Ảnh: Getty Images

Não người gồm ba vùng chính là não trước, não giữa và não sau. Mỗi vùng đảm nhiệm những chức năng khác nhau, từ tư duy, ngôn ngữ đến điều khiển vận động và duy trì các hoạt động sống thiết yếu như hô hấp, giấc ngủ và nhịp tim.

Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Neuroscience, nhóm các nhà khoa học thuộc Đại học Stanford (Mỹ) đã theo dõi quá trình phát triển phôi chuột, tập trung vào giai đoạn khi các tế bào bắt đầu sắp xếp thành những cấu trúc tiền thân của các cơ quan.

Nhóm nghiên cứu xác định được hai nhóm tế bào chưa trưởng thành có những đặc điểm phân tử khác nhau. Một nhóm biểu hiện gene Otx2 liên quan đến sự phát triển của não trước và não giữa. Nhóm còn lại biểu hiện gene Gbx2 có vai trò trong quá trình hình thành não giữa và não sau.

Theo nhóm nghiên cứu, hai nhóm tế bào này duy trì những đặc điểm riêng biệt trong quá trình phát triển thành mô thần kinh. Sự khác biệt còn thể hiện ở chromatin, cấu trúc phân tử giúp đóng gói DNA trong nhân tế bào và điều hòa hoạt động của các gene. Kết quả này củng cố nhận định rằng hai nhóm tế bào này đi theo những lộ trình phát triển riêng biệt ngay từ giai đoạn đầu của phôi.

Phát hiện trên có thể giải thích vì sao các nhà khoa học gặp nhiều khó khăn khi tạo ra tế bào thần kinh chức năng của não sau trong phòng thí nghiệm.

“Các nỗ lực trước đây nhằm tạo ra tế bào thần kinh não có thể đã cố gắng biến các tế bào tiền thân của não trước và não giữa thành tế bào não sau, trong khi nghiên cứu của chúng tôi cho thấy các nhóm tế bào này vốn có chương trình phát triển khác nhau”, ông Rayyan Jokhai, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết.

Mở hướng nghiên cứu các bệnh thần kinh

Từ những hiểu biết mới, nhóm nghiên cứu đã tìm cách điều chỉnh quá trình phát triển của tế bào gốc người để tạo ra các tế bào thần kinh vận động của não sau.

Các tế bào được tạo ra có khả năng sản xuất những protein đặc trưng vốn khó nuôi cấy của các loại tế bào thần kinh ở não sau. Đây là những tế bào tham gia điều khiển các cơ mặt và các cơ liên quan đến hoạt động nuốt.

Kết quả mang ý nghĩa đáng chú ý đối với lĩnh vực nghiên cứu các bệnh thần kinh như teo cơ tủy sống và xơ cứng cột bên teo cơ (ALS). Những bệnh này có thể khiến tế bào thần kinh vận động thoái hóa, làm người bệnh mất dần khả năng nói, nuốt và thở.

“Chúng ta không thể lấy mẫu các tế bào thần kinh vận động sống từ não sau của bệnh nhân để quan sát. Vì vậy, việc tạo ra các tế bào thần kinh tương ứng trong phòng thí nghiệm sẽ cung cấp mô hình phục vụ nghiên cứu cơ chế bệnh và tìm kiếm phương pháp điều trị mới”, Phó Giáo sư Kyle Loh cho biết.

Hình ảnh phôi chuột 9,5 ngày tuổi và mô tả hai nguồn gốc phát triển riêng biệt của não bộ (Ảnh: Stanford Medicine)

Dấu vết tiến hóa từ hàng trăm triệu năm trước

Khi phân tích dữ liệu về khỉ, cá ngựa vằn và gà, các nhà khoa học tiếp tục nhận thấy hai nhóm tế bào mang những đặc điểm gene tương ứng. Điểm đặc biệt là hai nhóm này cũng xuất hiện ở loài giun sồi, một loài động vật biển không xương sống có nhánh tiến hóa đã tách khỏi nhánh dẫn đến động vật có xương sống khoảng 550 triệu năm trước.

Phát hiện này cho thấy sự phân chia thành 2 dòng tế bào này có thể đã bắt nguồn từ một giai đoạn rất sớm trong lịch sử tiến hóa.

Nhóm nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng hai nhóm tế bào có thể từng thuộc về những hệ thần kinh riêng biệt. Trong quá trình tiến hóa, các hệ thống này có thể đã tiến lại gần nhau, góp phần hình thành bộ não tích hợp như ngày nay.

Dù vậy, nghiên cứu chưa xác định được chính xác thời điểm hai con đường phát triển xuất hiện, cũng như cách chúng kết hợp để tạo thành bộ não. Các nhà khoa học nhấn mạnh, giả thuyết này vẫn cần tiếp tục kiểm chứng bằng những nghiên cứu sâu hơn.