Thử nghiệm trong ống nghiệm

Ống nghiệm. Ảnh minh họa từ Internet.
Ống nghiệm. Ảnh minh họa từ Internet.

Tiến sĩ Phạm Đình Bá

Đĩa Petri đầu tiên được đưa vào sử dụng vào năm 1887. Ngày nay, loại dụng cụ khoa học khiêm tốn nhất này vẫn nằm trong tầm quan trọng của khám phá.

Nhà sinh vật học phân tử, Tiến sĩ Madeline Lancaster khoảng 12 tuổi khi cô bắt gặp thử nghiệm đĩa Petri đầu tiên của mình – một trong những tập sự viên học hỏi với cha cô đang nuôi một số tế bào thần kinh. Cha cô lấy cái đĩa Petri, đặt nó dưới kính hiển vi và mời cô xem. “Tôi đã bị ấn tượng bởi vẻ đẹp và sự phức tạp của một tế bào thần kinh,” cô nhớ lại. “Có một điều tuyệt vời khi nhìn thấy thứ gì đó như thế bằng chính đôi mắt của bạn và cách ánh sáng bắt được nó. Bạn thực sự có thể nhìn thấy cây đuôi gai, với tất cả các nhánh nhỏ của nó. Sự phức tạp của nó là rất đẹp. Đó là một điểm khởi đầu thực sự đối với tôi.”

Các đĩa Petri, được phát minh bởi nhà vi trùng học người Đức Julius Richard Petri, hiếm khi nhận được sự tán thưởng hay sự chú ý so với những công cụ phức tạp trong phòng thí nghiệm như kính hiển vi. Điều đó có thể hiểu được: chúng là những công cụ đơn giản, tiện dụng và chỉ là những đĩa cạn để nuôi tế bào. Niềm đam mê thực sự của một đĩa Petri luôn là thứ mà được nuôi trong đó – và quả thực, nó đã trở thành một phép ẩn dụ tiện dụng cho một nơi mà mọi thứ phát triển. Khi chúng ta nghĩ về đĩa Petri nổi tiếng nhất – Alexander Fleming, phát hiện về penicillin – chúng ta ngạc nhiên trước chiếc nhẫn trống rỗng xung quanh đốm của các tế bào. Nhưng các đĩa Petri xứng đáng được tôn vinh: chúng vẫn đi đầu trong khám phá khoa học.

Phát minh ra đĩa Petri, và những tiến bộ mà nó đã giúp tạo ra, là một phần của một tổng thể lớn hơn, tất nhiên: sự phát triển của các dụng cụ khoa học thủy tinh, từ ống kính hiển vi đến cốc trong phòng thí nghiệm. “Thủy tin chuyển thẩm quyền từ từ ngữ, từ tai nghe, từ tâm trí và từ văn bản, đến cách nhìn bằng chứng với hình ảnh bên ngoài”, Alan Macfarlane nói. Ông là giáo sư danh dự về khoa học nhân học. “Vì vậy, có thể lập luận rằng thủy tinh giúp thay đổi cán cân sức mạnh từ tâm trí sang mắt”, ông nói. “Điều càng làm cho thủy tinh trở thành một chất ma thuật: một loại vật chất thứ ba, không phải chất lỏng hay chất rắn, là chất ở giữa”.

Khoảng 70% những gì chúng ta biết về thế giới xuất hiện qua đôi mắt của chúng ta, Macfarlane chỉ ra, và các dụng cụ thủy tinh cho phép chúng ta nhìn rõ. “Nhưng cho đến khoảng 1400, hầu hết các nền văn hóa đều sống theo trí tuệ trong quá khứ và những gì mọi người đã nói”, Macfarlane nói. “Bạn đã nhìn vào thế giới, bạn đã lắng nghe. Một đứa trẻ hiểu thế giới không phải bằng cách khám phá nó một cách vật lý bằng thị giác, mà bằng cách các giáo viên nói với chúng rằng mặt trời đi vòng quanh trái đất hay bất cứ điều gì. Đứa trẻ chỉ chấp nhận nó. Thủy tinh cho phép sự tăng trưởng của phương pháp thí nghiệm. Đừng tin những gì bạn đang nói: hãy tự mình xem nó. Đó là sự biến đổi lớn”.

Tại Viện Tế bào gốc Wellcome-MRC Cambridge, Giáo sư Ludovic Vallier nói rằng cuộc gặp gỡ đầu tiên của ông với một đĩa Petri là một ví dụ trong sách giáo khoa về việc hiểu thế giới theo cách này: sinh viên đã sử dụng các đĩa thí nghiệm để xem vi khuẩn nào có thể phát triển khi có kháng sinh. “Rất tốt khi thấy mọi thứ phát triển”, ông nói. “Đây là một trải nghiệm thú vị. Bây giờ, chúng tôi phát triển các tế bào trong đĩa Petri, và chúng tôi không sử dụng đĩa kính nữa, nhưng dùng đĩa bằng nhựa.”

