Tế Bào Gốc & Giải Nobel Y-Sinh Học 2016
[justify]Tất cả chúng ta đều khởi đầu sự sống từ một tế bào duy nhất, gọi là hợp tử, hình thành sau quá trình thụ tinh. Hợp tử phân chia tạo thành hai tế bào; mỗi một tế bào trong đó lại phân chia và cứ tiếp diễn như vậy. Chẳng mấy chốc, khoảng 5 ngày sau khi thụ tinh, hợp tử có dạng một quả bóng rỗng, với khoảng 150 tế bào được gọi là phôi bào (blastocyst). Phôi bào thậm chí còn nhỏ hơn một hạt cát, bao gồm 2 nhóm tế bào: nguyên bào nuôi phôi (trophoblast) và khối tế bào nội tại trong phôi bào. Tế bào gốc phôi là những tế bào hình thành nên khối tế bào nội tại (inner cell mass). Do tế bào gốc phôi có thể hình thành nên bất cứ loại tế bào nào trong cơ thể người trưởng thành nên nó còn được coi là tế bào gốc toàn năng (pluripotent stem cell).
Tế bào gốc cũng có thể tìm thấy ở một số loại mô nhất định ở người đã phát triển toàn diện, từ trẻ em đến người trưởng thành, với số lượng rất ít. Ví dụ, tế bào gốc tủy xương (tế bào gốc máu) có trong tủy của xương, chúng phát triển thành tất cả các loại tế bào máu chuyên biệt.
Tế bào gốc là tế bào nền móng của tất cả các tế bào, mô và cơ quan trong cơ thể. Về cơ bản, mọi tế bào trong cơ thể người đều có nguồn gốc từ trứng đã thụ tinh (còn được gọi là hợp tử) – chính là sự kết hợp giữa tinh trùng và trứng.
Nhưng cơ thể chúng ta có đến hơn 200 loại tế bào khác nhau, chứ không phải chỉ một loại duy nhất. Tất cả những loại tế bào này đều hình thành từ một vốn tế bào gốc ở giai đoạn phát triển sớm nhất của phôi. Trong giai đoạn này, cũng như giai đoạn phát triển sau đó, các loại tế bào gốc đã hình thành nên tế bào chuyên biệt hay biệt hóa để rồi thực hiện các chức năng cụ thể trong cơ thể người; ví dụ như tế bào da, tế bào máu, tế bào cơ và tế bào thần kinh.
Tế bào gốc có một khả năng vô song, đó là chúng có thể phát triển thành nhiều loại tế bào khác trong cơ thể. Đóng vai trò là hệ thống sửa lỗi cho cơ thể, về mặt lý thuyết, chúng có thể phân chia không hạn định để thay thế các tế bào khác, và đồng thời đảm bảo số lượng các loại tế bào trong cơ thể, miễn là con người hay con vật còn sống. Khi một tế bào gốc phân chia, mỗi một tế bào mới vừa có khả năng trở thành tế bào gốc vừa có thể trở thành một loại tế bào khác với chức năng chuyên biệt như tế bào cơ, tế bào hồng cầu hay tế bào não.
QUÁ TRÌNH PHÂN CHIA VÀ BIỆT HÓA TẾ BÀO
[/justify]
Tất cả các loại tế bào gốc, dù bắt nguồn từ đâu, cũng đều có 3 đặc tính chung: chúng có khả năng phân chia và tự tái tạo trong khoảng thời gian dài; chúng không bị biệt hóa; và chúng có thể phát triển thành các loại tế bào chuyên biệt. Ở điều kiện thích hợp, tế bào gốc có thể phát triển thành các mô và cơ quan chuyên biệt.
Những đặc tính độc nhất vô nhị này là yếu tố hứa hẹn, khiến tế bào gốc trở thành nguồn cung cấp tế bào, nhằm điều trị các chứng bệnh như chứng mất trí nhớ, ung thư, bệnh Parkinson, tiểu đường loại 1, chấn thương cột sống, đột quỵ, bỏng, bệnh tim, viêm khớp xương mãn tính và viêm khớp dạng thấp. Ngày nay, các mô hay cơ quan bị bệnh, bị hủy hoại đều được thay thế từ người hiến tặng. Về cơ bản, số lượng người cần cấy ghép vượt xa số lượng bộ phận thay thế sẵn có. Tế bào gốc chính là nguồn tiềm năng cung cấp các tế bào và mô có thể được ứng dụng trong điều trị nhiều căn bệnh, do tế bào gốc có thể tự phục hồi và tạo ra các tế bào chuyên biệt.
Nhờ bởi chính đặc tính này của tế bào gốc khiến các nhà khoa học say mê nghiên cứu hầu tìm kiếm các biện pháp điều trị y học nhằm thay thế các tế bào bị hủy hoại hoặc thương tổn.
QUÁ TRÌNH BIỆT HÓA TẾ BÀO GỐC TỦY XƯƠNG
Tế bào gốc trưởng thành được lập trình cách đặc trưng để hình thành nên các loại tế bào khác nhau cho mô của chúng. Những tế bào này được gọi là tế bào gốc đa năng (multipotent stem cells). Hiện nay các khoa học gia vẫn chưa xác định được hết mọi tế bào gốc trưởng thành trong các cơ quan quan trọng của cơ thể. Một số mô như não, mặc dù có tế bào gốc tồn tại nhưng chúng lại không hoạt động, do đó chúng không sẵn sàng phản ứng với tế bào bị chấn thương hay tổn hại. Hiện thời các nhà khoa học cũng đang tìm kiếm cách thức kích thích những tế bào gốc đang hiện diện để chúng phát triển và tạo ra đúng loại tế bào cần thiết nhằm thay thế tế bào bị hủy hoại.
