Bước tiến mới: Trung Quốc thành công trong việc tạo ra phôi khỉ mà không cần sử dụng trứng và tinh trùng, 3 con khỉ cái đã mang thai nhờ công nghệ này

Nhóm các nhà khoa học đã tạo ra phôi khỉ này là những người đã thực hiện việc nhân bản vô tính hai con khỉ đầu tiên vào năm 2018 thông qua kỹ thuật chuyển giao hạt nhân tế bào soma.

Dù trong sách giáo khoa sinh học bạn từng đọc có viết rằng phôi của sinh vật sinh sản hữu tính là kết quả của quá trình thụ tinh giữa trứng của con cái và tinh trùng của con đực, nhưng bây giờ điều đó đã được thay đổi vĩnh viễn.

Trong một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Cell Stem Cell, các nhà khoa học Trung Quốc đã thành công trong việc tạo ra cấu trúc giống phôi khỉ mà không cần sử dụng trứng và tinh trùng.

Các phôi này thay vì được tạo ra từ quá trình thụ tinh bình thường, chúng được nuôi trực tiếp từ tế bào gốc của các con khỉ ăn cua (Macaca fascicularis).

'Đây là một bước tiến lớn trong việc phát triển mô hình phôi từ tế bào gốc', Alejandro De Los Angeles, một nhà sinh vật học tại Đại học Oxford, phát biểu.

Việc tạo ra các phôi thai khỉ 'tổng hợp' này sẽ giúp các nhà khoa học khám phá nhiều bí ẩn về quá trình hình thành phôi và thai nghén ở con người mà không phải đối mặt với các nguyên tắc đạo đức liên quan đến việc sử dụng phôi người thật.

Nghiên cứu này dự kiến sẽ thúc đẩy nhiều lĩnh vực phát triển, bao gồm cả điều trị vô sinh, phòng ngừa sảy thai và sàng lọc bệnh bẩm sinh trong quá trình phát triển của phôi.

Làm thế nào để tạo ra những phôi khỉ này mà không cần trứng và tinh trùng?

Nghiên cứu mới này được thực hiện bởi tiến sĩ Zhen Liu, một nhà sinh vật học phát triển tại Viện Khoa học Thần kinh, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, Thượng Hải (CAS), và tiến sĩ Qiang Sun, nhà thần kinh học đồng thời là giám đốc Cơ sở Nghiên cứu Linh trưởng không phải con người tại CAS.

Như bạn có thể nhớ, đúng là bộ đôi này đã thành công trong việc nhân bản vô tính hai con khỉ thuộc giống Macaca fascicularis có tên là Zhong Zhong và Hua Hua vào năm 2018. Chúng là những con khỉ đầu tiên được tạo ra bằng phương pháp chuyển giao hạt nhân tế bào soma, cùng với cừu Dolly, con vật động có vú đầu tiên được nhân bản vào năm 1996.

Trong nghiên cứu mới vào năm 2023, tiến sĩ Liu và tiến sĩ Sun đã tiếp tục sự tò mò của họ với giống khỉ Macaca fascicularis. Đây là loài khỉ có nguồn gốc từ Đông Nam Á, thường được nhìn thấy trên các bãi biển khi chúng đang cố gắng săn cua, nên còn được gọi là khỉ ăn cua.

Khỉ ăn cua thường chia sẻ môi trường sống với con người vì chúng có quan hệ họ hàng gần với loài người. Do đó, chúng thường được sử dụng trong các thí nghiệm và nghiên cứu y học.

Trong nghiên cứu này, nhóm của tiến sĩ Liu đã thu thập tế bào gốc từ phôi của khỉ ăn cua và tiếp xúc chúng với một số hỗn hợp gọi là yếu tố tăng trưởng. Yếu tố tăng trưởng này bao gồm các chất dinh dưỡng và phân tử kích thích sự phát triển của tế bào gốc thành các loại tế bào khác nhau.

Lý thuyết cho thấy tế bào gốc có khả năng phát triển thành bất kỳ loại tế bào nào trên cơ thể. Với công thức phù hợp, nhóm nhà khoa học Trung Quốc đã thành công trong việc biến các tế bào này thành tế bào phôi thai.

Khoảng một tuần sau khi được nuôi cấy, tiến sĩ Liu quan sát dưới kính hiển vi và nhận thấy các tế bào gốc của khỉ ăn cua đã biến hóa thành ba dòng tế bào cơ bản cho sự hình thành các mô và cơ quan.

Vào ngày thứ 8 và thứ 9, các tế bào này đã tự sắp xếp thành hình dạng giống túi noãn hoàng, xuất hiện trong giai đoạn ban đầu của thai kỳ và cung cấp dưỡng chất cho phôi thai. 'Điều này làm cho các nhà khoa học kinh ngạc, vì họ chưa từng thấy điều tương tự trong các thí nghiệm nuôi cấy phôi nang khỉ tự nhiên trong ống nghiệm', một nghiên cứu viết.

