Buzz
Axolotl, còn được biết đến với tên gọi Ambystoma mexicanum, là một loài kỳ giông sống dưới nước nổi tiếng với khả năng tái tạo tủy sống, tim và các chi. Những loài lưỡng cư này cũng dễ dàng tạo ra các tế bào thần kinh mới trong suốt cuộc đời của chúng.
Vào năm 1964, các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy rằng axolotl trưởng thành có khả năng tái tạo các bộ phận trong não của chúng, ngay cả khi một phần lớn bị cắt bỏ hoàn toàn. Một nghiên cứu mới tiết lộ rằng loài kỳ nhông đặc biệt này có khả năng xây dựng lại cấu trúc mô ban đầu bị hạn chế.
Vậy làm thế nào axolotl có thể tái tạo não một cách hoàn hảo sau một chấn thương?
Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Treutlein ở ETH Zurich và Phòng thí nghiệm Tanaka tại Viện Bệnh học phân tử ở Vienna đã tự hỏi liệu axolotl có thể tái tạo tất cả các loại tế bào khác nhau trong não của chúng hay không, bao gồm cả kết nối giữa các vùng não.
Trong một nghiên cứu gần đây, các nhà khoa học đã tạo ra một bản đồ của các tế bào tạo nên một phần của bộ não axolotl, giúp làm sáng tỏ cách thức tái tạo não và sự tiến hóa của não giữa các loài.
Các loại tế bào trong não có các chức năng khác nhau và có thể chuyên môn hóa một số vai trò nhất định do chúng biểu hiện các gen khác nhau. Hiểu được các loại tế bào này và chức năng của chúng sẽ giúp hiểu rõ hơn về hoạt động của bộ não và sự tiến hóa giữa các loài.
Một phương pháp để hiểu tế bào nào đang biểu hiện gen nào là sử dụng kỹ thuật giải trình tự RNA đơn bào (scRNA-seq). Công cụ này cho phép các nhà nghiên cứu đếm số lượng gen hoạt động trong mỗi tế bào của một mẫu cụ thể, cung cấp cái nhìn tổng quan về các hoạt động mà mỗi tế bào đã thực hiện khi nó được thu thập.
Công cụ này đã giúp tìm hiểu các loại tế bào tồn tại trong não của động vật. Các nhà khoa học đã sử dụng scRNA-seq ở cá, bò sát, chuột và thậm chí cả con người. Tuy nhiên, một khía cạnh quan trọng về sự tiến hóa của não bộ vẫn chưa được khám phá đầy đủ: đó là động vật lưỡng cư.
Do đó, nhóm nghiên cứu quyết định tập trung vào telencephalon của axolotl. Ở người, telencephalon là bộ phận lớn nhất của não và chứa một vùng gọi là tân vỏ não, đóng vai trò quan trọng trong hành vi và nhận thức. Trong quá trình tiến hóa, tân vỏ não đã phát triển lớn về kích thước so với các vùng não khác. Tương tự, các loại tế bào tạo nên telencephalon đã đa dạng hóa và phát triển phức tạp theo thời gian, làm cho khu vực này trở thành một đối tượng nghiên cứu hấp dẫn.
Các nhà khoa học đã sử dụng scRNA-seq để xác định các loại tế bào khác nhau tạo nên telencephalon của axolotl, bao gồm các loại tế bào thần kinh và tế bào tiền thân khác nhau, hoặc các tế bào có thể tự phân chia thành nhiều loại tế bào hơn và biến thành các loại tế bào khác. Họ đã xác định những gen nào hoạt động khi các tế bào tiền thân trở thành tế bào thần kinh và nhận thấy rằng nhiều gen di chuyển qua một loại tế bào trung gian được gọi là nguyên bào thần kinh - trước đây chưa được biết đến ở axolotls - trước khi trở thành tế bào thần kinh trưởng thành.
Sau đó, họ đã thử nghiệm sự tái sinh của axolotl bằng cách loại bỏ một phần của telencephalon của chúng. Sử dụng một phương pháp đặc biệt của scRNA-seq, nhóm nghiên cứu đã nắm bắt và thể hiện trình tự tất cả các tế bào mới ở các giai đoạn tái tạo khác nhau, từ một đến 12 tuần sau khi bị thương. Cuối cùng, các nhà khoa học thấy rằng tất cả các loại tế bào bị tổn thương hoặc mất đi đã được khôi phục hoàn toàn.
Nhóm nghiên cứu quan sát rằng quá trình tái tạo não xảy ra trong ba giai đoạn chính. Giai đoạn đầu tiên bắt đầu với sự gia tăng nhanh chóng số lượng tế bào tiền thân và một phần nhỏ trong số này kích hoạt quá trình chữa lành vết thương. Trong giai đoạn hai, các tế bào tiền thân bắt đầu biệt hóa thành các nguyên bào thần kinh. Cuối cùng, trong giai đoạn ba, các nguyên bào thần kinh biệt hóa thành các loại tế bào thần kinh giống như ban đầu bị mất.
Họ cũng quan sát thấy rằng các kết nối tế bào thần kinh bị cắt đứt giữa khu vực bị cắt và các khu vực khác của não đã được kết nối lại.
Thêm động vật lưỡng cư vào việc nghiên cứu sự tiến hóa của bộ não cho phép nhà nghiên cứu suy ra sự thay đổi của bộ não và các loại tế bào theo thời gian, cũng như cơ chế sau quá trình tái sinh.
So sánh dữ liệu về axolotl với các loài khác, nhà khoa học thấy rằng các tế bào trong telencephalon của chúng có sự tương đồng mạnh mẽ với hồi hải mã của động vật có vú, vùng não liên quan đến hình thành trí nhớ và vỏ khứu giác, vùng não liên quan đến cảm giác đánh hơi.
Nhóm nghiên cứu còn phát hiện một số tương đồng giữa tế bào axolotl và tân vỏ não, vùng não quan trọng cho nhận thức, suy nghĩ và lý luận không gian ở người. Điều này cho thấy các vùng não này có thể được bảo tồn trong quá trình tiến hóa và tân vỏ não của động vật có vú có thể có một loại tế bào tổ tiên trong telencephalon của động vật lưỡng cư.
Mặc dù nghiên cứu mới làm sáng tỏ quá trình tái sinh não và các gen liên quan, nhưng vẫn chưa rõ tín hiệu ngoại cảnh nào bắt đầu quá trình này. Cũng chưa biết liệu quy trình đã xác định có áp dụng cho các loài tiến hóa sau này, như chuột hay con người.
Phòng thí nghiệm Tosches tại Đại học Columbia đã khám phá sự đa dạng của các loại tế bào ở loài kỳ giông khác, Pleurodeles waltl, trong khi phòng thí nghiệm Fei tại Học viện Khoa học Y tế Quảng Đông ở Trung Quốc và các cộng tác viên tại công ty khoa học sự sống BGI đã khám phá cách các loại tế bào được sắp xếp theo không gian trong não của axolotl.
Xác định tất cả các loại tế bào trong não của axolotl cũng mở ra cơ hội cho các nghiên cứu đổi mới trong y học tái tạo.
Các biện pháp y tế đối với chấn thương não nặng hiện tập trung vào điều trị bằng thuốc và tế bào gốc để tăng cường hoặc kích thích quá trình phục hồi. Việc kiểm tra gen và loại tế bào của axolotl có thể là chìa khóa để cải thiện phương pháp điều trị các vết thương nghiêm trọng và mở ra tiềm năng tái sinh ở con người.
Tham khảo: The Conversation; Inverse; Sciencenews
