Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Các nhà nghiên cứu từ Trung tâm nghiên cứu Ung thư UCLA Jonsson (Đại học California, Mỹ) cho biết họ vừa mới phát triển một phương pháp đơn giản, công năng cao để chuyển các ty thể được phân lập và DNA ty thể liên quan của chúng vào tế bào động vật có vú.

Phương pháp này cho phép các nhà nghiên điều chỉnh thành phần di truyền quan trọng của tế bào, để nghiên cứu và có khả năng điều trị các bệnh như ung thư, tiểu đường và rối loạn chuyển hóa.

Nhóm nghiên cứu đã công bố công trình của mình “Đường ống vận chuyển ti thể được điều khiển bằng áp suất tạo ra các tế bào động vật có sự kết hợp và đặc tính di truyền mong muốn” (Pressure-Driven Mitochondrial Transfer Pipeline Generates Mammalian Cells of Desired Genetic Combinations and Fates) trên tạp chí Cell Reports, công trình này miêu tả làm thế nào mà thiết bị mới được UCLA phát triển, còn gọi là MitoPunch, cấy chuyển ti thể vài trong 100,000 hay nhiều tế bào tiếp nhận một cách đồng thời, việc này thật sự là một sự cải tiến đáng kinh ngạc so với các công nghệ chuyển ti thể đang hiện hữu. Thiết bị là một phần của nỗ lực không ngừng nghỉ bởi các nhà khoa học UCLA nhằm tìm hiểu các đột biến trong DNA ti thể bằng cách phát triển các phương pháp thao tác có kiểm soát giúp cải thiện chức năng của tế bào người hay mô hình hóa căn bệnh  ti thể ở người tốt hơn.

“Việc tạo ra các tế bào động vật với trình tự DNA ti thể (mtDNA) mong muốn cho phép các nghiên cứu về ti thể, mô hình bệnh và các liệu pháp tái tạo tiềm năng.  MitoPunch, một thiết bị chuyển ti thể công năng cao, tạo các tế bào với sự kết hợp của mtDNA và DNA nhân (nDNA) bằng cách chuyển ty thể được phân lập từ tế bào chuột hay từ người vào bên trong các tế bào thiếu mtDNA bất tử (immortal mtDNA-deficient (ρ0) cells) hoặc sơ cấp”, các nhà nghiên cứu mô tả.

“Các tế bào nhận ty thể được phân lập ổn định (SIMR - Stable isolated mitochondrial recipient) được phân lập trong môi trường dinh dưỡng hạn chế lâu dài để duy trì mtDNA nhận và tái yêu cầu hô hấp. Tuy nhiên, các tế bào nguyên bào sợi SIMR vẫn duy trì thể trao đổi chất tế bào và hệ phiên mã như tế bào ρ0 mặc dù được phát triển trong môi trường kém dinh dưỡng. Chúng tôi tái lập trình các tế bào nguyên bào sợi SIMR không bất tử thành các tế bào gốc vạn năng cảm ứng (iPSCs) với sự biệt hóa liên tục thành những tế bào chức năng đa dạng khác nhau, bao gồm tế bào gốc trung mô (MSCs), tế bào mỡ, nguyên bào xương và tế bào chondrocytes. Đáng chú ý, sau khi tái lập trình và biệt hóa, nguyên bào sợi SIMR về mặt phân tử và kiểu hình giống với nguyên bào sợi đối chứng chưa được điều chỉnh được thực hiện qua cùng một quy trình.”

“Do đó, hệ thống ống chuyển MitoPunch của chúng tôi cho phép tạo ra các tế bào SIMR với các kết hợp mtDNA-nDNA đặc trưng cho các nghiên cứu bổ sung và ứng dụng cho nhiều loại tế bào khác nhau”.