Ba con khỉ đã được chuyển phôi và đã cho thấy dấu hiện mang thai trên siêu âm.

Để minh chứng rõ hơn, tiến sĩ Liu và tiến sĩ Sun đã phân tích tự RNA từ 6.000 tế bào trong phôi thai khỉ mà họ tạo ra. Kết quả cho thấy chúng có các đặc điểm di truyền tương tự như phôi nang tự nhiên.

Một số tế bào thể hiện gen liên quan đến nội bì - lớp lót của đường hô hấp và đường tiêu hóa - trong khi tế bào khác có gen liên quan đến sự phát triển của nhau thai.

Vào ngày thứ 15 sau khi nuôi cấy, những nghiên cứu viên đã thấy các cấu trúc giống đường viền của túi noãn hoàng và màng ối. Túi noãn hoàng cung cấp dinh dưỡng cho nhau thai trong giai đoạn đầu, trong khi màng ối bao bọc phôi đang phát triển.

Báo cáo nghiên cứu cho biết 5 trong số 41 phôi nuôi cấy có một cấu trúc giống vệt nguyên thủy. Đó là cấu trúc đánh dấu sự bắt đầu của quá trình sắp xếp tế bào và phân chia bố cục của thai nhi.

'Các cấu trúc này thực sự ấn tượng. Dường như chúng sở hữu tất cả các loại tế bào thường thấy trong phôi thai', Kotaro Sasaki, một phó giáo sư khoa học y sinh tại Trường Thú y thuộc Đại học Pennsylvania nói.

Trong một bước cuối cùng để chứng minh đã tạo ra phôi khỉ nhân tạo, tiến sĩ Liu và tiến sĩ Sun đã chuyển những phôi này vào tử cung của 8 con khỉ cái. Kết quả sau 7-10 ngày, 3/8 con đã phát triển túi thai - là khoang chứa chất lỏng có thể nhìn thấy dưới kỹ thuật siêu âm, là dấu hiệu đầu tiên của quá trình mang thai.

Việc chuyển phôi cũng kích hoạt sự giải phóng hormone thai kỳ như progesterone và gonadotropin. Tuy nhiên, chúng chỉ tồn tại trong thời gian ngắn. Cả phôi và dấu hiệu mang thai biến mất vào ngày thứ 20. Các nhà khoa học Trung Quốc cho biết không có thai thật sự nào hình thành.

Nếu phôi không được chuyển vào tử cung mà tiếp tục nuôi trong đĩa thí nghiệm, chúng sẽ tiếp tục phát triển. Tuy nhiên, ở giai đoạn sau này, phó giáo sư Sasaki nói rằng chúng đã trở thành 'một thứ vô tổ chức, không giống như phôi bình thường nữa'.

Có lẽ chúng đã thất bại do những bất thường về cấu trúc hoặc di truyền.

Tại sao các nhà khoa học muốn tạo ra phôi khỉ như vậy?

Để hiểu nguyên nhân, chúng ta cần nhìn vào giai đoạn đầu tiên của sự phát triển phôi thai. Trong tự nhiên, sau khi tinh trùng gặp trứng, quá trình hình thành phôi bắt đầu, biến trứng thành một quả bóng lăn xuống tử cung. Bên trong quả bóng đó, tế bào gốc phôi bắt đầu hình thành.

Tuy nhiên, khi đến đích, phôi sẽ bám vào thành tử cung và biến mất khỏi tầm nhìn.

Đạo đức khoa học không cho phép các nhà nghiên cứu tiếp tục quan sát sau đó, vì không được phép nuôi phôi thai người quá 14 ngày trong phòng thí nghiệm. Các phương pháp như siêu âm không đủ nhạy để nhìn xuyên vào tử cung trong giai đoạn này.

Vì vậy, trong quá trình tìm kiếm giải pháp, các nhà khoa học đã hướng tới tạo ra các cấu trúc phôi giống như những gì tiến sĩ Liu và tiến sĩ Sun đã tạo ra. Nó được gọi là phôi nhân tạo, có cấu trúc giống phôi hoặc giả phôi - chúng chỉ phát triển trong thời gian ngắn mà không trở thành thai thật.

Vào năm 2018, Nicolas Rivron, một nhà phôi học tại Viện Hàn lâm Khoa học Áo, đã tạo ra giả phôi chuột, phát triển thành cấu trúc giống phôi nang vào ngày thứ 5 và thứ 6 sau thụ tinh.

Năm 2021, hai nhóm nghiên cứu tại Đại học Texas và Đại học Monash, Australia đã tạo ra giả phôi người, phát triển đến ngày thứ 10 sau thụ tinh. Chúng được tạo ra từ tế bào gốc phôi, tế bào gốc cảm ứng và tế bào da.

