Phát triển thiết bị chuyển ty thể thông lượng cao

Phương pháp này giúp các nhà khoa học có thể điều chỉnh một thành phần di truyền quan trọng trong tế bào để nghiên cứu và từ đó có khả năng điều trị các bệnh suy nhược như ung thư, tiểu đường và rối loạn chuyển hóa.

Được công bố trên tạp chí Cell Reports, nghiên cứu của các nhà khoa học từ UCLA đã mô tả cách thiết bị mới có tên MitoPunch chuyển ty thể vào 100.000 hoặc nhiều tế bào nhận cùng một lúc. Đây là một cải tiến đáng kể so với các công nghệ chuyển ty thể hiện có. Thiết bị này cũng là một trong những nỗ lực của các nhà khoa học trong việc tìm hiểu các đột biến ở DNA ty thể, thông qua việc phát triển các phương pháp cải thiện chức năng của tế bào người hoặc mô hình hóa chính xác hơn các bệnh ty thể ở người.

Alexander Sercel, nghiên cứu sinh tại Trường Y David Geffen tại UCLA và là đồng tác giả chính của nghiên cứu, cho biết.: "Việc tạo ra được các tế bào với trình tự DNA ty thể theo mong muốn chính là chìa khóa để nghiên cứu cách các gen trong ty thể và nhân tế bào tương tác với nhau khi điều chỉnh các chức năng của tế bào - một yếu tố vô cùng quan trọng trong việc hiểu và điều trị bệnh".

Ty thể, thường được gọi là 'nguồn năng lượng' của tế bào, được di truyền từ người mẹ. Nếu DNA ty thể toàn vẹn, chúng mới có thể thực hiện các chức năng thiết yếu này. Do vậy, các đột biến trong DNA ty thể có thể làm suy giảm đáng kể quá trình sản xuất năng lượng và có thể gây ra nhiều bệnh suy nhược.

Các công nghệ để điều khiển DNA ty thể sẽ giúp phát triển các mô hình bệnh tật và liệu pháp điều trị cho các rối loạn do những đột biến này gây ra. Tuy nhiên, công nghệ này lại đang tụt hậu so với nhiều tiến bộ khác trong việc điều khiển các DNA trong nhân tế bào. Thêm vào đó, những phương pháp tiếp cận DNA ty thể hiện tại còn hạn chế, phức tạp,  phần lớn chỉ có thể phân phối các ty thể với trình tự DNA ty thể mong muốn vào một số ít tế bào.

Trong khi đó, thiết bị MitoPunch mới lại vận hành đơn giản và cho phép chuyển các ty thể được phân lập từ các loại tế bào cho khác nhau sang vô số loại tế bào nhận, ngay cả đối với các loài không phải người, bao gồm cả các tế bào được phân lập từ chuột.

"Điều khiến MitoPunch khác biệt với các công nghệ khác là khả năng thiết kế các tế bào không bất tử và không ác tính, chẳng hạn như tế bào da người, để tạo ra các tổ hợp gen DNA nhân ty thể độc nhất", đồng tác giả Alexander Patananan, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ của UCLA, cho biết. "Với thiết bị MitoPunch này, chúng tôi có thể nghiên cứu tác động của các chuỗi DNA ty thể cụ thể lên các chức năng của tế bào bởi công nghệ mới này cho phép tái lập trình các tế bào đó thành các tế bào gốc đa năng, sau đó được biệt hóa thành các tế bào mỡ, sụn và xương".

MitoPunch được tạo ra trong phòng thí nghiệm của Tiến sĩ Michael Teitell, giám đốc Trung tâm Ung thư Jonsson, giáo sư bệnh học và y học thí nghiệm, Pei-Yu Chiou, giáo sư kỹ thuật cơ khí và hàng không tại Trường Kỹ thuật và Ứng dụng Henry Samueli thuộc UCLA Science, và Ting-Hsiang Wu, từ ImmunityBio, Inc., Culver City, CA.

MitoPunch được xây dựng dựa trên các công nghệ trước đây và một thiết bị được gọi là thanh nano quang nhiệt mà nhóm đã phát triển vào năm 2016. Nhưng khác với thanh nano quang nhiệt - thiết bị đòi hỏi phải có một hệ thống quang học và laser phức tạp, MitoPunch hoạt động bằng cách sử dụng áp suất để đẩy huyền phù ty thể cô lập qua một lớp xốp có phủ các tế bào. Theo các nhà nghiên cứu, độ dốc áp suất sẽ có khả năng chọc thủng màng tế bào ở những vị trí riêng rẽ, từ đó cho phép ty thể xâm nhập trực tiếp vào tế bào nhận, sau đó sửa chữa màng tế bào.

“Khi lần đầu tiên tạo ra tấm nano quang nhiệt, chúng tôi đã biết rằng sẽ cần phải có một hệ thống có thông lượng cao hơn và đơn giản hơn để các phòng thí nghiệm khác dễ lắp ráp và vận hành," Teitell cho biết. "Thiết bị mới này rất hiệu quả và có thể giúp các nhà khoa học nghiên cứu bộ gen ty thể theo cách đơn giản hơn - như hoán đổi nó từ tế bào này sang tế bào khác - và có thể được sử dụng để khám phá các yếu tố cơ bản của sinh học đang chi phối một loạt các chức năng của tế bào. Một ngày nào đó, những kết quả nghiên cứu này có thể sẽ mang lại hy vọng điều trị được các bệnh về DNA ty thể".

Nguồn: Khoa học & Phát triển