Một phương thức tiếp cận mới đã phần nào lý giải được vai trò của các mô khác nhau trong một số chứng bệnh như viêm loét đại tràng.

Các kỹ sư sinh học tại MIT mới đây đã tạo ra một mô hình đa mô, có khả năng học được mối quan hệ giữa các nội tạng khác nhau và hệ miễn dịch, thông qua một nền tảng kênh dẫn vi lưu chuyên biệt tích hợp nhiều tế bào của con người.

Mô hình này còn được gọi là “nội tạng trên chip”, hay “cơ chế sinh lý trên chip”, mà thông qua nó, đội ngũ nghiên cứu đã có thể tìm hiểu về vai trò của các tế bào miễn dịch tuần hoàn trong chứng viêm loét đại tràng cũng như các bênh lý về viêm khác. Ngoài ra, họ cũng phát hiện ra rằng, một sản phẩm trao đổi chất phụ, được tổng hợp từ một số vi khuẩn đường ruột của con người có ảnh hưởng rất lớn tới các chứng bệnh viêm này.

Chúng tôi đã chứng minh được rằng, ta có thể tấn công những chứng viêm này bằng cách thiết kế các thí nghiệm trong những nội tạng trên chip,” Linda Griffith, giảng viên kỹ sư sinh học và cơ học từ Hiệp hội Giáo sư Kỹ sư về Đổi mới Giảng dạy, kiêm senior author của nghiên cứu, đã chia sẻ.

Cách thức mới này đã được công bố trên tạp chí Cell Systems, và theo các nhà nghiên cứu, có thể giúp hỗ trợ nghiên cứu rất nhiều loại bệnh lý khác.

Martin Trapecar, một nghiên cứu sinh tiến sỹ tại MIT, kiêm lead author của nghiên cứu cũng nói: “Giờ đây, ta đã có phương thức để giảm hoặc tăng mức độ phức tạp của bệnh lý, với các điều kiện và hệ thống được kiểm soát chặt chẽ.”

Các mô hình phức tạp

Vào khoảng gần 20 năm trước, phòng thí nghiệm của Griffith đã bắt đầu nghiên cứu một mô hình gan người, được biết đến với biệt danh “chip gan”. Hệ thống này bao gồm các mô gan người nhân tạo, được trồng trên những giàn giáo chuyên biệt, có thể được sử dụng trong thử độc ở thuốc. Còn mới đây, bà lại bắt đầu làm việc với những phiên bản thu nhỏ của các nội tạng liên kết khác, hay còn được gọi là hệ thống sinh lý tiểu vi (microphysiological systems – MPS). Tới năm 2018, bà công bố đã phát triển được một nền tảng cho phép mô hình hóa các tương tác giữa đồng thời 10 cơ quan nội tạng.

Các thiết bị này là vô cùng thích hợp để phân tích các bệnh lý phức tạp, xảy ra trên nhiều cơ quan nội tạng, đồng thời chịu ảnh hưởng của hệ miễn dịch, hoặc không chỉ liên hệ tới một hay một số kiểu gen.

Chúng tôi muốn tạo ra các công nghệ có thể liên kết nhiều hệ thống cơ quan lại với nhau, từ đó phát triển nên các công cụ để chống lại các chứng viêm mãn tính,” Griffith nói. “Bởi lẽ ngành y dược luôn gặp khó khăn với các bệnh lý một kiểu gen.”

Như vậy, trong nghiên cứu mới trên Cell Systems, bà cùng Trapecar đã đặt mục tiêu mô hình hóa được các tương tác giữa 2 cơ quan nội tạng là ruột già và gan. Đồng thời, họ cũng mong muốn tìm hiểu ảnh hưởng của hệ miễn dịch, đặc biệt là các tế bào T lên các cơ quan này. Hiện nay, ta đã biết rằng, có tới 80% bệnh nhân mắc chứng viêm xơ hóa đường mật nguyên phát (một bệnh lý tự miễn dịch mãn tính ở gan) cũng thường mắc thêm chứng viêm loét đại tràng (IBD). Đồng thời, những bệnh nhân mắc IBD cũng có khả năng nhiễm các rối loạn tự miễn dịch tại gan cao hơn.

Hệ thống mới trong nghiên cứu bao gồm các tế bào ruột già được lấy từ bệnh nhân mắc viêm loét đại tràng, cùng với các tế bào gan khỏe mạnh. Từ đó, các nhà nghiên cứu đã thấy sự liên kết giữa những tế bào này, mà cụ thể là hành vi sinh lý của chúng sẽ thay đổi khi bị tách nhau. Đồng thời, các gen và lộ trình tế bào có liên quan tới trao đổi chất và hoạt động miễn dịch cũng trở nên mạnh mẽ hơn ở cả hai nội tạng.

