Tổng quan về Kỹ thuật Mô

Khả năng tái tạo mô và cơ quan của cơ thể con người cực kỳ kém hiệu quả, và việc mất mô và cơ quan có thể dễ dàng xảy ra do những nguyên nhân như khuyết tật bẩm sinh, bệnh tật và chấn thương đột ngột. Khi mô chết (được gọi là hoại tử), nó không thể sống lại được — nếu không được loại bỏ hoặc sửa chữa, nó có thể ảnh hưởng đến các vùng khác của cơ thể, chẳng hạn như mô xung quanh, các cơ quan, xương và da.

Đây là nơi mà kỹ thuật mô rất hữu ích. Bằng cách sử dụng vật liệu sinh học (vật chất tương tác với hệ thống sinh học của cơ thể như tế bào và phân tử hoạt động), các mô chức năng có thể được tạo ra để giúp phục hồi, sửa chữa hoặc thay thế các mô và cơ quan bị hư hỏng của con người.

Sơ lược về lịch sử

Kỹ thuật mô là một lĩnh vực y học tương đối mới, với việc nghiên cứu chỉ bắt đầu từ những năm 1980. Một nhà khoa học và kỹ sư sinh học người Mỹ tên là Yuan-Cheng Fung đã đệ trình đề xuất lên Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF) về một trung tâm nghiên cứu dành riêng cho các mô sống. Fung lấy khái niệm mô người và mở rộng nó để áp dụng cho bất kỳ cơ thể sống nào giữa các tế bào và cơ quan.

Dựa trên đề xuất này, NSF đã gắn nhãn thuật ngữ "kỹ thuật mô" trong nỗ lực hình thành một lĩnh vực nghiên cứu khoa học mới. Điều này dẫn đến sự hình thành của Hiệp hội Kỹ thuật Mô (TES), sau này trở thành Hiệp hội Quốc tế Kỹ thuật Mô và Y học Tái sinh (TERMIS).

TERMIS thúc đẩy cả giáo dục và nghiên cứu trong lĩnh vực kỹ thuật mô và y học tái tạo. Y học tái tạo đề cập đến một lĩnh vực rộng hơn tập trung vào cả kỹ thuật mô cũng như khả năng cơ thể con người tự phục hồi để khôi phục chức năng bình thường cho mô, cơ quan và tế bào của con người.

Mục đích của Kỹ thuật Mô

Kỹ thuật mô có một số chức năng chính trong y học và nghiên cứu: giúp sửa chữa mô hoặc cơ quan bao gồm sửa chữa xương (mô vôi hóa), mô sụn, mô tim, mô tuyến tụy và mô mạch máu. Lĩnh vực này cũng tiến hành nghiên cứu về hành vi của tế bào gốc. Tế bào gốc có thể phát triển thành nhiều loại tế bào khác nhau và có thể giúp sửa chữa các vùng trên cơ thể.

Lĩnh vực kỹ thuật mô cho phép các nhà nghiên cứu tạo ra các mô hình để nghiên cứu các bệnh khác nhau, chẳng hạn như ung thư và bệnh tim.

Bản chất 3D của kỹ thuật mô cho phép kiến ​​trúc khối u được nghiên cứu trong một môi trường chính xác hơn. Kỹ thuật mô cũng cung cấp một môi trường để thử nghiệm các loại thuốc mới tiềm năng trên các bệnh này.

Làm thế nào nó hoạt động

Quá trình kỹ thuật mô là một quá trình phức tạp. Nó liên quan đến việc hình thành một mô chức năng 3D để giúp sửa chữa, thay thế và tái tạo mô hoặc cơ quan trong cơ thể. Để làm được điều này, các tế bào và phân tử sinh học được kết hợp với các giàn giáo.

Các vách ngăn là cấu trúc nhân tạo hoặc tự nhiên mô phỏng các cơ quan thực (chẳng hạn như thận hoặc gan). Mô phát triển trên các giá thể này để bắt chước quá trình sinh học hoặc cấu trúc cần được thay thế. Khi chúng được xây dựng cùng nhau, mô mới được thiết kế để tái tạo trạng thái của mô cũ khi nó chưa bị hư hại hoặc bị bệnh.