Giả phôi cho phép họ quan sát quá trình ban đầu của sự hình thành phôi thai. Tuy nhiên, vấn đề với giả phôi chuột là chúng phát triển khác với con người, vì chuột và người cách nhau rất xa trên nhánh tiến hóa.

Trong khi đó, giả phôi người phải bị phá hủy vào ngày thứ 14, trước khi tế bào thần kinh xuất hiện. ISSCR cũng cấm chuyển giả phôi vào người để mang thai. Do đó, vấn đề về giả phôi chuột và giả phôi người vẫn chưa được giải quyết.

Giờ đây, giả phôi khỉ mà các nhà khoa học Trung Quốc vừa tạo ra đã kết hợp được cả hai lựa chọn. Khỉ là loài động vật có mối quan hệ gần gũi với con người nhưng không phải là loài linh trưởng. Điều này cho phép họ cấy những giả phôi này vào khỉ mẹ mà không vi phạm nguyên tắc đạo đức.

Các nhà khoa học hy vọng những quả bóng tế bào này sẽ tiết lộ những dấu hiệu đầu tiên về quá trình phát triển của phôi thai, bao gồm cả việc hình thành các bệnh tật, dị tật bẩm sinh và các yếu tố dẫn đến sảy thai.

'Vì khỉ có mối quan hệ tiến hóa gần gũi với con người, nên chúng tôi hi vọng nghiên cứu này sẽ giúp hiểu sâu hơn về quá trình phát triển phôi thai của con người, bao gồm cả việc làm sáng tỏ một số nguyên nhân gây sảy thai sớm', tiến sĩ Liu nói.

Nếu giả phôi phát triển thành thai nhi thì sẽ ra sao?

Cần nhớ rằng nghiên cứu của tiến sĩ Liu và tiến sĩ Sun chỉ cho thấy giả phôi của họ đã chết sau 20 ngày phát triển. Điều này chỉ ra rằng những quả bóng tế bào này vẫn chỉ là mô hình chứ không phải là phôi thật.

Tuy vậy, đây là dấu hiệu cho thấy lĩnh vực tạo giả phôi từ tế bào gốc đang ngày càng phát triển. Các giả phôi ngày càng giống với phôi thật hơn, và trong nghiên cứu này, chúng thậm chí đã tạo ra dấu hiệu mang thai cho khỉ cái.

'Những phôi này có thể bắt đầu quá trình mang thai, hoặc ít nhất là kích hoạt hệ thống nội tiết tố của khỉ cái để chúng nghĩ rằng mình đang mang thai', Hank Greely, giám đốc Trung tâm Luật và Khoa học Sinh học tại Trường Y Stanford, cho biết. 'Đó là những bằng chứng cho thấy công nghệ này có tiềm năng tạo ra một con khỉ con thực thụ'.

Đối với Rivron, ông tin rằng không lâu nữa, công nghệ giả phôi sẽ tiến gần tới việc tạo ra những phôi giống với phôi tự nhiên. Rivron dự báo con chuột đầu tiên sinh ra từ giả phôi sẽ xuất hiện trong vòng 5 năm tới.

Tất nhiên, điều này không thể áp dụng với con người. Mọi quá trình đưa giả phôi người qua ngưỡng 14 ngày phát triển đều bị coi là vi phạm đạo đức. Nếu giả phôi người phát triển thành thai nhi, có thể dẫn đến sinh vật bị dị tật hoặc rối loạn di truyền nặng.

Vì vậy, sự chú ý đang tập trung vào những phôi giả được tạo ra từ khỉ bởi các nhà khoa học Trung Quốc.

'Tôi nghĩ điều quan trọng là: liệu một mô hình phôi thai có thể tạo ra sinh vật sống không? Nếu có thì nó nên được coi là một phôi thai chứ không phải giả phôi. Nếu không, thì nó không cần phải được coi như một phôi thai', Greely nói.

Để trả lời những câu hỏi này, ông ủng hộ các nhà khoa học thực hiện nhiều thí nghiệm hơn. Tuy nhiên, tốc độ phát triển cần được can nhắc cẩn thận. 'Tôi nghĩ chúng ta nên tiến thêm từ từ để đảm bảo chúng ta làm đúng', Rivron nói.

Đối với phần của mình, các nhà khoa học Trung Quốc cũng thừa nhận những lo ngại đạo đức xoay quanh nghiên cứu mới của họ. Họ kêu gọi cộng đồng khoa học quốc tế cần thảo luận nghiêm túc về vấn đề này, nhằm tìm ra hướng đi chính xác cho việc phát triển phôi nhân tạo từ tế bào gốc của con người và động vật.

Tham khảo Sciencealert, Wired, Nature, Science, Gizmodo