“Phần thưởng là để thấy thứ gì đó phát triển trước mắt bạn. Có một cái gì đó về sự tương tác giữa các công nghệ mới, thế hệ tiếp theo và công cụ cổ điển.”

Hôm nay, nhóm của ông Vallier tập trung vào các tế bào gốc đa năng của con người, có thể được nuôi lớn và trở thành bất kỳ loại tế bào nào trong cơ thể con người: tế bào thần kinh, tế bào da, tế bào gan, v.v. Vallier và các đồng nghiệp nghiên cứu chúng để hiểu cách chúng làm điều này và làm thế nào chúng có thể tạo ra nhiều tế bào hơn. Để nghiên cứu chúng, họ cần phải nuôi dưỡng chúng. “Chúng tôi cho các tế bào gốc vào món ăn và sau đó chúng tôi nuôi ăn cho chúng và chúng phát triển, và chúng sinh sôi nảy nở”, ông nói.

“Sau đó, khi chúng trở nên tự tin, chúng tôi chia chúng ra và phân phát chúng trong các đĩa Petri mới, và chúng tôi lại nuôi trồng chúng. Chúng tôi cho chúng ăn trên một môi trường lỏng là thức ăn cho tế bào: qua môi trường nầy chúng tôi bảo chúng phát triển và chúng phải làm gì, vì chúng tôi muốn tạo ra các tế bào mới. Vì vậy, bằng cách cho chúng ăn với phương tiện này, chúng tôi có thể cho phép các tế bào trở thành tế bào thần kinh, tế bào tim, tế bào gan, v.v. Sau đó chúng tôi có thể mô hình hóa bệnh trong một đĩa Petri, hoặc sản xuất tế bào cho các ứng dụng y học tái tạo.”

Điều đó có nghĩa là đĩa Petri trở thành nơi mà Vallier và nhóm của ông, cùng làm việc tại Viện Tế bào gốc MRC Cambridge và Viện Sanger Wellcome, có thể nghiên cứu – với mọi thứ từ kính hiển vi mạnh đến mắt thường – chính xác là những gì xảy ra với những tế bào đó khi chúng bị bệnh tấn công. “Chúng tôi làm việc rất nhiều về các bệnh gan nhiễm mỡ và trong trường hợp này, tế bào gan trong món ăn trở nên đầy chất béo, mà chúng ta có thể thấy. Chúng ta không có thể cắt một miếng gan từ một bệnh nhân: chúng ta không thể nhìn vào bên trong lá gan đó để xem những gì xảy ra. Vì vậy, chúng tôi đang tái tạo những căn bệnh đó trong các đĩa Petri thí nghiệm và sàng lọc các phân tử mới để sử dụng trong việc chống lại bệnh.”

“Bệnh trong các đĩa thí nghiệm” cũng là trọng tâm của nhóm bác sĩ Meritxell Huch, tại Viện Gurdon. Họ sử dụng từ 50 đến 150 đĩa Petri mỗi ngày để phát triển gan chuột chính và tế bào gan người, để nghiên cứu làm thế nào gan có thể tự tái tạo. Sau một tuần trong đĩa thí nghiệm, được bao quanh bởi các chất dinh dưỡng, chúng sẽ tự tổ chức và tạo ra một cấu trúc 3D gọi là organoid. Một đến hai tuần nữa sẽ thấy organoid trở nên đủ dày để vỡ làm hai, tạo ra một loại organoid khác có thể được giữ trong hơn một năm trong đĩa thí nghiệm nầy.

Nhóm của cô Huch đang kiểm tra các cơ chế phân tử mà theo đó các tế bào này quyết định sinh sôi nảy nở. Cô ấy nói: “Bạn có thể chia sự tái sinh thành các giai đoạn khác nhau. Các tế bào trước tiên phải nhận ra rằng thân thể có thiệt hại và vì vậy chúng kích hoạt phản ứng. Một khi chúng kích hoạt phản ứng, các tế bào sẽ sinh sôi nảy nở để bù đắp cho sự mất mát của các tế bào do thiệt hại. Và một khi chúng đã sinh sôi nảy nở, thì chúng phải trở thành các tế bào chức năng.”