TẾ BÀO GỐC CŨNG CÓ THỂ THU HOẠCH ĐƯỢC TỪ NHỮNG NGUỒN NHƯ DÂY RỐN, NHAU THAI CỦA TRẺ SƠ SINH
Đây là nguồn tế bào gốc có thế tiếp cận được, so với mô não hay tủy xương trưởng thành. Mặc dù các nhà khoa học có thể tạo những tế bào này trên đĩa nuôi cấy nhưng rất giới hạn. Mới đây, các nhà khoa học đã khám phá sự tồn tại của tế bào gốc trong răng sữa của trẻ em và nước ối bao xung quanh thai nhi. Những tế bào này cũng có thể có tiềm năng hình thành nên nhiều loại tế bào khác. Nghiên cứu tìm hiểu đặc điểm những tế bào này rất hứa hẹn, nhưng mới chỉ được thực hiện ở giai đoạn đầu.
Tế bào gốc phôi là gì?
Tế bào gốc phôi có thể được tạo ra từ quá trình thụ tinh trong ống nghiệm (IVF). Tế bào gốc phôi khởi nguồn từ những tế bào tạo nên khối tế bào nội tại trong phôi bào. Tế bào gốc phôi chuột có khả năng tạo ra bất cứ loại tế bào nào trong cơ thể dưới điều kiện thích hợp. Do đó, tế bào gốc phôi được coi là tế bào toàn năng, có khả năng phân chia không hạn định cho đến khi sinh trưởng và biệt hóa. Tế bào gốc phân chia liên tiếp trong môi trường nuôi cấy mô trong lồng ấp, nhưng cùng lúc duy trì khả năng hình thành nên loại tế bào khác khi được đặt trong môi trường thích hợp để thúc đẩy quá trình biệt hóa.
Các mẫu tế bào gốc phôi người hiện đang được nghiên cứu. Một vài nhóm nghiên cứu đang tìm hiểu liệu tế bào gốc phôi người có sở hữu cùng những đặc tính giống tế bào gốc phôi chuột hay không. Do tế bào gốc phôi người chỉ mới được tách trong thời gian gần đây, do đó vốn hiểu biết của chúng ta còn hạn chế về cách thức phân chia nơi tế bào gốc. Tiến hành nghiên cứu trên hệ thống cơ thể con người cũng khó khăn hơn so với chuột. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã và đang đạt được những tiến bộ đáng kể, hầu có thể tìm ra những liệu pháp nhằm thay thế hoặc khôi phục các mô bị hủy hoại, trong việc sử dụng những tế bào gốc này.
TỰ THỰC BÀO (AUTOPHAGY) & GIẢI NOBEL Y-SINH HỌC 2016
Năm nay 2016, giải Nobel Y-Sinh học (trị giá gần 940,000 USD) được trao cho một nhà khoa học Nhật: Giáo sư Yoshinori Oshumi. Ông hiện là giáo sư của Học Viện Công nghệ Tokyo (Tokyo Institute of Technology). Ông là người Nhật thứ 4 được trao giải Nobel y sinh học, và người Nhật thứ 25 được trao giải Nobel.
Thuật ngữ “tự thực bào” (autophagy) có thể dịch ra là “tự ăn” (self eating), lần đầu tiên được đưa ra bởi các nhà khoa học nghiên cứu biểu hiện của tế bào trong những năm 1960 (nhà khoa học Laureate Christian de Duve, 1963).
Vào giữa những năm 1950, các nhà khoa học đã quan sát thấy một khoang tế bào đặc biệt chứa các enzyme có thể tiêu hủy protein, cacbonhydrat và chất béo và đặt tên cho khoang tế bào (bào quan) này là lysosome. Nhà khoa học Bỉ Christian de Duve đã được nhận giải Nobel Y sinh học năm 1974 về công trình khám phá ra lysosome.
Trong những năm 60, nhờ vào những phân tích sinh hóa và vi thể sâu hơn, các nhà khoa học đã phát hiện ra cách thức các tế bào vận chuyển chất đến các lysosome để tiêu hủy dưới dạng các túi vận chuyển. Christian de Duve, nhà khoa học đứng sau khám phá về lysosome, đã dùng thuật ngữ autophagy (tự thực) để mô tả quá trình này. Những túi mới này được đặt tên là autophagosome (thể tự thực).
Tại thời điểm đó, các nhà nghiên cứu thấy rằng một tế bào có thể phá hủy một phần của nó bằng cách vận chuyển vào một túi khác gọi là các lysosome để phân rã từ từ.
Nhưng Juleen Zierath thành viên của Hội đồng Nobel giải thích: Ohsumi cho thấy lysosome không phải là một túi chứa chất thải mà đó là một nhà máy tái chế. Trong những năm 1990, thí nghiệm của Ohsumi đã sử dụng nấm men bánh mì để xác định các gen cần thiết cho quá trình tự thực bào.
Quỹ Nobel đã đưa ra một tuyên bố “Sau đó, ông ấy đã làm sáng tỏ cơ chế cơ bản của quá trình tự thực bào trong nấm men và cho thấy sự tương đồng trong cơ chế tinh vi được sử dụng trong các tế bào”.
Tóm lại, quá trình tự thực bào giúp kiểm soát các chức năng sinh lý quan trọng trong đó các thành phần của tế bào cần phải được phân hủy và tái chế. Quá trình tự thực bào có thể cung cấp nguồn nhiên liệu một cách nhanh chóng cho việc cung cấp năng lượng và xây dựng, làm mới các thành phần tế bào. Sau khi bị xâm nhiễm, quá trình tự thực bào có loại bỏ các tác nhân vi khuẩn và virus xâm nhiễm trong nội bào. Việc làm gián đoạn quá trình tự thực bào có liên quan đến bệnh Parkinson, tiểu đường type 2 và các rối loạn khác thường xuất hiện ở người già. Quá trình đột biến trong các gen tự thực bào có thể thể là nguyên nhân gây ra các bệnh di truyền và các rối loạn trong cơ chế tự thực bào cũng có liên quan đến ung thư. Các nghiên cứu mở rộng hiện nay đang cố gắng phát triển các loại thuốc có thể tác động trúng đích đến sự tự thực bào trong một số bệnh khác nhau.
