Các nhà nghiên cứu kỹ thuật của Columbia lần đầu tiên cho thấy sự kích thích tín hiệu điện của tế bào cơ tim (cardiomyocytes) được thiết kế từ tế bào gốc người giúp các tế bào này phát triển và thực hiện chức năng. Nhóm nghiên cứu dùng tín hiệu điện, đã được thiết kế để bắt chước sự phát triển tim, để điều hòa và đồng bộ với hoạt động đập của tế bào cơ tim mới sinh, những tế bào này hỗ trợ chức năng đập của tim. Nghiên cứu được thực hiện dưới sự phụ trách của Gordana Vunjak-Novakovic, một giáo sư về kỹ nghệ y sinh của quỹ tài trợ Mikati, vừa là giáo sư y học và nghiên cứu này đã được công bố vào ngày 19-1 trên Nature Communications.
Bệnh tim mạch là một trong những vấn đề lớn về sức khỏe trên thế giới, đặc biệt vì tim không thể tự sửa chữa: nếu tế bào tim bị mất sẽ dẫn đến tổn thương và bệnh, các tế bào này ít có khả năng tái sinh. Các nhà khoa học đã và đang cố gắng để phát triển những phương pháp để tái sinh tim bằng cách sử dụng tế bào cơ tim được tăng trưởng từ tế bào da hoặc máu của bệnh nhân.
Để thành công, các tế bào cơ tim này cần đáp ứng và hòa nhịp với cơ tim xung quanh. Nhưng hiện nay, sự chưa trưởng thành và nhịp tim bất thường của tế bào cơ tim có nguồn gốc từ tế bào gốc hạn chế để sử dụng trong y học tái tạo và nghiên cứu y sinh.
Vunjak-Novakovic nói rằng: “Chúng tôi đã làm nên một khám phá thú vị”. “Chúng tôi ứng dụng sự kích thích điện để làm các tế bào này trưởng thành, điều hòa chức năng co, và cải thiện khả năng kết nối với các tế bào khác. Thực tế, chúng tôi đã huấn luyện tế bào làm quen với cách đập của tim, cải thiện cách tổ chức của các protien quan trọng ở tim, và giúp những tế bào này giống tế bào trưởng thành hơn. Điều kiện tiên quyết này là bước quan trọng để tạo ra tế bào khỏe mạnh mà có thể sử dụng trong nhiều ứng dụng như nghiên cứu sinh học tế bào cơ tim, thử nghiệm thuốc và liệu pháp tế bào gốc. Và chúng tôi nghĩ rằng phương pháp của chúng tôi có thể làm giảm chứng loạn nhịp tim trong quá trình tái sinh tim dựa trên liệu pháp tế bào”.
Vunjak-Novakovic đã làm việc với George Ang và Benjamin Lee, hai người này vừa nhận được bằng tiến sĩ của Khoa Kỹ thuật Y Sinh. Họ cũng là học viên sau đại học và cũng là đồng tác giả chính của nghiên cứu. Nhóm đã phát triển tế bào cơ tim từ tế bào gốc người và xây dựng chúng thành cấu trúc 3 chiều. Sau đó họ đặt cấu trúc này vào tín hiệu điện bắt chước với cấu trúc trong tim khỏe mạnh – chỉ hơn 1 tuần. Kết quả cho thấy sự kích thích tín hiệu điện này làm tăng tính kết nối của tế bào cơ tim và tăng điều hòa sự co cơ.
Các nhà nghiên cứu dự định tiến hành nghiên các cứu cơ bản về sự phát triển chức năng đập của của tim khi chưa trưởng thành và nghiên cứu “điều kiện” nào tế bào cơ tim có khả năng dung hợp với cơ tim và tạo ra một chức năng đập đồng bộ.
“Tim là một cơ quan rất phức tạp với khoảng 3 triệu tế bào có thể đập đồng bộ khi đáp ứng lại tín hiệu điện”, Vunjak-Novakovic nhận xét. “Chúng tôi có khả năng nắm bắt sinh học bằng cách sử dụng công cụ kỹ thuật sinh học để tiếp tục điều khiển công việc của chúng tôi và trở thành một nguồn cảm hứng. Chúng tôi thường nhắc nhở rằng có thể đây là thời điểm tốt hơn bao giờ hết để theo đuổi nghiên cứu kỹ nghệ y sinh học”.
Lee cho biết thêm, “Là một sinh viên y khoa và kỹ thuật, tôi đặc biệt quan tâm làm sao để ứng dụng các tế bào cơ tim được xử lý điện trên lâm sàng”.
Nghiên cứu là một nỗ lực cộng gộp của sự kết hợp giữa kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật mô và thiết kế bioreactor trong phòng thí nghiệm của Vunjak-Novakovic với các chuyên gia tế bào gốc ở phòng thí nghiệm của Gordon Keller, Toronto, và chuyên gia về điện sinh lý học của tế bào cơ tim ở phòng thí nghiệm của Robert Kass và Richard Robinson, Trung tâm Y học của đại học Columbia. Nghiên cứu được tài trợ bởi Viện Sức khỏe Quốc gia (NIH) (tài trợ nghiên cứu và học bổng tiền Tiến sĩ) và chương trình Thạc sĩ/Tiến sĩ tại đại học Columbia. (Mã số tài trợ của quỹ NIH – HL076485, UH2 EB17103 và EB002520 cho G.V.-N.; F30 HL112505 cho G.E., và mã tài trợ của bang New York là CO26449 và C028119 cho G.V.-N.).
Hình minh họa: điều kiện tín hiện điện các tế bào cơ tim người. Siêu cấu trúc vân gồm troponin (màu xanh lá) hình thành quanh nhân (xanh da trời).
Lê Văn Trình – Lê Thị Kim Hòa dịch
Theo engineering.columbia.edu
Email: lvtrinhkhtn@hcmus.edu.vn lethikimhoa19492@gmail.com
Link: http://engineering.columbia.edu/using-electrical-signals-train-hearts-muscle
