Các nhà nghiên cứu từ Trung tâmnghiên cứu Ung thư UCLA Jonsson (Đại học California, Mỹ) cho biết họ vừa mớiphát triển một phương pháp đơn giản, công năng cao để chuyển các ty thể đượcphân lập và DNA ty thể liên quan của chúng vào tế bào động vật có vú.
Phương pháp này cho phép cácnhà nghiên điều chỉnh thành phần di truyền quan trọng của tế bào, để nghiên cứuvà có khả năng điều trị các bệnh như ung thư, tiểu đường và rối loạn chuyểnhóa.
Nhóm nghiên cứu đã công bố côngtrình của mình “Đường ống vận chuyển ti thể được điều khiển bằng áp suất tạo racác tế bào động vật có sự kết hợp và đặc tính di truyền mong muốn” (Pressure-DrivenMitochondrial Transfer Pipeline Generates Mammalian Cells of Desired GeneticCombinations and Fates) trên tạp chí Cell Reports, công trình này miêu tả làmthế nào mà thiết bị mới được UCLA phát triển, còn gọi là MitoPunch, cấy chuyểnti thể vài trong 100,000 hay nhiều tế bào tiếp nhận một cách đồng thời, việcnày thật sự là một sự cải tiến đáng kinh ngạc so với các công nghệ chuyển ti thểđang hiện hữu. Thiết bị là một phần của nỗ lực không ngừng nghỉ bởi các nhàkhoa học UCLA nhằm tìm hiểu các đột biến trong DNA ti thể bằng cách phát triểncác phương pháp thao tác có kiểm soát giúp cải thiện chức năng của tế bào ngườihay mô hình hóa căn bệnh ti thể ở người tốt hơn.
“Việc tạo ra các tế bào động vậtvới trình tự DNA ti thể (mtDNA) mong muốn cho phép các nghiên cứu về ti thể, môhình bệnh và các liệu pháp tái tạo tiềm năng. MitoPunch, một thiết bịchuyển ti thể công năng cao, tạo các tế bào với sự kết hợp của mtDNA và DNAnhân (nDNA) bằng cách chuyển ty thể được phân lập từ tế bào chuột hay từ ngườivào 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 đượcphân lập ổn định (SIMR - Stable isolated mitochondrial recipient) được phân lậptrong môi trường dinh dưỡng hạn chế lâu dài để duy trì mtDNA nhận và tái yêu cầuhô hấp. Tuy nhiên, các tế bào nguyên bào sợi SIMR vẫn duy trì thể trao đổi chấttế bào và hệ phiên mã như tế bào ρ0 mặc dù được phát triển trong môi trường kémdinh dưỡng. Chúng tôi tái lập trình các tế bào nguyên bào sợi SIMR không bất tửthành các tế bào gốc vạn năng cảm ứng (iPSCs) với sự biệt hóa liên tục thành nhữngtế bào chức năng đa dạng khác nhau, bao gồm tế bào gốc trung mô (MSCs), tế bàomỡ, nguyên bào xương và tế bào chondrocytes. Đáng chú ý, sau khi tái lập trìnhvà biệt hóa, nguyên bào sợi SIMR về mặt phân tử và kiểu hình giống với nguyênbào sợi đối chứng chưa được điều chỉnh được thực hiện qua cùng một quy trình.”
“Do đó, hệ thống ống chuyểnMitoPunch của chúng tôi cho phép tạo ra các tế bào SIMR với các kết hợpmtDNA-nDNA đặc trưng cho các nghiên cứu bổ sung và ứng dụng cho nhiều loại tếbào khác nhau”.
“Khả năng tạo ra các tế bào vớicác trình tự DNA ty thể mong muốn thật sự là cách tiếp cận đầy tiềm năng trongviệc nghiên cứu làm thế nào mà genome trong ty thể và nhân tương tác với nhau đểđiều hòa chức năng của tế bào, điều mà thực sự cần thiết trong việc tìm hiểu vàđiều trị hiệu quả bệnh cho bệnh nhân”, Alexander Sercel, nghiên cứu sinh tiếnsĩ tại Trường Y David Geffen tại UCLA và là đồng tác giả đứng đầu của nghiên cứucho biết.
Các đột biến di truyền hay mắc phải của DNA ty thể có thể làm suy yếu đáng kể sựsản sinh năng lượng và do đó có thể dẫn đến các bệnh suy nhược. Các công nghệthao tác DNA ti thể tụt hậu so với những tiến bộ trong thao tác DNA trong nhântế bào và có khả năng giúp các nhà khoa học phát triển các mô hình bệnh tật vàliệu pháp tái tạo cho các rối loạn do những đột biến này gây ra.
Những phương pháp hiện tại bị hạnchế và phức tạp, hầu hết các phương pháp này chỉ có thể chuyển ty thể với trìnhtự 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 chophép chuyển ty thể đồng nhất từ nhiều loại ty thể khác nhau phân lập từnhiều loại tế bào cho khác nhau vào trong nhiều loại tế bào nhận, kể cả khôngcó nguồn gốc là con người, như là tế bào phân lập từ chuột.
“Điểm khác biệt của MitoPunchso với các công nghệ khác là nó cho phép thiết kế các tế bào không phải ác tinhhay 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, hiệnlà nghiên cứu viên sau tiến sĩ tại UCLA, làm việc tại Amgen cho biết. “Đặc điểmnổi bật này cho phép chúng ta nghiên cứu ảnh hưởng các trình tự DNA ty thể cụthể lên chức năng tế bào bằng việc tái lập trình các tế bào này thành các tếbào gốc vạn năng cảm ứng mà sau đó biệt hóa thành các tế bào chức năng nhưxương, sụn và mỡ.”
MitoPunch được tạo ra trongphòng 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 UCLAHenry Samueli Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng, và Ting-Hsiang Wu, từ ImmunityBio.
MitoPunch được xây dựng dựatrên công nghệ trước đây và một thiết bị được gọi là thanh nano quang nhiệt, mànhóm đã phát triển vào năm 2016. Nhưng không giống như thanh nano quang nhiệtđòi hỏi hoạt động của hệ thống quang học và laser phức tạp, MitoPunch hoạt độngbằng cách sử dụng áp suất để đẩy huyền phù ty thể được phân lập qua một lớp xốpmàng bao bọc bởi tế bào.
Các nhà nghiên cứu đề xuất rằngáp dụng gradident áp lực khác nhau tạo ra khả năng chọc thủng màng tế bào ở nhữngvị trí rời rạc, cho phép ty thể xâm nhập trực tiếp vào tế bào nhận, theo sau đólà quá trình sửa chữa màng tế bào.
“Chúng tôi đã biết khi lần đầutiên tạo ra tấm nano quang nhiệt rằng sẽ cần một hệ thống có có cao năng mạnhhơn, đơn giản hơn để sử dụng dễ dàng hơn cho các phòng thí nghiệm khác lắp rápvà vận hành” GS. Teitell, người cũng là trưởng bộ phận bệnh lý nhi khoa và pháttriển 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 bộgen ty thể theo cách đơn giản - hoán đổi nó từ tế bào này sang tế bào khác - cóthể được sử dụng để khám phá sinh học cơ bản chi phối một loạt các chức năng củatế bào và có thể, một ngày nào đó, mang lại hy vọng điều trị các bệnh về DNA tythể."