Vạch trần thủ phạm giấu mặt gây chứng viêm ruột mãn tính nhờ 'ruột nhân tạo' từ chip

Chứng viêm ruột mãn tính (IBD), gồm 2 bệnh tiêu biểu là Crohn và viêm loét đại tràng đang ảnh hưởng đến hàng triệu người trên toàn thế giới. Tuy nhiên, giới y khoa vẫn chưa thể hiểu rõ nguyên nhân cốt lõi dẫn đến tình trạng viêm nhiễm dai dẳng khiến đường tiêu hóa bị tàn phá.

Dù các phương pháp điều trị hiện nay có thể kiểm soát triệu chứng, quá trình chứng bệnh này hình thành cũng như lý do nó tiến triển khác nhau ở từng bệnh nhân vẫn là một ẩn số lớn.

Một trong những rào cản lớn nhất đối với các nhà nghiên cứu là việc mô phỏng IBD trong phòng thí nghiệm, bởi phương pháp nuôi cấy tế bào truyền thống chỉ chụp lại được những mảng tế bào riêng lẻ, còn các mô hình động vật lại không phản ánh chính xác những gì diễn ra bên trong ruột người.

Rào cản này khiến việc tìm hiểu sự tương tác giữa các loại tế bào trong quá trình thúc đẩy viêm, tổn thương mô và nguy cơ gia tăng ung thư đại trực tràng gặp rất nhiều khó khăn.

Chứng viêm ruột mãn tính (IBD) đang ảnh hưởng đến hàng triệu người trên toàn thế giới. Hình minh họa: Pelvic Specialists

Nhằm giải quyết bài toán phức tạp trên, một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature Biomedical Engineering đã mang đến hy vọng cho cộng đồng y khoa.

Theo đó, các nhà nghiên cứu vừa chế tạo một mô hình ruột người hoàn chỉnh nhất trên thiết bị vi mạch mang tên Colon Chip bằng cách sử dụng các tế bào hiến tặng từ chính những bệnh nhân mắc bệnh Crohn và viêm loét đại tràng.

Không giống các mô hình thí nghiệm thông thường, thiết bị thu nhỏ này tái tạo đồng thời nhiều đặc tính quan trọng của căn bệnh, cho phép các nhà khoa học quan sát trực tiếp sự tương tác phức tạp giữa các tế bào.

Bất ngờ lớn nhất từ nghiên cứu này nằm ở vai trò của nguyên bào sợi, loại tế bào liên kết vốn trước đây chỉ được biết đến với chức năng hỗ trợ cấu trúc cơ quan và chữa lành tổn thương. Thay vì chỉ đóng vai trò thụ động như giới khoa học từng lầm tưởng, những tế bào này hóa ra lại là tác nhân trực tiếp thúc đẩy phản ứng viêm và làm suy yếu hàng rào bảo vệ đường ruột.

Để xác minh giả thuyết này, nhóm nghiên cứu do kỹ sư sinh học Alican Özkan từ Viện nghiên cứu Wyss thuộc Đại học Harvard (Mỹ) dẫn đầu đã ghép các nguyên bào sợi của bệnh nhân viêm ruột với tế bào ruột khỏe mạnh của chính bệnh nhân đó trên cùng một vi mạch.

Kết quả cho thấy chỉ cần tiếp xúc với các nguyên bào sợi nhiễm bệnh, những tế bào khỏe mạnh lập tức biến đổi và hoạt động giống như mô bệnh, xuất hiện tình trạng rò rỉ hàng rào ruột cùng phản ứng viêm dữ dội hơn.

Bên cạnh đó, thiết bị vi mạch tiên tiến này còn giúp các nhà nghiên cứu tái tạo được chuyển động co bóp liên tục của nhu động ruột, yếu tố vốn rất khó đưa vào các thí nghiệm truyền thống. Khi được mô phỏng các lực cơ học nhẹ nhàng này, phản ứng viêm và xơ hóa ở các mô ruột nhiễm bệnh lại càng trở nên mạnh mẽ hơn.

Hình mô phỏng thiết bị Colon Chip tái tạo môi trường ruột người. Hình minh họa: Emulate Bio

Kỹ sư Özkan nhấn mạnh, hệ thống mới không chỉ kết hợp tế bào biểu mô, nguyên bào sợi, tế bào miễn dịch tuần hoàn cùng lực cơ học mà còn lần đầu tiên tái tạo thành công hiện tượng đợt bệnh cấp tính bùng phát ở phụ nữ mang thai.

Khi các vi mạch chứa mô bệnh từ bệnh nhân nữ được tiếp xúc với các hormone thai kỳ, nhóm nghiên cứu ghi nhận phản ứng viêm gia tăng đáng kể cùng sự tích tụ collagen gây ra tình trạng xơ hóa sẹo mô.

Không dừng lại ở việc làm rõ cơ chế viêm ruột, nhóm nghiên cứu còn mở rộng thử nghiệm sang biến chứng nguy hiểm nhất của căn bệnh này là ung thư đại trực tràng. Bằng cách cho cả vi mạch chứa mô khỏe mạnh và mô bệnh tiếp xúc với chất gây ung thư, họ nhận thấy các vi mạch mang mô bệnh có sự biến đổi phân tử liên quan đến ung thư mạnh mẽ hơn rõ rệt.

Điều đáng nói là các nguyên bào sợi một lần nữa đóng vai trò trung tâm trong quá trình này, khi mô ruột khỏe mạnh chỉ bắt đầu bộc lộ các dấu hiệu phân tử ung thư sớm sau khi được nuôi cấy chung với nguyên bào sợi lấy từ bệnh nhân viêm ruột.

Đột phá trên đánh dấu bước chuyển mình quan trọng, giúp y học đi từ việc tái tạo bệnh lý sang việc bóc tách chính xác từng yếu tố thúc đẩy bệnh tiến triển, mở ra chặng đường mới trong phát triển các phương pháp điều trị trúng đích hiệu quả.

Anh Vũ