Giải thưởng năm nay 2016 ghi nhận khám phá liên quan đến cơ chế sinh tử của tế bào, được đặt tên tiếng Anh là macroautophagy, nhưng thường thì gọi tắt là autophagy. Thuật ngữ autophagy xuất phát từ tiếng Hi Lạp, có nghĩa là "tự ăn", nhưng có lẽ dịch sang tiếng Việt là "tự thực". Thật ra, nghĩa đúng và đầy đủ là quá trình tế bào tái sinh.
Để hiểu khái niệm tế báo tái sinh hay tự thực, có lẽ chúng ta bắt đầu với protein. Protein là một thành tố rất ư quan trọng cho sự tăng trưởng và duy trì cơ thể con người. Mỗi ngày, cơ thể chúng ta cần khoảng 0.8 g trên 1 kg trọng lượng cơ thể. Một người đàn ông trung bình nặng 75 kg, thì lượng protein tối cần là khoảng 0.8 x 75 = 60 g. Cố nhiên, đây là cách ước tính cực kỳ đơn giản, chứ trong thực tế thì phức tạp hơn, do lượng protein còn tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố khác. Nói chung, cơ thể chúng ta cần khoảng 60 đến 80 g protein mỗi ngày.
Nhưng mỗi ngày, để duy trì sức khoẻ bình thường, cơ thể chúng ta phải đào thải một lượng protein bị hư hỏng, và thay thế chúng bằng protein mới. Tính chung, mỗi ngày cơ thể chúng ta cũng cần phải thay thế khoảng 200 đến 300 g protein. Nhưng trong khi chúng ta chỉ thu nạp chỉ khoảng 60-80 g, và hơn phân nửa là bị thải ra, vậy thì lấy đâu để thay thế? Đó là "bí mật" của cơ thể. Giáo sư Yoshinori Oshumi tìm ra được cơ chế thay thế đó. Hoá ra, các tế bào và protein trong chúng ta có khả năng tái sinh (recycling). Nói cách khác, trong điều kiện thiếu thốn, các protein tự chúng tái sinh để đáp ứng đủ khối lượng protein mà cơ thể cần thiết. Cơ chế tái sinh này được đặt tên là autophagy. Ý nghĩa "tự thực" được hiểu từ cơ chế đó.
Phảng phất triết lý Phật
Khái niệm sinh - diệt của tế bào rất gần với ý niệm "vô thường" trong Phật giáo. Kinh Tứ Thập Nhị Chương có thuật một câu chuyện, mà theo đó Đức Thế Tôn hỏi các tỳ kheo rằng con người sống bao lâu. Người thì trả lời là 100 năm, người cho rằng 70 năm, người lại nói vài tháng. Chỉ có một tỳ kheo nói rằng mạng người sống chỉ có một hơi thở! Đức Thế Tôn khen vị tỳ kheo đã hiểu đúng về định luật vô thường của sự sống. Định luật vô thường ở đây có thể hiểu là chu trình thành - trụ - hoại - không. Chu trình này diễn ra liên tục trong cơ thể chúng ta.
Thật vậy, trong thực tế sinh học, tất cả chúng ta sống và chết trong một giây, và qui trình sinh - diệt này diễn ra một cách liên tục, cho đến ngày chúng ta giã từ trần thế. Một ví dụ tiêu biểu là trong xương chúng ta, có hai loại tế bào lúc nào cũng làm việc song hành với nhau, một loại tế bào chuyên đục xương cũ (gọi là tế bào huỷ xương), và sau đó một loại tế bào khác lấp vào đó những xương mới (tế bào tạo xương). Qui trình huỷ diệt và sinh mới này diễn ra liên tục. Do đó, cứ mỗi 10 năm chúng ta có một bộ xương mới hoàn toàn. Trường hợp tiêu biểu về chu trình huỷ - sinh của xương cũng có thể dùng để giải thích chu trình của tất cả các tế bào khác trong cơ thể con người.
Do đó, nói rằng chúng ta chết và sống trong từng giây không phải là một ví von, một mĩ từ tôn giáo, mà là một thực tế sinh học. Phát hiện của Giáo sư Yoshinori Oshumi tuy không mới nhưng giải thích được cái cơ chế của định luật vô thường qua phương pháp khoa học hiện đại.
Ý nghĩa của Tự Thực
Hiện nay, lĩnh vực nghiên cứu về tự thực vẫn còn trong giai đoạn sơ khai, và thành quả thực tế còn rất hạn chế. Phát hiện của Gs Oshumi không (và chưa) dẫn đến một phương pháp điều trị. Tuy nhiên, khái niệm tự thực được sự quan tâm của rất nhiều chuyên khoa. Rất nhiều labo trên thế giới đang theo đuổi nghiên cứu về tự thực cho các bệnh lý phổ biến, và cả vấn đề kháng thuốc. Chẳng hạn như có vài nghiên cứu cho thấy cơ chế tự thực giải thích tại sao một số bệnh nhân ung thư và một số bệnh nhân lao phổi kháng thuốc. Một vài thử nghiệm gần đây cho thấy can thiệp vào cơ chế tự thực có thể giảm tình trạng kháng thuốc, và qua đó nâng cao hiệu của của thuốc. Nhưng hãy còn quá sớm để có một thuốc mới cho việc điều trị các bệnh lý phức tạp.
Phát hiện về chu trình tái sinh của tế bào và protein chỉ giúp chúng ta hiểu hơn về cơ chế bệnh lý, về sự tồn tại của chính chúng ta. Chẳng hạn như chúng ta hiểu tại sao trong thời kỳ đói khát, cơ thể có thể duy trì sự sống một thời gian khá lâu. Chúng ta cũng có thể giải thích tại sao chúng ta "lão hoá", mất xương, bị ung thư, bị tiểu đường, v.v. Cơ chế autophagy cũng giải thích tại sao cơ thể chúng ta có thể tự sửa chữa những tổn hại như lành xương sau gãy xương chẳng hạn.