“Khả năng tạo ra các tế bào với các trình tự DNA ty thể mong muốn thật sự là cách tiếp cận đầy tiềm năng trong việc nghiên cứu làm thế nào mà genome trong ty thể và nhân tương tác với nhau để điều hòa chức năng của tế bào, điều mà thực sự cần thiết trong việc tìm hiểu và điều trị hiệu quả bệnh cho bệnh nhân”, Alexander Sercel, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Trường Y David Geffen tại UCLA và là đồng tác giả đứng đầu của nghiên cứu cho biết.
Các đột biến di truyền hay mắc phải của DNA ty thể có thể làm suy yếu đáng kể sự sản sinh năng lượng và do đó có thể dẫn đến các bệnh suy nhược. Các công nghệ thao tác DNA ti thể tụt hậu so với những tiến bộ trong thao tác DNA trong nhân tế bào và có khả năng giúp các nhà khoa học phát triển các mô hình bệnh tật và liệu pháp tái tạo cho các rối loạn do những đột biến này gây ra.

Những phương pháp hiện tại bị hạn chế và phức tạp, hầu hết các phương pháp này chỉ có thể chuyển ty thể với trình tự DNA ty thể mục tiêu vào trong một lượng ít tế bào và loại tế bào nhất định. Theo các nhà khoa học của UCLA cho rằng thiết bị MitoPunch dễ thao tác và cho phép chuyển ty thể đồng nhất từ nhiều loại ty thể khác nhau  phân lập từ nhiều loại tế bào cho khác nhau vào trong nhiều loại tế bào nhận, kể cả không có nguồn gốc là con người, như là tế bào phân lập từ chuột.

“Điểm khác biệt của MitoPunch so với các công nghệ khác là nó cho phép thiết kế các tế bào không phải ác tinh hay không bất tử như là tế bào da người, để tạo thành hệ DNA ty thể-nhân độc nhất.” đồng tác giả đứng đầu của công trình nghiên cứu, TS. Alexander Patananan, hiện là nghiên cứu viên sau tiến sĩ tại UCLA, làm việc tại Amgen cho biết. “Đặc điểm nổi bật này cho phép chúng ta nghiên cứu ảnh hưởng các trình tự DNA ty thể cụ thể lên chức năng tế bào bằng việc tái lập trình các tế bào này thành các tế bào gốc vạn năng cảm ứng mà sau đó biệt hóa thành các tế bào chức năng như xương, sụn và mỡ.”

MitoPunch được tạo ra trong phòng thí nghiệm của Tiến sĩ, bác sĩ, giám đốc Trung tâm Ung thư Jonsson, Michael Teitell, ông cũng là giáo sư bệnh học và y học thực nghiệm, và Pei-Yu (Eric) Chiou, Tiến sĩ, giáo sư kỹ thuật cơ khí và hàng không tại Trường UCLA Henry Samueli Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng, và Ting-Hsiang Wu, từ ImmunityBio.

MitoPunch được xây dựng dựa trên công nghệ trước đây và một thiết bị được gọi là thanh nano quang nhiệt, mà nhóm đã phát triển vào năm 2016. Nhưng không giống như thanh nano quang nhiệt đòi hỏi hoạt động của hệ thống quang học và laser phức tạp, MitoPunch hoạt động bằng cách sử dụng áp suất để đẩy huyền phù ty thể được phân lập qua một lớp xốp màng bao bọc bởi tế bào.

Các nhà nghiên cứu đề xuất rằng áp dụng gradident áp lực khác nhau tạo ra khả năng chọc thủng màng tế bào ở những vị trí rời rạc, cho phép ty thể xâm nhập trực tiếp vào tế bào nhận, theo sau đó là quá trình sửa chữa màng tế bào.

“Chúng tôi đã biết khi lần đầu tiên tạo ra tấm nano quang nhiệt rằng sẽ cần một hệ thống có có cao năng mạnh hơn, đơn giản hơn để sử dụng dễ dàng hơn cho các phòng thí nghiệm khác lắp ráp và vận hành” GS. Teitell, người cũng là trưởng bộ phận bệnh lý nhi khoa và phát triển và là thành viên của Trung tâm Nghiên cứu Tế bào gốc UCLA cho biết. "Thiết bị mới này rất hiệu quả và cho phép các nhà nghiên cứu tìm hiểu bộ gen ty thể theo cách đơn giản - hoán đổi nó từ tế bào này sang tế bào khác - có thể được sử dụng để khám phá sinh học cơ bản chi phối một loạt các chức năng của tế bào và có thể, một ngày nào đó, mang lại hy vọng điều trị các bệnh về DNA ty thể."

Nguồn: https://www.genengnews.com/news/high-throughput-mitochondria-transfer-device-developed/