Các nhà khoa học đã giải được một câu đố lớn trong sinh học tái sinh bằng cách tìm ra cách kỳ nhông biết chính xác bộ phận cơ thể nào cần tái sinh khi bị thương. Đột phá này đã khơi dậy những cuộc thảo luận hấp dẫn trong cộng đồng khoa học về các cách tiếp cận khác nhau để đạt được khả năng tái sinh chi ở người.
Khám phá bản thiết kế phân tử
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Northeastern đã phát hiện ra rằng kỳ nhông sử dụng một hệ thống gradient dựa trên axit retinoic - một dẫn xuất của vitamin A thường có trong các sản phẩm chăm sóc da. Phân tử này hoạt động như một GPS sinh học, với nồng độ cao hơn gần vai báo cho kỳ nhông tái sinh toàn bộ cánh tay, trong khi mức độ thấp hơn gần bàn tay báo hiệu chỉ thay thế ngón tay hoặc ngón chân. Một enzyme có tên CYP26B1 kiểm soát những mức độ chính xác này trong toàn bộ chi.
Nhóm nghiên cứu cũng xác định được một gen quan trọng có tên Shox được kích hoạt bởi tín hiệu axit retinoic. Khi các nhà khoa học sử dụng chỉnh sửa gen để loại bỏ gen này, kỳ nhông tái sinh bàn tay bình thường nhưng với cánh tay rất ngắn - chứng minh tầm quan trọng của nó trong quá trình tái sinh.
Hệ thống Gradient Axit Retinoic:
- Nồng độ cao (gần vai): Báo hiệu tái tạo hoàn toàn cánh tay
- Nồng độ trung bình (giữa chi): Kích hoạt phát triển cẳng tay/bàn tay
- Nồng độ thấp (các đầu chi): Tạo ra sự tái sinh ngón tay/ngón chân
- Kiểm soát chính xác: Ngăn chặn các bộ phận cơ thể sai mọc ở vị trí sai
 |
|---|
| Một con kỳ giông, trọng tâm của nghiên cứu sinh học tái sinh gần đây, thể hiện những đặc điểm độc đáo của nó |
Cộng đồng tranh luận về các cách tiếp cận tái sinh
Khám phá này đã châm ngòi cuộc thảo luận sôi nổi về các lý thuyết cạnh tranh cho việc tái sinh ở người. Trong khi nghiên cứu được công bố tập trung vào các con đường phân tử liên quan đến gen và tín hiệu hóa học, một số thành viên cộng đồng đang ủng hộ các cách tiếp cận thay thế dựa trên trường sinh điện.
Một quan điểm cho rằng gradient điện áp giữa các tế bào, thay vì chỉ lập trình di truyền, có thể nắm giữ chìa khóa cho việc tái sinh. Lý thuyết sinh điện này đề xuất rằng các tế bào duy trì các mẫu điện lưu trữ ký ức về những gì cần tái sinh khi mô bị tổn thương. Tuy nhiên, những người hoài nghi cho rằng không có đủ độ phức tạp trong tín hiệu điện để hướng dẫn quá trình phức tạp của việc tái sinh chi.
Mối quan ngại thực tế và thách thức tương lai
Cộng đồng cũng đang vật lộn với những câu hỏi thực tế về việc tái sinh ở người. Liệu một chi người đang tái sinh có phát triển như trong phôi thai, bắt đầu nhỏ và phát triển theo tỷ lệ không? Hay nó sẽ xây dựng tuần tự từ vai đến đầu ngón tay? Bằng chứng cho thấy nó có thể sẽ theo mẫu phôi thai, tương tự như cách kỳ nhông tái sinh.
Cũng có những lo ngại về chi phí sinh học của việc tái sinh. Tái sinh toàn bộ một chi sẽ đòi hỏi sự nhân bản tế bào khổng lồ, có thể làm cạn kiệt tế bào gốc và ảnh hưởng đến các hệ thống cơ thể khác. Một số người lo lắng điều này có thể tăng nguy cơ ung thư hoặc đẩy nhanh quá trình lão hóa thông qua việc rút ngắn telomere.
Chúng ta cần nhớ tiếp tục đầu tư vào những nghiên cứu sinh học cơ bản này, một nhà nghiên cứu lưu ý, nhấn mạnh rằng nghiên cứu nền tảng như nghiên cứu kỳ nhông này là thiết yếu cho các ứng dụng cuối cùng ở người.
Các thành phần phân tử chính trong quá trình tái sinh của Axolotl:
- Axit retinoic: Dẫn xuất của vitamin A tạo ra gradient nồng độ khắp các chi
- Enzyme CYP26B1: Kiểm soát mức độ axit retinoic tại các vị trí khác nhau trên cơ thể
- Gen Shox: Được kích hoạt bởi tín hiệu axit retinoic để khởi động quá trình tái sinh chi
- Thời gian tái sinh: Quá trình tái tạo hoàn toàn chi diễn ra trong vòng vài tuần
Con đường phía trước
Trong khi con người sở hữu cả axit retinoic và gen Shox được tìm thấy ở kỳ nhông, việc mở khóa tiềm năng tái sinh của chúng vẫn là một thách thức đáng kể. Một số nhà nghiên cứu hình dung các phương pháp điều trị tương lai liên quan đến các miếng dán được thiết kế có thể lập trình lại tế bào người để tái sinh chi thay vì tạo thành mô scar.
Cộng đồng khoa học vẫn chia rẽ về cách tiếp cận tốt nhất, với một số ủng hộ can thiệp phân tử và những người khác khám phá kích thích sinh điện. Các thí nghiệm gần đây đã cho thấy triển vọng ở ếch, nơi điều trị sinh điện tạm thời cho phép tái sinh chi hạn chế ngay cả ở các loài thường không thể tái sinh chi.
Bất chấp sự phấn khích, các chuyên gia đồng ý rằng việc tái sinh chi ở người vẫn còn nhiều năm nữa. Nghiên cứu hiện tại cung cấp những khối xây dựng quan trọng, nhưng việc chuyển đổi siêu năng lực của kỳ nhông sang người sẽ đòi hỏi giải quyết những thách thức phức tạp trong lập trình tế bào, phản ứng miễn dịch và kỹ thuật mô.