Ông sinh năm 1945, tức năm nay đã 71 tuổi. Đây cũng là tuổi trung bình của "chủ nhân" giải Nobel y sinh học. Tôi thấy cuộc đời và sự nghiệp của ông là một bài học về sự kiên trì theo đuổi mục tiêu.
Nhìn chung, ông không có một sự nghiệp sáng chói như các nhà khoa học phương Tây. Ông tốt nghiệp cử nhân năm 1967 (ĐH Tokyo), tiến sĩ năm 1972 (ĐH Tokyo), làm nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ tại Rockefeller từ 1974-1977. Rockefeller là một trong những trường có nhiều giải Nobel. Nói chung, bước đầu sự nghiệp của ông -- nói theo ngôn ngữ giới khoa học -- là những "right addresses" (địa chỉ đúng).
Năm 1977 ông quay về Nhật, nhưng mấy năm đầu không có công trình nổi trội. Thoạt đầu, ông chỉ làm "Research Associate" (cao hơn phụ tá nghiên cứu một chút) ở ĐH Tokyo cho đến năm 1986. Mãi đến năm 1988, tức 11 năm sau tốt nghiệp tiến sĩ, ông mới có labo riêng. Và, lúc có lab riêng, ông cũng chỉ giữ chức giảng viên mà thôi. Từ năm 1988 (năm đầu tiên công bố công trình autophagy) ông mới được bổ nhiệm Associate Professor (Phó giáo sư), và ông ở chức vụ này gần 10 năm trời! Nhưng đó là thời gian ông củng cố thực lực để làm dự án lớn. Ông cho biết lúc đó, chẳng ai trong giới khoa học quan tâm đến ý tưởng tự thực cả, nhưng ông không bỏ cuộc.
Đến năm 1996, ông chuyển sang Viện Sinh học Cơ bản, và được thăng chức Full Professor. Nói cách khác, phải tốn 20 năm trời sau tiến sĩ, ông mới đạt được chức vụ quan trọng, và đó là một thời gian hơi dài. Nhưng lúc đó, ông đã chuyển sang nghiên cứu trên người, và sự nghiệp bắt đầu khởi sắc. Ông được xem là một trong những nhà khoa học có nhiều trích dẫn (highly cited scientist), top 0.1% trong y học.
Tuy nhiên, những nghiên cứu của ông chỉ được "công nhận" từ 2005 trở đi. Lúc đó, vì có nhiều người theo đuổi autophagy mà ông dẫn đầu, nên ông có một cộng đồng đồng nghiệp, và họ đề cử ông những giải thưởng cao quí. Mãi đến 2006 ông mới được một giải thường hạng trung của Nhật. Không như các nhà khoa học khác (trước khi được trao giải Nobel họ thường được giải Lasker), ông Oshumi không có giải đó. Thật ra, giải Nobel là giải danh giá mà ông có được lần đầu!
Với một sự nghiệp như thế Gs Yoshinori Oshumi là người có thể đưa ra những lời khuyên cho giới trẻ. Ông nói rằng sau một thời gian loay hoay với hướng đi của người khác mà không thành công, ông nhận ra là ông phải có hướng đi riêng. Ông nói, tôi muốn làm cái gì đó khác với người khác, và tôi nghĩ quá trình sinh huỷ sẽ là một chủ đề thú vị. Làm theo người khác chỉ để học nghề thì rất tốt, nhưng sau khi học nghề thì phải có một hướng đi cho riêng mình. Đó là bài học về hành trình và sự nghiệp của ông.
Gs Yoshinori Oshumi đã mở một cánh cửa cho khoa học, hay nói theo ngôn ngữ khoa học, ông đã tạo ra một trường phái mới. Ông nói với giới khoa học trẻ rằng không phải ai cũng có thể thành công trong khoa học, nhưng điều quan trọng là chúng ta phải đối diện với thách thức trong nghiên cứu. Thiết nghĩ câu nói này cũng rất thời sự tính cho các bạn đang theo đuổi sự nghiệp nghiên cứu khoa học.
YOSHINORI OSHUMI & SỰ ĐÓNG GÓP CHO NỀN Y HỌC HIỆN ĐẠI
Nhờ Ohsumi và những người khác tiếp bước ông, giờ đây chúng ta biết rằng tự thực kiểm soát những chức năng sinh lý quan trọng trong đó các thành phần tế bào cần được giáng hóa và tái chế. Tự thực có thể nhanh chóng cung cấp nhiên liệu dùng làm năng lượng và tạo nên những "viên gạch" để xây mới các thành phần tế bào, và do đó thiết yếu cho đáp ứng của tế bào với đói và các loại stress khác. Sau nhiễm trùng, tự thực có thể loại bỏ vi khuẩn và virus xâm nhập tế bào.
Các tế bào cũng sử dụng tự thực để loại bỏ protein và các bào quan bị hư hỏng, một cơ chế kiểm soát chất lượng rất quan trọng để đối phó với những hậu quả tiêu cực của quá trình lão hóa. Tự thực bị gián đoạn có liên quan đến bệnh Parkinson, tiểu đường loại 2 và các rối loạn khác xuất hiện ở người già. Đột biến ở gen tự thực có thể gây bệnh di truyền.
Rối loạn trong bộ máy tự thực cũng có liên quan đến ung thư. Các nghiên cứu tích cực hiện đang tiếp tục phát triển những thuốc có thể nhắm vào tự thực trong các bệnh khác nhau. Cơ chế tự thực đã được biết đến từ năm 1950 nhưng tầm quan trọng cơ bản của nó đối với y học và sinh lý học chỉ mới được công nhận sau những thí nghiệm xuất sắc của Ohsumi hồi năm 1990.
