Khám phá các cơ chế cơ bản của quá trình tự tái sinh và biệt hóa tế bào gốc ở ruột

Nhắm mục tiêu rối loạn chức năng nội tiết ở giai đoạn đầu bằng cách kích thích sự hình thành các tế bào nội tiết, cụ thể từ tế bào gốc ruột có thể là một phương pháp tái tạo đầy hứa hẹn cho liệu pháp điều trị bệnh tiểu đường. Tuy nhiên, đối với điều này, thông tin chi tiết về hệ thống phân cấp dòng tế bào gốc đường ruột và các tín hiệu điều chỉnh các loại tế bào ruột khác nhau là rất quan trọng.

Heiko Lickert và nhóm nghiên cứu của ông đã thực hiện thử thách này. Lickert là giám đốc của Viện nghiên cứu bệnh tiểu đường và tái sinh tại Helmholtz Zentrum München, giáo sư sinh học tế bào beta tại Đại học Kỹ thuật Munich (TUM) và thành viên của Trung tâm nghiên cứu bệnh tiểu đường tại Đức (DZD).

Tại sao ruột lại quan trọng đối với nghiên cứu sức khỏe?

Heiko Lickert: Là hệ thống tiêu hóa và nội tiết lớn nhất của cơ thể, ruột là trung tâm điều hòa năng lượng và cân bằng nội môi glucose. Các chức năng của đường ruột được thực hiện bởi các tế bào chuyên biệt được tạo ra và đổi mới liên tục sau mỗi 3-4 ngày từ các tế bào gốc của ruột. Ví dụ, cái gọi là các tế bào nội tiết sản xuất hơn 20 loại hormone khác nhau báo hiệu cho não và tuyến tụy để điều chỉnh sự thèm ăn, lượng thức ăn, làm rỗng dạ dày và tiết insulin từ các tế bào beta tuyến tụy. Một chức năng quan trọng khác của đường ruột được thực hiện bởi tế bào Paneth, sản xuất ra các chất phòng vệ và bảo vệ chống lại các mầm bệnh xâm nhập. Do đó, không có gì ngạc nhiên khi rối loạn chức năng đường ruột có liên quan đến nhiều loại bệnh, chẳng hạn như viêm mãn tính, ung thư đại trực tràng và tiểu đường.

Những phát hiện quan trọng trong nghiên cứu mới nhất về tế bào gốc đường ruột là gì?

Anika Böttcher: Chúng tôi đã nâng cao hiểu biết của mình về cách các tế bào gốc trong ruột liên tục tái sinh và tạo ra các loại tế bào chuyên biệt ở độ phân giải tế bào đơn lẻ chưa từng có. Do đó, chúng ta hiện có thể mô tả các quần thể tiềm năng cho mỗi tế bào ruột. Hơn nữa, chúng tôi đã xác định một con đường tín hiệu ngách tế bào gốc cụ thể trong ruột (được gọi là con đường phân cực tế bào Wnt/phẳng) điều chỉnh quá trình tự đổi mới tế bào gốc ruột và các quyết định về dòng giống. Điều này rất quan trọng, vì chúng ta biết rằng tế bào gốc ruột có thể tái sinh và duy trì vô hạn chức năng ruột và hàng rào mô. Đó là 6 mét biểu mô và hơn 100 triệu tế bào được tạo ra mỗi ngày ở người! Hơn nữa, những tế bào này phân biệt thành mọi loại tế bào.

Sử dụng một thuật ngữ kỹ thuật hơn, chúng tôi đã có thể phác họa cây dòng tế bào gốc chi tiết trong ruột và xác định các tín hiệu thích hợp mới. Để có được những kết quả đột phá đó, chúng tôi đã tích hợp việc ghi nhãn dòng giống được giải quyết theo thời gian của các dòng ruột hiếm bằng cách sử dụng các dòng báo cáo khác nhau với phân tích biểu hiện gen đơn bào có mục tiêu và toàn bộ bộ gen để phân tích các quyết định về dòng giống tế bào gốc trong ruột. Cùng với nhóm các nhà sinh học tính toán của Fabian Theis tại Helmholtz Munich và TUM, chúng tôi đã thu thập được 60.000 tế bào ruột. Để phân tích tập dữ liệu này, chúng tôi đã sử dụng các kỹ thuật máy học mới được phát triển để tự động xác định các dòng phân nhánh và các yếu tố đóng góp quan trọng trong không gian biểu hiện gen. Các phát hiện có thể áp dụng rộng rãi và không kém phần quan trọng đối với bệnh ung thư,

Làm thế nào kiến ​​thức mới này có thể được chuyển sang các phương pháp trị liệu?

Heiko Lickert: Nghiên cứu này thách thức các mô hình hiện tại và chúng tôi đã nâng cao hiểu biết của mình về quá trình tự đổi mới tế bào gốc ruột, tính không đồng nhất và tuyển chọn dòng giống. Chúng ta có thể sử dụng kiến ​​thức cơ bản này để lập bản đồ những gì xảy ra đối với sự phân bổ và biệt hóa dòng tế bào gốc ruột trong thời kỳ bệnh mãn tính. Những hiểu biết sâu sắc từ điều này sẽ giúp chúng tôi phát triển các liệu pháp điều trị cụ thể cho những căn bệnh này bằng cách nhắm mục tiêu vào các tổ tiên dòng giống, chẳng hạn như để tái tạo sự hình thành của các tế bào cụ thể bị mất trong quá trình tiến triển của bệnh, hoặc để xác định và loại bỏ tế bào gốc ung thư đường ruột. Cụ thể, tại viện của chúng tôi, chúng tôi sẽ tập trung nỗ lực vào bệnh tiểu đường.

Hoàng Nam dịch

Theo Science Daily