Kỹ thuật này đã cho phép các nhà nghiên cứu tua lại đồng hồ sinh học của tế bào khoảng 30 năm theo các biện pháp phân tử, lâu hơn đáng kể so với các phương pháp lập trình lại trước đây.
Nghiên cứu từ Viện Babraham đã phát triển một phương pháp giúp tế bào da người 'nhảy thời gian' thêm 30 năm, quay ngược đồng hồ lão hóa cho các tế bào mà không làm mất đi chức năng chuyên biệt của chúng. Công việc của các nhà nghiên cứu trong chương trình nghiên cứu Di truyền học của Viện đã có thể khôi phục một phần chức năng của các tế bào già hơn, cũng như làm trẻ hóa các biện pháp phân tử của tuổi sinh học. Nghiên cứu được công bố ngày hôm nay trên tạp chí eLife và trong khi ở giai đoạn đầu khám phá, nó có thể tạo ra một cuộc cách mạng trong y học tái tạo.
Thuốc tái tạo là gì?
Khi chúng ta già đi, khả năng hoạt động của tế bào suy giảm và bộ gen tích tụ các dấu hiệu lão hóa. Sinh học tái tạo nhằm mục đích sửa chữa hoặc thay thế các tế bào bao gồm cả những tế bào cũ. Một trong những công cụ quan trọng nhất trong sinh học tái tạo là khả năng tạo ra các tế bào gốc 'cảm ứng' của chúng ta. Quá trình này là kết quả của một số bước, mỗi bước xóa một số dấu hiệu làm cho các tế bào trở nên chuyên biệt. Về lý thuyết, những tế bào gốc này có tiềm năng trở thành bất kỳ loại tế bào nào, nhưng các nhà khoa học vẫn chưa thể tái tạo các điều kiện một cách đáng tin cậy để tái biệt hóa các tế bào gốc thành tất cả các loại tế bào.
(adv)
Quay ngược thời gian
Phương pháp mới, dựa trên kỹ thuật đoạt giải Nobel mà các nhà khoa học sử dụng để tạo ra tế bào gốc, khắc phục được vấn đề xóa bỏ hoàn toàn danh tính tế bào bằng cách tạm dừng lập trình lại một phần của quy trình. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu tìm ra sự cân bằng chính xác giữa các tế bào tái lập trình, làm cho chúng trẻ hơn về mặt sinh học, trong khi vẫn có thể lấy lại chức năng tế bào chuyên biệt của chúng.
Năm 2007, Shinya Yamanaka là nhà khoa học đầu tiên biến các tế bào bình thường, có chức năng cụ thể, thành tế bào gốc có khả năng đặc biệt để phát triển thành bất kỳ loại tế bào nào. Toàn bộ quá trình tái lập trình tế bào gốc mất khoảng 50 ngày bằng cách sử dụng bốn phân tử quan trọng được gọi là các yếu tố Yamanaka. Phương pháp mới, được gọi là 'tái lập trình thoáng qua giai đoạn trưởng thành', cho các tế bào tiếp xúc với các yếu tố Yamanaka chỉ trong 13 ngày. Tại thời điểm này, các thay đổi liên quan đến tuổi bị loại bỏ và các tế bào đã tạm thời mất danh tính. Các tế bào được lập trình lại một phần đã có thời gian để phát triển trong điều kiện bình thường, để quan sát xem chức năng tế bào da cụ thể của chúng có hoạt động trở lại hay không. Phân tích bộ gen cho thấy các tế bào đã lấy lại các dấu hiệu đặc trưng của tế bào da (nguyên bào sợi), và điều này được xác nhận bằng cách quan sát quá trình sản xuất collagen trong các tế bào được lập trình lại.