Với những cố gắng không ngừng nghỉ của mình trong việc khám phá và làm sáng tỏ cơ chế tự thực, nhà khoa học Yoshinori Ohsumi xứng đáng được nhận giải Nobel về Y học và Sinh lý học năm 2016.
Phát hiện về cơ chế tự thực của Gs Yoshinori Oshumi không chỉ có ý nghĩa khoa học, mà còn phảng phất triết lý Phật. Quá trình tái sinh của tế bào là một khía cạnh của ý niệm vô thường. Thật ra, rất nhiều những gì mà giới khoa học ngày nay gọi là "khám phá" hay "phát hiện" thực chất chỉ là minh hoạ và giải thích những ý niệm đã được Phật phát biểu cách đây hơn 2500 năm. Nhưng cái đẹp của khoa học hiện đại là những phương pháp tinh vi và chính xác có thể giúp chúng ta xác minh và hiểu tốt hơn những ý tưởng cổ điển mà các bậc hiền triết ngày xưa nghĩ đến.
Tất cả các loại tế bào gốc, dù bắt nguồn từ đâu, cũng đều có 3 đặc tính chung: chúng có khả năng phân chia và tự tái tạo trong khoảng thời gian dài; chúng không bị biệt hóa; và chúng có thể phát triển thành các loại tế bào chuyên biệt. Ở điều kiện thích hợp, tế bào gốc có thể phát triển thành các mô và cơ quan chuyên biệt.
Những đặc tính độc nhất vô nhị này là yếu tố hứa hẹn, khiến tế bào gốc trở thành nguồn cung cấp tế bào, nhằm điều trị các chứng bệnh như chứng mất trí nhớ, ung thư, bệnh Parkinson, tiểu đường loại 1, chấn thương cột sống, đột quỵ, bỏng, bệnh tim, viêm khớp xương mãn tính và viêm khớp dạng thấp. Ngày nay, các mô hay cơ quan bị bệnh, bị hủy hoại đều được thay thế từ người hiến tặng. Về cơ bản, số lượng người cần cấy ghép vượt xa số lượng bộ phận thay thế sẵn có. Tế bào gốc chính là nguồn tiềm năng cung cấp các tế bào và mô có thể được ứng dụng trong điều trị nhiều căn bệnh, do tế bào gốc có thể tự phục hồi và tạo ra các tế bào chuyên biệt.
Nhờ bởi chính đặc tính này của tế bào gốc khiến các nhà khoa học say mê nghiên cứu hầu tìm kiếm các biện pháp điều trị y học nhằm thay thế các tế bào bị hủy hoại hoặc thương tổn.
QUÁ TRÌNH BIỆT HÓA TẾ BÀO GỐC TỦY XƯƠNG
Tế bào gốc trưởng thành được lập trình cách đặc trưng để hình thành nên các loại tế bào khác nhau cho mô của chúng. Những tế bào này được gọi là tế bào gốc đa năng (multipotent stem cells). Hiện nay các khoa học gia vẫn chưa xác định được hết mọi tế bào gốc trưởng thành trong các cơ quan quan trọng của cơ thể. Một số mô như não, mặc dù có tế bào gốc tồn tại nhưng chúng lại không hoạt động, do đó chúng không sẵn sàng phản ứng với tế bào bị chấn thương hay tổn hại. Hiện thời các nhà khoa học cũng đang tìm kiếm cách thức kích thích những tế bào gốc đang hiện diện để chúng phát triển và tạo ra đúng loại tế bào cần thiết nhằm thay thế tế bào bị hủy hoại.
TẾ BÀO GỐC CŨNG CÓ THỂ THU HOẠCH ĐƯỢC TỪ NHỮNG NGUỒN NHƯ DÂY RỐN, NHAU THAI CỦA TRẺ SƠ SINH
Đây là nguồn tế bào gốc có thế tiếp cận được, so với mô não hay tủy xương trưởng thành. Mặc dù các nhà khoa học có thể tạo những tế bào này trên đĩa nuôi cấy nhưng rất giới hạn. Mới đây, các nhà khoa học đã khám phá sự tồn tại của tế bào gốc trong răng sữa của trẻ em và nước ối bao xung quanh thai nhi. Những tế bào này cũng có thể có tiềm năng hình thành nên nhiều loại tế bào khác. Nghiên cứu tìm hiểu đặc điểm những tế bào này rất hứa hẹn, nhưng mới chỉ được thực hiện ở giai đoạn đầu.
Tế bào gốc phôi là gì?
Tế bào gốc phôi có thể được tạo ra từ quá trình thụ tinh trong ống nghiệm (IVF). Tế bào gốc phôi khởi nguồn từ những tế bào tạo nên khối tế bào nội tại trong phôi bào. Tế bào gốc phôi chuột có khả năng tạo ra bất cứ loại tế bào nào trong cơ thể dưới điều kiện thích hợp. Do đó, tế bào gốc phôi được coi là tế bào toàn năng, có khả năng phân chia không hạn định cho đến khi sinh trưởng và biệt hóa. Tế bào gốc phân chia liên tiếp trong môi trường nuôi cấy mô trong lồng ấp, nhưng cùng lúc duy trì khả năng hình thành nên loại tế bào khác khi được đặt trong môi trường thích hợp để thúc đẩy quá trình biệt hóa.
Các mẫu tế bào gốc phôi người hiện đang được nghiên cứu. Một vài nhóm nghiên cứu đang tìm hiểu liệu tế bào gốc phôi người có sở hữu cùng những đặc tính giống tế bào gốc phôi chuột hay không. Do tế bào gốc phôi người chỉ mới được tách trong thời gian gần đây, do đó vốn hiểu biết của chúng ta còn hạn chế về cách thức phân chia nơi tế bào gốc. Tiến hành nghiên cứu trên hệ thống cơ thể con người cũng khó khăn hơn so với chuột. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã và đang đạt được những tiến bộ đáng kể, hầu có thể tìm ra những liệu pháp nhằm thay thế hoặc khôi phục các mô bị hủy hoại, trong việc sử dụng những tế bào gốc này.
