Các nhà khoa học tại Đại học Northwestern University mới đây đã tạo ra một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực y học tái tạo khi phát triển thành công mô hình tủy sống người tiên tiến nhất từ trước đến nay.

Trong nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí khoa học Nature Biomedical Engineering, nhóm chuyên gia cho biết đã nuôi cấy các “organoid” tủy sống người từ tế bào gốc vạn năng cảm ứng. Đây là những phiên bản “cơ quan thu nhỏ” được phát triển trong phòng thí nghiệm nhằm mô phỏng cấu trúc và chức năng của tủy sống thật.

Hình ảnh huỳnh quang của mô hình tủy sống người bị tổn thương.

Sau nhiều tháng nuôi cấy, các organoid hình thành đầy đủ tế bào thần kinh, tế bào hình sao và đặc biệt lần đầu tiên có cả vi bào đệm (microglia) – dạng tế bào miễn dịch chủ chốt của hệ thần kinh trung ương. Sự hiện diện của vi bào đệm giúp mô hình này phản ánh sát thực hơn phản ứng miễn dịch xảy ra sau chấn thương.

Để tái hiện tình trạng chấn thương tủy sống do ngoại lực, nhóm nghiên cứu đã chủ động gây ra hai dạng tổn thương phổ biến là vết cắt và vết dập do nén. Các organoid sau đó xuất hiện hiện tượng chết tế bào, viêm và hình thành sẹo thần kinh đệm. Đây là những đặc điểm điển hình khiến quá trình tái tạo dây thần kinh ở người bị cản trở nghiêm trọng.

Đặc biệt, đây là lần đầu tiên một mô hình organoid tủy sống người có thể tái tạo sự hình thành các mô sẹo thần kinh đệm dày đặc, vốn được xem là “rào cản” lớn nhất đối với phục hồi chức năng.

Thử nghiệm liệu pháp “phân tử nhảy múa”

Sau khi gây tổn thương, nhóm nghiên cứu đã điều trị các organoid này bằng một liệu pháp thuộc nhóm peptide trị liệu siêu phân tử, còn được gọi là “phân tử nhảy múa”.

Liệu pháp này được tiêm dưới dạng dung dịch lỏng, sau đó nhanh chóng tạo thành một lớp gel gồm các sợi nano mô phỏng ma trận ngoại bào của tủy sống. Điểm đặc biệt nằm ở khả năng điều chỉnh chuyển động của các phân tử trong cấu trúc này, giúp chúng tương tác hiệu quả hơn với các thụ thể luôn chuyển động trên bề mặt tế bào.

Tiến sĩ Samuel I. Stupp, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết việc tăng cường “độ linh hoạt” của các phân tử giúp chúng tiếp xúc với thụ thể tế bào thường xuyên hơn, từ đó kích hoạt các tín hiệu thúc đẩy tái tạo mô.

Kết quả cho thấy liệu pháp đã làm giảm rõ rệt tình trạng viêm, làm mờ đáng kể sẹo thần kinh đệm và thúc đẩy sự phát triển của các sợi nhánh thần kinh. Các tế bào thần kinh bắt đầu tăng trưởng theo cấu trúc có tổ chức, một dấu hiệu quan trọng của quá trình phục hồi.

Theo ông Stupp, những thay đổi này tương tự hiện tượng tái tạo sợi trục từng được ghi nhận ở mô hình động vật trước đây, cho thấy liệu pháp có tiềm năng hoạt động trên mô người.

Trước đó, trong các nghiên cứu trên động vật, chỉ một mũi tiêm duy nhất được thực hiện 24 giờ sau chấn thương nghiêm trọng đã giúp chuột phục hồi khả năng đi lại trong vòng vài tuần.

Việc tái tạo được toàn bộ quá trình tổn thương và đáp ứng điều trị trong organoid tủy sống người giúp các nhà khoa học tiến gần hơn đến việc thử nghiệm trực tiếp liệu pháp trên mô người, thay vì chỉ dựa vào dữ liệu động vật.

Nhóm nghiên cứu hiện đang phát triển các mô hình phức tạp hơn, bao gồm organoid mô phỏng chấn thương tủy sống mạn tính với mô sẹo tồn tại lâu năm. Đồng thời, họ cũng hướng đến khả năng cá nhân hóa điều trị bằng cách tạo organoid từ chính tế bào gốc của bệnh nhân, qua đó đánh giá hiệu quả liệu pháp trước khi áp dụng thực tế.

Với những kết quả ban đầu đầy hứa hẹn, công trình này được xem là bước tiến quan trọng trong hành trình tìm kiếm giải pháp phục hồi chức năng cho bệnh nhân liệt do chấn thương tủy sống, một trong những thách thức lớn nhất của y học hiện đại.