Vách ngăn, tế bào và phân tử sinh học

Vách ngăn, thường được tạo ra bởi các tế bào trong cơ thể, có thể được xây dựng từ các nguồn như protein trong cơ thể, nhựa nhân tạo hoặc từ một giá thể hiện có, chẳng hạn như từ một cơ quan hiến tặng. Trong trường hợp cơ quan hiến tặng, giá thể sẽ được kết hợp với các tế bào của bệnh nhân để tạo ra các cơ quan hoặc mô có thể tùy chỉnh mà thực sự có khả năng bị hệ miễn dịch của bệnh nhân từ chối.

Bất kể nó được hình thành như thế nào, chính cấu trúc giàn giáo này sẽ gửi thông điệp đến các tế bào giúp hỗ trợ và tối ưu hóa các chức năng của tế bào trong cơ thể.

Chọn đúng tế bào là một phần quan trọng của kỹ thuật mô. Có hai loại tế bào gốc chính.

Hai loại tế bào gốc chính

• Tế bào gốc phôi: có nguồn gốc từ phôi, thường có trong trứng đã được thụ tinh trong ống nghiệm (ngoài cơ thể).
• Tế bào gốc trưởng thành: được tìm thấy bên trong cơ thể giữa các tế bào bình thường — chúng có thể nhân lên bằng cách phân chia tế bào để bổ sung các tế bào và mô đang chết.

Hiện tại có rất nhiều nghiên cứu đang được tiến hành trên tế bào gốc đa năng (tế bào gốc trưởng thành được cảm ứng để hoạt động giống như tế bào gốc phôi). Về lý thuyết, có nguồn cung cấp tế bào gốc đa năng không giới hạn và việc sử dụng chúng không liên quan đến vấn đề phá hủy phôi người (cũng là nguyên nhân gây ra vấn đề đạo đức). Trên thực tế, các nhà nghiên cứu từng đoạt giải Nobel đã công bố những phát hiện của họ về tế bào gốc đa năng và công dụng của chúng.

Nhìn chung, phân tử sinh học bao gồm bốn lớp chính (mặc dù cũng có các lớp thứ cấp): carbohydrate, lipid, protein và axit nucleic. Các phân tử sinh học này giúp tạo nên cấu trúc và chức năng của tế bào. Carbohydrate giúp các cơ quan như não và tim hoạt động cũng như các hệ thống hoạt động như hệ tiêu hóa và miễn dịch.

Protein cung cấp kháng thể chống lại vi trùng cũng như hỗ trợ cấu trúc và chuyển động của cơ thể. Axit nucleic chứa DNA và RNA, cung cấp thông tin di truyền cho tế bào.

Sử dụng y tế

Kỹ thuật mô không được sử dụng rộng rãi để chăm sóc hoặc điều trị bệnh nhân. Có một số trường hợp đã sử dụng kỹ thuật mô để ghép da, sửa chữa sụn, động mạch nhỏ và túi lệ ở bệnh nhân. Tuy nhiên, các cơ quan lớn hơn được thiết kế bằng mô như tim, phổi và gan vẫn chưa được sử dụng cho bệnh nhân (mặc dù chúng đã được tạo ra trong phòng thí nghiệm).

Bên cạnh yếu tố rủi ro của việc sử dụng kỹ thuật mô ở bệnh nhân, các thủ tục này cực kỳ tốn kém. Mặc dù kỹ thuật mô rất hữu ích khi nghiên cứu y học, đặc biệt là khi thử nghiệm các công thức thuốc mới.

Sử dụng mô sống, hoạt động trong môi trường bên ngoài cơ thể giúp các nhà nghiên cứu tạo ra lợi ích trong y học cá nhân hóa.