TỰ THỰC BÀO (AUTOPHAGY) & GIẢI NOBEL Y-SINH HỌC 2016
Năm nay 2016, giải Nobel Y-Sinh học (trị giá gần 940,000 USD) được trao cho một nhà khoa học Nhật: Giáo sư Yoshinori Oshumi. Ông hiện là giáo sư của Học Viện Công nghệ Tokyo (Tokyo Institute of Technology). Ông là người Nhật thứ 4 được trao giải Nobel y sinh học, và người Nhật thứ 25 được trao giải Nobel.
Thuật ngữ “tự thực bào” (autophagy) có thể dịch ra là “tự ăn” (self eating), lần đầu tiên được đưa ra bởi các nhà khoa học nghiên cứu biểu hiện của tế bào trong những năm 1960 (nhà khoa học Laureate Christian de Duve, 1963).
Vào giữa những năm 1950, các nhà khoa học đã quan sát thấy một khoang tế bào đặc biệt chứa các enzyme có thể tiêu hủy protein, cacbonhydrat và chất béo và đặt tên cho khoang tế bào (bào quan) này là lysosome. Nhà khoa học Bỉ Christian de Duve đã được nhận giải Nobel Y sinh học năm 1974 về công trình khám phá ra lysosome.
Trong những năm 60, nhờ vào những phân tích sinh hóa và vi thể sâu hơn, các nhà khoa học đã phát hiện ra cách thức các tế bào vận chuyển chất đến các lysosome để tiêu hủy dưới dạng các túi vận chuyển. Christian de Duve, nhà khoa học đứng sau khám phá về lysosome, đã dùng thuật ngữ autophagy (tự thực) để mô tả quá trình này. Những túi mới này được đặt tên là autophagosome (thể tự thực).
Tại thời điểm đó, các nhà nghiên cứu thấy rằng một tế bào có thể phá hủy một phần của nó bằng cách vận chuyển vào một túi khác gọi là các lysosome để phân rã từ từ.
Nhưng Juleen Zierath thành viên của Hội đồng Nobel giải thích: Ohsumi cho thấy lysosome không phải là một túi chứa chất thải mà đó là một nhà máy tái chế. Trong những năm 1990, thí nghiệm của Ohsumi đã sử dụng nấm men bánh mì để xác định các gen cần thiết cho quá trình tự thực bào.
Quỹ Nobel đã đưa ra một tuyên bố “Sau đó, ông ấy đã làm sáng tỏ cơ chế cơ bản của quá trình tự thực bào trong nấm men và cho thấy sự tương đồng trong cơ chế tinh vi được sử dụng trong các tế bào”.
Tóm lại, quá trình tự thực bào giúp kiểm soát các chức năng sinh lý quan trọng trong đó các thành phần của tế bào cần phải được phân hủy và tái chế. Quá trình tự thực bào có thể cung cấp nguồn nhiên liệu một cách nhanh chóng cho việc cung cấp năng lượng và xây dựng, làm mới các thành phần tế bào. Sau khi bị xâm nhiễm, quá trình tự thực bào có loại bỏ các tác nhân vi khuẩn và virus xâm nhiễm trong nội bào. Việc làm gián đoạn quá trình tự thực bào có liên quan đến bệnh Parkinson, tiểu đường type 2 và các rối loạn khác thường xuất hiện ở người già. Quá trình đột biến trong các gen tự thực bào có thể thể là nguyên nhân gây ra các bệnh di truyền và các rối loạn trong cơ chế tự thực bào cũng có liên quan đến ung thư. Các nghiên cứu mở rộng hiện nay đang cố gắng phát triển các loại thuốc có thể tác động trúng đích đến sự tự thực bào trong một số bệnh khác nhau.
Giải thưởng năm nay 2016 ghi nhận khám phá liên quan đến cơ chế sinh tử của tế bào, được đặt tên tiếng Anh là macroautophagy, nhưng thường thì gọi tắt là autophagy. Thuật ngữ autophagy xuất phát từ tiếng Hi Lạp, có nghĩa là "tự ăn", nhưng có lẽ dịch sang tiếng Việt là "tự thực". Thật ra, nghĩa đúng và đầy đủ là quá trình tế bào tái sinh.
Để hiểu khái niệm tế báo tái sinh hay tự thực, có lẽ chúng ta bắt đầu với protein. Protein là một thành tố rất ư quan trọng cho sự tăng trưởng và duy trì cơ thể con người. Mỗi ngày, cơ thể chúng ta cần khoảng 0.8 g trên 1 kg trọng lượng cơ thể. Một người đàn ông trung bình nặng 75 kg, thì lượng protein tối cần là khoảng 0.8 x 75 = 60 g. Cố nhiên, đây là cách ước tính cực kỳ đơn giản, chứ trong thực tế thì phức tạp hơn, do lượng protein còn tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố khác. Nói chung, cơ thể chúng ta cần khoảng 60 đến 80 g protein mỗi ngày.
Nhưng mỗi ngày, để duy trì sức khoẻ bình thường, cơ thể chúng ta phải đào thải một lượng protein bị hư hỏng, và thay thế chúng bằng protein mới. Tính chung, mỗi ngày cơ thể chúng ta cũng cần phải thay thế khoảng 200 đến 300 g protein. Nhưng trong khi chúng ta chỉ thu nạp chỉ khoảng 60-80 g, và hơn phân nửa là bị thải ra, vậy thì lấy đâu để thay thế? Đó là "bí mật" của cơ thể. Giáo sư Yoshinori Oshumi tìm ra được cơ chế thay thế đó. Hoá ra, các tế bào và protein trong chúng ta có khả năng tái sinh (recycling). Nói cách khác, trong điều kiện thiếu thốn, các protein tự chúng tái sinh để đáp ứng đủ khối lượng protein mà cơ thể cần thiết. Cơ chế tái sinh này được đặt tên là autophagy. Ý nghĩa "tự thực" được hiểu từ cơ chế đó.
