào cơ ở mỗi bên vây đuôi. Các cơ ở mỗi bên chứa protein võng mạc nhạy cảm với những màu ánh sáng khác nhau.

Bằng cách thay đổi màu ánh sáng, nhóm chuyên gia khiến các tế bào đập không đồng bộ, một bên co lại trong khi bên kia giãn ra, khiến đuôi cá quẫy sang bên này rồi lại sang bên kia. Chuyển động này đẩy con cá tiến về phía trước. Nhóm nghiên cứu cũng chứng minh được các tế bào có thể duy trì chuyển động 108 ngày khi bơi trong dung dịch muối giàu glucose.

“Bằng cách tận dụng tín hiệu điện – cơ tim giữa hai lớp cơ, chúng tôi đã tái tạo chu kỳ mà mỗi cơn co thắt sẽ tự động dẫn đến phản ứng kéo giãn ở phía đối diện. Tần suất và nhịp điệu của nhịp đập được kiểm soát bởi một nút tạo nhịp, giúp nhóm luyện tập việc tạo ra một thiết bị tương tự máy tạo nhịp tim”, tiến sĩ Keel Yong Lee, thành viên nhóm nghiên cứu, nói.

Cá lai sinh học “tiến hóa” từ các dự án trước của nhóm nghiên cứu, mẫu đầu tiên là sứa, sau đó đến cá đuối. Tuy nhiên, cả hai sử dụng tế bào tim chuột trong khi cá lai sinh học là tế bào tim người. Cá lai sinh học cũng bơi tốt và tồn tại lâu hơn nhiều nhờ cơ chế nhân đôi nhịp đập. Đáng chú ý là nó tiến bộ hơn qua thời gian. Việc tập luyện bơi giúp các tế bào khỏe hơn, đạt tốc độ bơi nhanh hơn và cải thiện sự phối hợp cơ trong suốt tháng đầu tiên.