Y học cá nhân hóa giúp xác định xem một số loại thuốc có hoạt động tốt hơn cho một số bệnh nhân nhất định hay không dựa trên cấu trúc gen của họ, cũng như giảm chi phí phát triển và thử nghiệm trên động vật.

Ví dụ về Kỹ thuật Mô

Một ví dụ gần đây về kỹ thuật mô do Viện Kỹ thuật Sinh học và Hình ảnh Y sinh Quốc gia thực hiện bao gồm kỹ thuật mô gan người sau đó được cấy vào chuột. Vì chuột sử dụng gan của chính mình, mô gan của con người chuyển hóa thuốc, bắt chước cách con người phản ứng với một số loại thuốc bên trong chuột. Điều này giúp các nhà nghiên cứu xem có thể có những tương tác thuốc nào với một loại thuốc nhất định.

Trong nỗ lực tạo ra mô được thiết kế với một mạng tích hợp, các nhà nghiên cứu đang thử nghiệm một máy in có thể tạo ra một mạng giống như mạch máu từ dung dịch đường. Dung dịch này sẽ hình thành và cứng lại trong mô được thiết kế cho đến khi máu được thêm vào quá trình này, di chuyển qua các kênh nhân tạo.

Cuối cùng, việc tái tạo thận của bệnh nhân bằng cách sử dụng các tế bào của chính bệnh nhân là một dự án khác của Viện. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các tế bào từ cơ quan hiến tặng để kết hợp với các phân tử sinh học và giàn giáo collagen (từ cơ quan hiến tặng) để phát triển mô thận mới.

Mô cơ quan này sau đó được kiểm tra hoạt động (chẳng hạn như hấp thụ chất dinh dưỡng và sản xuất nước tiểu) cả bên ngoài và bên trong chuột. Tiến bộ trong lĩnh vực kỹ thuật mô này (cũng có thể hoạt động tương tự đối với các cơ quan như tim, gan và phổi) có thể giúp giải quyết tình trạng thiếu người hiến tặng cũng như giảm bất kỳ bệnh nào liên quan đến ức chế miễn dịch ở bệnh nhân ghép tạng.

Nó liên quan như thế nào đến bệnh ung thư

Sự phát triển của khối u di căn là một trong những nguyên nhân khiến ung thư là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu. Trước khi kỹ thuật mô, môi trường khối u chỉ có thể được tạo ra bên ngoài cơ thể ở dạng 2D. Giờ đây, môi trường 3D, cũng như sự phát triển và sử dụng một số vật liệu sinh học nhất định (như collagen), cho phép các nhà nghiên cứu xem xét môi trường của khối u đến môi trường vi mô của các tế bào nhất định để xem điều gì sẽ xảy ra với bệnh khi các thành phần hóa học nhất định trong tế bào bị thay đổi .

Bằng cách này, kỹ thuật mô giúp các nhà nghiên cứu hiểu được cả sự tiến triển của ung thư cũng như tác động của một số phương pháp điều trị nhất định có thể đối với những bệnh nhân mắc cùng một loại ung thư.

Mặc dù đã có nhiều tiến bộ trong việc nghiên cứu ung thư thông qua kỹ thuật mô, nhưng sự phát triển của khối u thường có thể khiến hình thành các mạch máu mới. Điều này có nghĩa là ngay cả với những tiến bộ của kỹ thuật mô trong nghiên cứu ung thư, vẫn có thể có những hạn chế chỉ có thể được loại bỏ bằng cách cấy mô đã được thiết kế vào một cơ thể sống.

Tuy nhiên, với bệnh ung thư, kỹ thuật mô có thể giúp xác định các khối u này hình thành như thế nào, tương tác tế bào bình thường sẽ như thế nào, cũng như cách tế bào ung thư phát triển và di căn. Điều này giúp các nhà nghiên cứu thử nghiệm các loại thuốc sẽ chỉ ảnh hưởng đến các tế bào ung thư, chứ không phải toàn bộ cơ quan hoặc cơ thể.