Phảng phất triết lý Phật
Khái niệm sinh - diệt của tế bào rất gần với ý niệm "vô thường" trong Phật giáo. Kinh Tứ Thập Nhị Chương có thuật một câu chuyện, mà theo đó Đức Thế Tôn hỏi các tỳ kheo rằng con người sống bao lâu. Người thì trả lời là 100 năm, người cho rằng 70 năm, người lại nói vài tháng. Chỉ có một tỳ kheo nói rằng mạng người sống chỉ có một hơi thở! Đức Thế Tôn khen vị tỳ kheo đã hiểu đúng về định luật vô thường của sự sống. Định luật vô thường ở đây có thể hiểu là chu trình thành - trụ - hoại - không. Chu trình này diễn ra liên tục trong cơ thể chúng ta.
Thật vậy, trong thực tế sinh học, tất cả chúng ta sống và chết trong một giây, và qui trình sinh - diệt này diễn ra một cách liên tục, cho đến ngày chúng ta giã từ trần thế. Một ví dụ tiêu biểu là trong xương chúng ta, có hai loại tế bào lúc nào cũng làm việc song hành với nhau, một loại tế bào chuyên đục xương cũ (gọi là tế bào huỷ xương), và sau đó một loại tế bào khác lấp vào đó những xương mới (tế bào tạo xương). Qui trình huỷ diệt và sinh mới này diễn ra liên tục. Do đó, cứ mỗi 10 năm chúng ta có một bộ xương mới hoàn toàn. Trường hợp tiêu biểu về chu trình huỷ - sinh của xương cũng có thể dùng để giải thích chu trình của tất cả các tế bào khác trong cơ thể con người.
Do đó, nói rằng chúng ta chết và sống trong từng giây không phải là một ví von, một mĩ từ tôn giáo, mà là một thực tế sinh học. Phát hiện của Giáo sư Yoshinori Oshumi tuy không mới nhưng giải thích được cái cơ chế của định luật vô thường qua phương pháp khoa học hiện đại.
Ý nghĩa của Tự Thực
Hiện nay, lĩnh vực nghiên cứu về tự thực vẫn còn trong giai đoạn sơ khai, và thành quả thực tế còn rất hạn chế. Phát hiện của Gs Oshumi không (và chưa) dẫn đến một phương pháp điều trị. Tuy nhiên, khái niệm tự thực được sự quan tâm của rất nhiều chuyên khoa. Rất nhiều labo trên thế giới đang theo đuổi nghiên cứu về tự thực cho các bệnh lý phổ biến, và cả vấn đề kháng thuốc. Chẳng hạn như có vài nghiên cứu cho thấy cơ chế tự thực giải thích tại sao một số bệnh nhân ung thư và một số bệnh nhân lao phổi kháng thuốc. Một vài thử nghiệm gần đây cho thấy can thiệp vào cơ chế tự thực có thể giảm tình trạng kháng thuốc, và qua đó nâng cao hiệu của của thuốc. Nhưng hãy còn quá sớm để có một thuốc mới cho việc điều trị các bệnh lý phức tạp.
Phát hiện về chu trình tái sinh của tế bào và protein chỉ giúp chúng ta hiểu hơn về cơ chế bệnh lý, về sự tồn tại của chính chúng ta. Chẳng hạn như chúng ta hiểu tại sao trong thời kỳ đói khát, cơ thể có thể duy trì sự sống một thời gian khá lâu. Chúng ta cũng có thể giải thích tại sao chúng ta "lão hoá", mất xương, bị ung thư, bị tiểu đường, v.v. Cơ chế autophagy cũng giải thích tại sao cơ thể chúng ta có thể tự sửa chữa những tổn hại như lành xương sau gãy xương chẳng hạn.
Giáo sư Yoshinori Ohsumi trong cuộc họp báo tại Tokyo sau khi nhận thông báo về giải thưởng Nobel Y học 2016.
Yoshinori Oshumi & Những Lời KhuyênÔng sinh năm 1945, tức năm nay đã 71 tuổi. Đây cũng là tuổi trung bình của "chủ nhân" giải Nobel y sinh học. Tôi thấy cuộc đời và sự nghiệp của ông là một bài học về sự kiên trì theo đuổi mục tiêu.
Nhìn chung, ông không có một sự nghiệp sáng chói như các nhà khoa học phương Tây. Ông tốt nghiệp cử nhân năm 1967 (ĐH Tokyo), tiến sĩ năm 1972 (ĐH Tokyo), làm nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ tại Rockefeller từ 1974-1977. Rockefeller là một trong những trường có nhiều giải Nobel. Nói chung, bước đầu sự nghiệp của ông -- nói theo ngôn ngữ giới khoa học -- là những "right addresses" (địa chỉ đúng).
Năm 1977 ông quay về Nhật, nhưng mấy năm đầu không có công trình nổi trội. Thoạt đầu, ông chỉ làm "Research Associate" (cao hơn phụ tá nghiên cứu một chút) ở ĐH Tokyo cho đến năm 1986. Mãi đến năm 1988, tức 11 năm sau tốt nghiệp tiến sĩ, ông mới có labo riêng. Và, lúc có lab riêng, ông cũng chỉ giữ chức giảng viên mà thôi. Từ năm 1988 (năm đầu tiên công bố công trình autophagy) ông mới được bổ nhiệm Associate Professor (Phó giáo sư), và ông ở chức vụ này gần 10 năm trời! Nhưng đó là thời gian ông củng cố thực lực để làm dự án lớn. Ông cho biết lúc đó, chẳng ai trong giới khoa học quan tâm đến ý tưởng tự thực cả, nhưng ông không bỏ cuộc.
