Phát triển "cá nhân tạo" từ tế bào tim người

Sự thiếu hụt nội tạng hiến tặng trầm trọng đến mức các nhà khoa học đang biến đổi gien lợn để tạo ra trái tim mà con người có thể sử dụng. Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Harvard đang nghiên cứu một phương pháp khác, tìm cách tạo ra trái tim nhân tạo từ tế bào gốc tim.

Dù còn rất lâu mới đạt được điều đó nhưng các nhà khoa học đã có thể biến các tế bào thành một thiết bị lai sinh học hình con cá. Trên tạp chí Science, họ đã báo cáo thành công trong việc tạo ra thiết bị kết hợp sinh học đầu tiên từ các tế bào tim phát triển từ tế bào gốc của người.

“Mục tiêu cuối cùng của chúng tôi là tạo ra một trái tim nhân tạo để thay thế tim dị tật ở trẻ em. Thay vì sử dụng hình ảnh tim làm bản thiết kế, chúng tôi đang xác định các nguyên tắc vật lý - sinh học quan trọng giúp trái tim hoạt động. Từ đó, sử dụng chúng làm tiêu chí thiết kế và tái tạo trong một hệ thống đặc biệt - một con cá lai sinh học biết bơi”, giáo sư Kit Parker cho biết.

Thiết bị mới thuộc dạng lai sinh học vì nó kết hợp các tế bào của con người với vật liệu phi sinh học như gelatin, cơ thể bằng giấy và một phao nổi bằng nhựa. Không có vật liệu nào từ một con cá thực tế được đưa vào thiết bị.

Đặc điểm quan trọng của trái tim là đập và các tế bào cấu thành của nó cũng phải hoạt động như vậy. Nhóm nghiên cứu đã biến 73.000 tế bào gốc thành tế bào cơ tim và phủ chúng lên một cấu trúc có hình dạng giống cá ngựa vằn, với hai lớp tế bào cơ ở mỗi bên của vây đuôi. Các cơ ở mỗi bên chứa các protein võng mạc nhạy cảm với các màu sắc khác nhau của ánh sáng.

Bằng cách xen kẽ màu ánh sáng, các tế bào được tạo ra để đập không đồng bộ. Do đó, một bên sẽ co lại khi bên kia giãn ra, khiến đuôi cá quẫy sang bên này rồi lại sang bên kia. Chuyển động này đã đẩy “con cá” về phía trước. Nhóm nghiên cứu cũng chứng minh được các tế bào có thể duy trì chuyển động 108 ngày khi bơi trong dung dịch muối giàu glucose.

“Bằng cách tận dụng tín hiệu điện - cơ tim giữa hai lớp cơ, chúng tôi đã tái tạo chu kỳ mà mỗi cơn co thắt sẽ tự động dẫn đến phản ứng kéo căng ở phía đối diện. Tần số và nhịp điệu của nhịp được điều khiển bởi một nút tạo nhịp độ, giúp nhóm thực hành trong việc tạo ra một thiết bị giống máy tạo nhịp tim”, tiến sĩ Keel Yong Lee, đồng tác giả nghiên cứu cho biết.

Loài cá này phát triển từ các dự án trước đó của cùng một phòng thí nghiệm, đầu tiên là mô hình một con sứa và sau đó là cá đuối. Tuy nhiên, cả hai sử dụng tế bào tim chuột trong khi loài cá chưa được đặt tên dùng tế bào tim người. Cá lai sinh học cũng bơi giỏi hơn và tồn tại lâu hơn rất nhiều nhờ cơ chế tăng nhịp độ gấp đôi. Đáng chú ý là nó tiến bộ hơn qua thời gian. Việc tập luyện bơi giúp tăng cường các tế bào, tạo ra tốc độ bơi nhanh hơn và cải thiện sự phối hợp cơ bắp trong suốt tháng đầu tiên.