Tuổi tác không chỉ là một con số
Để chứng minh rằng các tế bào đã được trẻ hóa, các nhà nghiên cứu đã tìm kiếm những thay đổi trong dấu hiệu lão hóa. Theo giải thích của Tiến sĩ Diljeet Gill, một postdoc trong phòng thí nghiệm của Wolf Reik tại Viện, người đã thực hiện công việc này với tư cách là một nghiên cứu sinh: "Sự hiểu biết của chúng tôi về sự lão hóa ở cấp độ phân tử đã tiến bộ trong thập kỷ qua, tạo ra các kỹ thuật cho phép các nhà nghiên cứu đo lường những thay đổi sinh học liên quan đến tuổi trong tế bào người. Chúng tôi có thể áp dụng điều này vào thí nghiệm của mình để xác định mức độ lập trình lại mà phương pháp mới của chúng tôi đã đạt được. "
Các nhà nghiên cứu đã xem xét nhiều phép đo tuổi của tế bào. Đầu tiên là đồng hồ biểu sinh, nơi các thẻ hóa học hiện diện khắp bộ gen cho biết tuổi. Thứ hai là transcriptome, tất cả các gen được tạo ra bởi tế bào. Bằng hai phép đo này, các ô được lập trình lại khớp với hồ sơ của các ô trẻ hơn 30 năm so với các tập dữ liệu tham chiếu.
Các ứng dụng tiềm năng của kỹ thuật này phụ thuộc vào việc các tế bào không chỉ xuất hiện trẻ hơn mà còn hoạt động như các tế bào trẻ. Nguyên bào sợi sản xuất collagen, một phân tử được tìm thấy trong xương, gân da và dây chằng, giúp cung cấp cấu trúc cho các mô và chữa lành vết thương. Các nguyên bào sợi được trẻ hóa tạo ra nhiều protein collagen hơn so với các tế bào kiểm soát không trải qua quá trình tái lập trình. Nguyên bào sợi cũng di chuyển đến các khu vực cần sửa chữa. Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm các tế bào được trẻ hóa một phần bằng cách tạo ra một vết cắt nhân tạo trên một lớp tế bào trong một chiếc đĩa. Họ phát hiện ra rằng các nguyên bào sợi được xử lý của họ di chuyển vào khoảng trống nhanh hơn các tế bào cũ. Đây là một dấu hiệu đầy hứa hẹn cho thấy một ngày nào đó, nghiên cứu này cuối cùng có thể được sử dụng để tạo ra các tế bào có khả năng chữa lành vết thương tốt hơn.
Trong tương lai, nghiên cứu này cũng có thể mở ra các khả năng trị liệu khác; Các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy rằng phương pháp của họ cũng có ảnh hưởng đến các gen khác có liên quan đến các bệnh và triệu chứng liên quan đến tuổi tác. Gen APBA2 , có liên quan đến bệnh Alzheimer và gen MAF có vai trò trong sự phát triển của bệnh đục thủy tinh thể, cả hai đều cho thấy những thay đổi đối với mức độ phiên mã ở tuổi trẻ.
Cơ chế đằng sau việc tái lập trình tạm thời thành công vẫn chưa được hiểu đầy đủ và là phần tiếp theo của câu đố để khám phá. Các nhà nghiên cứu suy đoán rằng các khu vực quan trọng của bộ gen liên quan đến việc định hình danh tính tế bào có thể thoát khỏi quá trình tái lập trình.
Diljeet kết luận: "Kết quả của chúng tôi thể hiện một bước tiến lớn trong hiểu biết của chúng tôi về việc tái lập trình tế bào. Chúng tôi đã chứng minh rằng các tế bào có thể được trẻ hóa mà không bị mất chức năng của chúng và sự trẻ hóa có vẻ khôi phục một số chức năng cho các tế bào cũ. Thực tế là chúng tôi cũng thấy điều ngược lại của các chỉ số lão hóa trong các gen liên quan đến bệnh tật là điều đặc biệt hứa hẹn cho tương lai của công việc này. "
Giáo sư Wolf Reik, trưởng nhóm trong chương trình nghiên cứu Epigenetics, người gần đây đã chuyển sang lãnh đạo Viện Altos Labs Cambridge, cho biết: "Công việc này có ý nghĩa rất thú vị. Cuối cùng, chúng tôi có thể xác định các gen trẻ hóa mà không cần lập trình lại, và cụ thể là nhắm mục tiêu những người để giảm tác động của lão hóa. Cách tiếp cận này hứa hẹn mang lại những khám phá có giá trị có thể mở ra một chân trời trị liệu tuyệt vời. "
Nguồn Viện Babraham