Đến năm 1996, ông chuyển sang Viện Sinh học Cơ bản, và được thăng chức Full Professor. Nói cách khác, phải tốn 20 năm trời sau tiến sĩ, ông mới đạt được chức vụ quan trọng, và đó là một thời gian hơi dài. Nhưng lúc đó, ông đã chuyển sang nghiên cứu trên người, và sự nghiệp bắt đầu khởi sắc. Ông được xem là một trong những nhà khoa học có nhiều trích dẫn (highly cited scientist), top 0.1% trong y học.
Tuy nhiên, những nghiên cứu của ông chỉ được "công nhận" từ 2005 trở đi. Lúc đó, vì có nhiều người theo đuổi autophagy mà ông dẫn đầu, nên ông có một cộng đồng đồng nghiệp, và họ đề cử ông những giải thưởng cao quí. Mãi đến 2006 ông mới được một giải thường hạng trung của Nhật. Không như các nhà khoa học khác (trước khi được trao giải Nobel họ thường được giải Lasker), ông Oshumi không có giải đó. Thật ra, giải Nobel là giải danh giá mà ông có được lần đầu!
Với một sự nghiệp như thế Gs Yoshinori Oshumi là người có thể đưa ra những lời khuyên cho giới trẻ. Ông nói rằng sau một thời gian loay hoay với hướng đi của người khác mà không thành công, ông nhận ra là ông phải có hướng đi riêng. Ông nói, tôi muốn làm cái gì đó khác với người khác, và tôi nghĩ quá trình sinh huỷ sẽ là một chủ đề thú vị. Làm theo người khác chỉ để học nghề thì rất tốt, nhưng sau khi học nghề thì phải có một hướng đi cho riêng mình. Đó là bài học về hành trình và sự nghiệp của ông.
Gs Yoshinori Oshumi đã mở một cánh cửa cho khoa học, hay nói theo ngôn ngữ khoa học, ông đã tạo ra một trường phái mới. Ông nói với giới khoa học trẻ rằng không phải ai cũng có thể thành công trong khoa học, nhưng điều quan trọng là chúng ta phải đối diện với thách thức trong nghiên cứu. Thiết nghĩ câu nói này cũng rất thời sự tính cho các bạn đang theo đuổi sự nghiệp nghiên cứu khoa học.
YOSHINORI OSHUMI & SỰ ĐÓNG GÓP CHO NỀN Y HỌC HIỆN ĐẠI
Nhờ Ohsumi và những người khác tiếp bước ông, giờ đây chúng ta biết rằng tự thực kiểm soát những chức năng sinh lý quan trọng trong đó các thành phần tế bào cần được giáng hóa và tái chế. Tự thực có thể nhanh chóng cung cấp nhiên liệu dùng làm năng lượng và tạo nên những "viên gạch" để xây mới các thành phần tế bào, và do đó thiết yếu cho đáp ứng của tế bào với đói và các loại stress khác. Sau nhiễm trùng, tự thực có thể loại bỏ vi khuẩn và virus xâm nhập tế bào.
Các tế bào cũng sử dụng tự thực để loại bỏ protein và các bào quan bị hư hỏng, một cơ chế kiểm soát chất lượng rất quan trọng để đối phó với những hậu quả tiêu cực của quá trình lão hóa. Tự thực bị gián đoạn có liên quan đến bệnh Parkinson, tiểu đường loại 2 và các rối loạn khác xuất hiện ở người già. Đột biến ở gen tự thực có thể gây bệnh di truyền.
Rối loạn trong bộ máy tự thực cũng có liên quan đến ung thư. Các nghiên cứu tích cực hiện đang tiếp tục phát triển những thuốc có thể nhắm vào tự thực trong các bệnh khác nhau. Cơ chế tự thực đã được biết đến từ năm 1950 nhưng tầm quan trọng cơ bản của nó đối với y học và sinh lý học chỉ mới được công nhận sau những thí nghiệm xuất sắc của Ohsumi hồi năm 1990.
Với những cố gắng không ngừng nghỉ của mình trong việc khám phá và làm sáng tỏ cơ chế tự thực, nhà khoa học Yoshinori Ohsumi xứng đáng được nhận giải Nobel về Y học và Sinh lý học năm 2016.
Phát hiện về cơ chế tự thực của Gs Yoshinori Oshumi không chỉ có ý nghĩa khoa học, mà còn phảng phất triết lý Phật. Quá trình tái sinh của tế bào là một khía cạnh của ý niệm vô thường. Thật ra, rất nhiều những gì mà giới khoa học ngày nay gọi là "khám phá" hay "phát hiện" thực chất chỉ là minh hoạ và giải thích những ý niệm đã được Phật phát biểu cách đây hơn 2500 năm. Nhưng cái đẹp của khoa học hiện đại là những phương pháp tinh vi và chính xác có thể giúp chúng ta xác minh và hiểu tốt hơn những ý tưởng cổ điển mà các bậc hiền triết ngày xưa nghĩ đến.
:caphe::caphe::caphe::caphe::caphe::caphe::caphe:: caphe::caphe:
References
1.Jump up ^ Tuch BE (2006). "Stem cells—a clinical update". Australian Family Physician. 35 (9): 719–21. PMID 16969445.
2.Jump up ^ Becker AJ, McCulloch EA, Till JE (1963). "Cytological demonstration of the clonal nature of spleen colonies derived from transplanted mouse marrow cells". Nature. 197 (4866): 452–4. Bibcode:1963Natur.197..452B. doi:10.1038/197452a0. PMID 13970094.
3.Jump up ^ Siminovitch L, Mcculloch EA, Till JE (1963). "The distribution of colony-forming cells among spleen colonies". Journal of Cellular and Comparative Physiology. 62 (3): 327–36. doi:10.1002/jcp.1030620313. PMID 14086156.
4. Clark, S.L. (1957) Cellular differentiation in the kidneys of newborn mice studied with the electron microscope. J Biophys Biochem Cytol 3, 349–376.
5. Novikoff, A.B. (1959) The proximal tubule cell in experimental hydronephrosis. J Biophys Biochem Cytol 6, 136–138.
6. http://www.nature.com/news/medicine-...selves-1.20721
Comment