Sau đó, các nhà nghiên cứu đã cho thêm 2 loại tế bào T vào hệ thống, bao gồm: tế bào T hỗ trợ CD4+, giúp kiềm hãm các tế bào miễn dịch khác, và tế bào TH17, làm kích thích chứng viêm. Khi thêm vào, 2 loại tế bào này sẽ nhanh chóng đẩy mạnh chứng viêm, cũng như tái tạo lại một số đặc điểm của IBD và một số bệnh lý tự miễn dịch ở gan khác.

Cuối cùng, đội ngũ nghiên cứu quyết định tìm hiểu vai trò tiềm tàng của các thụ thể ngắn (SCFA) trong bệnh lý viêm. Thông thường, các thụ thể này được tạo ra từ những vi sinh vật trong ruột người, hấp thụ các xơ không được tiêu hóa. SCFA bao gồm chất bổ trợ đường ruột butyrate, propionate, và axetat, được sản xuất với khối lượng lớn, và chiếm tới 10% nhu cầu năng lượng hàng ngày của con người.

Những hợp chất kể trên thường có lợi với cơ thể người, đồng thời giúp chống viêm. Tuy nhiên, một số nghiên cứu gần đây lại cho rằng, SCFA có thể gây kích thích các triệu chứng viêm này. Còn ở nghiên cứu trong bài viết, việc cho thêm SCFA vào mô hình viêm loét đại tràng đã đẩy mạnh triệu chứng viêm trong gan và ruột già, nhưng chỉ ở điều kiện có tồn tại sẵn tế bào T.

Dựa trên những nghiên cứu này, chúng tôi giả thiết rằng, vai trò của thụ thể ngắn còn phụ thuộc vào mức độ liên quan của hệ miễn dịch thu được (tức bao gồm tế bào T),” Trapecar phát biểu.

Điều này có nghĩa là, trong các triệu chứng viêm giai đoạn đầu, khi tế bào T chưa thực sự quan trọng, thì SCFA sẽ giúp kháng viêm. Tuy nhiên, khi tế bào T bắt đầu hoạt động mạnh hơn, thì SCFA sẽ kích thích các triệu chứng viêm. Điều này sẽ hữu dụng cho các trường hợp nhiễm trùng – tức giúp cơ thể kháng lại các công kích từ bên ngoài, song lại phản tác dụng ở các chứng rối loạn tự miễn dịch.

Mô hình hóa các rối loạn trong não bộ

Nghiên cứu này bắt nguồn từ một dự án có liên quan, trong đó các nhà nghiên cứu muốn tập trung vào những tương tác giữa ruột, gan, và não bộ. Một nghiên cứu mới đây của Sarkis Mazmanian, một giáo sư vi sinh học tại Caltech, đã cho thấy rằng, trong một mô hình chuột về chứng Parkinson, những con chuột vô trùng sẽ phát bệnh muộn hơn so với chuột được nuôi trong điều kiện thông thường. Như vậy, ta có thể giả thiết là các SCFA phát sinh từ vi sinh bật có ảnh hưởng nhất định tới kết quả nói trên, cũng như tiến trình phát triển của bệnh.

Hiện nay, phòng nghiên cứu của Griffith đang tìm cách sử dụng hệ thống MPS để tìm hiểu sâu hơn về mối quan hệ giữa SCFA và chứng Parkinson. Họ cũng đồng thời mong muốn nghiên cứu về các chứng bệnh phức tạp khác, với hi vọng kết quả nghiên cứu của họ sẽ giúp phát triển ra những liệu pháp điều trị cho những bệnh lý khó chữa tại thời điểm hiện tại.

Chúng ta sẽ cần tới các mô hình rất phức tạp,” Griffith nói. “Ta có thể đưa ra giả thiết từ mô hình động vật, nhưng để thật sự đạt được thành tựu trong thử nghiệm thuốc, thì cần phải có cách thức hiệu quả hơn, từ những mẫu bệnh phẩm của con người.”

Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi Cơ quan Chỉ đạo các Dự án Nghiên cứu Quốc phòng Tiên tiến Hoa Kỳ, Các viện Y tế Quốc gia Hoa Kỳ, Viện Kỹ Thuật Sinh Học và Ảnh Y Sinh Quốc Gia, Viện Nghiên cứu về Sức khỏe Môi trường Mỹ, Quỹ Hỗ trợ Koch thuộc Viện Ung thư Quốc gia, và Quỹ Pew-Stewart.

Theo MIT News

Tin liên quan: