Con người sở hữu hàng trăm loại tế bào chuyên biệt và chúng tuân theo một quy luật sinh học bất biến là sinh ra, già đi rồi chết. Một tế bào da không thể tự biến thành tế bào gan, và một giọt máu trưởng thành cũng không thể tự hóa thành dây thần kinh. Tuy nhiên, giới hạn tự nhiên này vừa bị các nhà khoa học tại Bệnh viện Đại học Bonn và Đại học Bonn của Đức phá vỡ hoàn toàn. Họ đã can thiệp vào mã di truyền để ép một tế bào máu 80 tuổi quay ngược thời gian, trở thành một tế bào gốc thần kinh với độ tuổi sinh học chỉ chưa đầy 20.

Tua ngược đồng hồ biểu sinh

Mọi tế bào đều mang theo một chiếc đồng hồ sinh học vô hình, ghi lại toàn bộ dấu vết của thời gian thông qua các biến đổi hóa học trên dải DNA. Giáo sư Oliver Brüstle, Giám đốc Viện Khoa học Thần kinh Tái tạo tại Bệnh viện Đại học Bonn, định nghĩa cơ chế này là đồng hồ biểu sinh. Thay vì làm thay đổi chuỗi DNA gốc, thời gian chỉ làm biến đổi cách tế bào đọc và sử dụng các chỉ thị di truyền.

Dựa trên nguyên lý này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một nhóm protein đặc biệt có tên là yếu tố phiên mã. Chúng can thiệp trực tiếp vào quá trình đọc mã di truyền, buộc các tế bào máu hồng cầu chưa trưởng thành phải từ bỏ danh tính gốc. Sau quá trình định hình lại, những tế bào già cỗi này lột xác thành tế bào gốc thần kinh. Kết quả kiểm tra biểu sinh cho thấy dấu ấn tuổi tác trên các tế bào này đã giảm đi 60 năm. Mẫu máu của một cụ già 80 tuổi giờ đây mang sức sống và cách vận hành tương đương với tế bào của một thanh niên chưa tới 20 tuổi.

Sự khác biệt từ quá trình chuyển đổi chậm

Khái niệm trẻ hóa tế bào không phải là một điều quá mới mẻ trong giới nghiên cứu y sinh. Trước đây, các nhà khoa học thường áp dụng phương pháp ép tế bào trưởng thành quay về trạng thái gốc vạn năng, sau đó mới nuôi cấy chúng thành một loại tế bào chuyên biệt khác. Quy trình hai bước này diễn ra rất nhanh, khiến giới nghiên cứu không thể quan sát chi tiết những gì thực sự xảy ra bên trong nhân tế bào.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu tại Bonn đã đi theo một lộ trình hoàn toàn khác. "Chúng tôi chuyển đổi trực tiếp tế bào máu thành tế bào gốc thần kinh mà không cần đi qua giai đoạn vạn năng. Sự trẻ hóa diễn ra từ từ và chúng tôi có thể theo dõi liên tục trong hơn 100 ngày", Giáo sư Brüstle giải thích. Việc bỏ qua giai đoạn trung gian này giúp hệ thống tế bào giữ được sự ổn định cần thiết trong suốt quá trình thay đổi đặc tính sinh học.

Quá trình chuyển đổi kéo dài này mang lại một kho dữ liệu khổng lồ cho giới chuyên môn. Các nhà khoa học có đủ thời gian để quan sát từng sự thay đổi nhỏ nhất khi chiếc đồng hồ biểu sinh bị tua ngược qua nhiều tuần. Khả năng kiểm soát nhịp độ biến đổi tế bào cho phép họ thử nghiệm thêm nhiều hoạt chất mới để xem yếu tố nào sẽ đẩy nhanh hoặc làm chậm quá trình cải lão hoàn đồng.

Tìm kiếm phương pháp điều trị Alzheimer

Báo cáo chi tiết về nghiên cứu này vừa được công bố trên tạp chí khoa học Aging Cell với sự tài trợ từ quỹ Horizon 2020 của Liên minh châu Âu và Quỹ Nghiên cứu Đức. Đây không phải là một phương pháp điều trị trực tiếp để giúp con người trường sinh bất lão, mà là một mô hình thử nghiệm vô giá để giới y khoa hiểu rõ cơ chế vận hành của sự lão hóa. Tuổi tác luôn là rủi ro lớn nhất dẫn đến sự tàn phá hệ thần kinh, điển hình là căn bệnh suy giảm trí nhớ Alzheimer.

Bằng cách quan sát một tế bào già nua lấy lại đặc tính thanh xuân, các nhà khoa học có thể cô lập được những tác nhân gây thoái hóa não bộ. Khi đã nắm trong tay bản đồ định vị thời gian của tế bào, ngành công nghiệp dược phẩm sẽ có cơ sở vững chắc để bào chế ra các dòng thuốc mới. Những viên thuốc này được kỳ vọng sẽ trực tiếp can thiệp vào quá trình thoái hóa, giúp ngăn chặn hoặc làm chậm sự tàn phá của bệnh tật trên người cao tuổi trong tương lai.