Nghiên cứu của nhóm của cô Huch gần đây cho thấy họ có thể lấy tế bào từ một bệnh nhân ung thư gan và nuôi các tế bào nầy thành một khối u trong đĩa Petri, tái tạo mô học, kiến trúc và đột biến gen. Cô Huch nói “Công việc này có khả năng cho chúng ta một câu trả lời về việc sẽ có kết quả tốt hay xấu cho một bệnh nhân nhất định”. “Bước tiếp theo của chúng tôi là khám phá xem liệu điều này có thể giúp chúng tôi dự đoán hoặc giúp xác định các loại thuốc có thể giúp bệnh nhân hay không.”

“Công việc này có khả năng cung cấp cho chúng tôi câu trả lời về việc sẽ có kết quả tốt hay xấu cho một bệnh nhân nhất định.”

Tất nhiên, đĩa Petri đã thay đổi trong suốt những năm qua. Phần lớn đĩa bây giờ là nhựa, không phải thủy tinh. “Chúng đã được tinh chỉnh và cải tiến để phù hợp với nhu cầu cụ thể: Các đĩa Petri của nhóm cô Huch dùng  có một ma trận được làm từ protein. Các tế bào của trong các đĩa nầy không được đặt trực tiếp trên bề mặt của dưỡng chất trong đĩa nhưng được bao quanh bởi ma trận này, hỗ trợ sự phát triển của tế bào gốc.

Tại phòng thí nghiệm được đặt tên cùng tên của cô Madeline Lancaster, có trụ sở tại Phòng thí nghiệm sinh học phân tử MRC, cô Lancaster và nhóm của cô đã phát triển bộ não nhỏ trong hàng trăm đĩa Petri. Ở đây, các đĩa Petri được sử dụng nhiều hơn như một chiếc tàu, được xử lý đặc biệt để ngăn chặn các tế bào dính vào nhau và khuyến khích chúng trôi nổi tự do.

“Chúng tôi muốn các cơ quan não là ba chiều chứ không phải hai chiều, vì đó là cách mà bộ não của chúng ta hoạt động”, cô nói. “Nếu bạn có thể phát triển các nơ-ron trên một đĩa ở dạng 2D, bạn có thể thấy các nơ-ron riêng lẻ và xem chúng làm gì, nhưng bạn không thể hiểu được kiến trúc của các tế bào đó – vị trí tương đối của chúng so với nhau. Bạn không tạo được một đại diện tốt về cách các tế bào thần kinh thực sự được tạo ra trong não. Tế bào gốc thần kinh, là những tế bào gốc tạo ra tế bào thần kinh, có một định hướng đặc biệt và chúng luôn tạo ra các tế bào thần kinh theo một hướng. Vì vậy, nếu bạn đặt một loạt các tế bào gốc đó vào một đĩa thí nghiệm không có thông tin cấu trúc, thì chúng tạo ra các tế bào thần kinh theo những cách ngẫu nhiên. Phương pháp của chúng tôi cung cấp cho bạn một cấu trúc trông rất giống cấu trúc của một bộ não đang phát triển thực sự.”

Mục đích của các cấu trúc này là xem xét chính xác cách thức tế bào thần kinh được tạo ra và sự khác biệt ở người so với các chủng loài khác. Một ngày nọ, cô Lancaster nói, công việc này có thể giúp hiểu sâu hơn về bệnh Alzheimer, Parkinson và bệnh tâm thần phân liệt. Vì vậy, trong một thế giới công nghệ tiên tiến và phức tạp cao, các đĩa Petri, trong sự đơn giản tương đối của chúng, vẫn là một công cụ quan trọng trong cuộc chiến chống lại những căn bệnh khó khăn nhất thế giới. Và, cô Lancaster nói, các đĩa Petri cũng cho phép một cách tiếp cận thực hành mà cô thấy thỏa mãn.

“Công việc thử nghiệm với đĩa Petri cũng giống như công việc làm vườn”, cô Lancaster nói. “Bạn có thể chăm sóc các đĩa nầy. Bạn để mắt đến nó và bạn kiểm tra nó mỗi ngày. Bạn thay đổi phương tiện truyền thông ngày này hoặc ngày đó để giúp nó phát triển tốt hơn. Tôi thấy rất bổ ích khi thấy một cái gì đó phát triển trước mắt bạn. Có một cái gì đó về sự tương tác giữa các công nghệ mới, thế hệ tiếp theo và công cụ cổ điển. Chúng cung cấp cho bạn những khả năng mà trước đây không thể có.”

Lucy Jolin. In Vitro. https://www.cam.ac.uk/petridish

ba.pham@theta.utoronto.ca

Trả lời

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Đăng xuất /  Thay đổi )

Google photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google Đăng xuất /  Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Đăng xuất /  Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Đăng xuất /  Thay đổi )

Connecting to %s