Khoa học tự nhiên

Điều khiển đám tế bào dùng cho kỹ thuật mô (04/04/2014)

Các nhà nghiên cứu tại Đại học California Berkeley đã phát hiện thấy rằng có thể dùng dòng điện để điều khiển các luồng di chuyển của một nhóm tế bào, một thành tựu có thể tạo cơ sở cho các hình thức kiểm soát lớn hơn kỹ thuật mô và cho các ứng dụng tiềm năng như "băng y tế thông minh" sử dụng kích thích điện để giúp làm lành vết thương.

Ảnh trên cho thấy một bản vá các tế bào biểu mô. Các đường màu trắng trong ảnh giữa đánh dấu dòng điện chạy từ cực dương sang âm qua các tế bào. Ảnh dưới cho thấy các tế bào bám theo điện trường như thế nào, với màu xanh là di chuyển về phía trái và màu đỏ báo hiệu di chuyển hướng về bên phải. Đôi khi nó chỉ cần một cú sốc điện nhanh chóng để cho một nhóm tế bào di chuyển đúng hướng.

Trong các thí nghiệm, các nhà nghiên cứu sử dụng các lớp đơn tế bào biểu mô, các loại tế bào liên kết với nhau để tạo thành các màng ngoài chắc chắn ở da, thận, giác mạc và các cơ quan khác. Họ nhận thấy rằng bằng cách đưa một dòng điện khoảng 5V trên một centimet, họ có thể khiến các tế bào di chuyển theo điện trường dòng điện một chiều.

Các nhà nghiên cứu có thể làm cho đám tế bào di chuyển trái hoặc phải, phân kỳ hay hội tụ và xếp thành hình chữ U. Họ cũng tạo ra các hình dạng phức tạp, chẳng hạn như một khủng long và con gấu linh vật Cal của trường Đại học California Berkeley, để tìm hiểu xem quần thể và sự sắp xếp của tế bào ảnh hưởng đến sự di cư của nó như thế nào.

"Đây là những dữ liệu đầu tiên cho thấy các điện trường một chiều có thể được sử dụng để hướng dẫn di chuyển theo chủ ý một đám tế bào biểu mô," Daniel Cohen, tác giả nghiên cứu, cho biết. "Rất nhiều hệ thống tự nhiên có các tính chất và hành vi phát sinh từ những tương tác giữa số lượng lớn các cá thể riêng lẻ - cồn cát, đàn chim, đàn cá, và thậm chí cả các tế bào trong các mô của chúng ta. Chỉ vài con chó chăn cừu là có thể kiểm soát hiệu quả hành vi của cả đàn cừu, theo cách tương tự chúng ta có thể để dồn các tế bào sinh học cho mục đích kỹ thuật mô."

Galvanotaxis - kỹ thuật sử dụng điện để chỉ dẫn di chuyển tế bào - trước đó đã được chứng minh đối với các tế bào riêng lẻ, nhưng nó ảnh hưởng đến chuyển động tập thể của các tế bào như thế nào thì vẫn còn chưa rõ.

"Khả năng chi phối sự chuyển động của một khối tế bào có giá trị rất lớn để làm công cụ khoa học trong kỹ thuật mô," Michel Maharbiz, phó giáo sư ĐH California Berkeley khoa học máy tính khoa học và kỹ thuật điện, cho biết. "Thay vì mỗi lần thao tác một tế bào, chúng ta có thể phát triển vài quy tắc thiết kế đơn giản sẽ cung cấp một dấu hiệu tổng thể để kiểm soát một tập hợp tế bào."

Do cơ thể của chúng ta đầy những ion chuyển động và dung dịch muối, hiển nhiên là các tín hiệu điện sẽ đóng một vai trò quan trọng trong sinh lý học của chúng ta, từ truyền thần kinh đến kích thích cơ bắp. "Hiện tượng điện mà chúng tôi đang khám phá khác biệt ở chỗ dòng điện được sinh ra sẽ gợi ý cho các tế bào di chuyển," Maharbiz nói.

Các tác giả nghiên cứu đang tìm hiểu vai trò của các tín hiệu điện sinh học trong quá trình làm lành vết thương, dựa trên một khám phá vào năm 1843 rằng một thương tích của cơ thể sẽ tạo ra sự thay đổi điện trường tại vị trí vết thương. Lập được sơ đồ những thay đổi điện trường khi một chấn thương xảy ra cũng như khi lành vết thương , các nhà nghiên cứu có thể có thể phát triển công nghệ để giúp đẩy nhanh và cải thiện quá trình làm lành vết thương.

"Những dữ liệu này chứng minh rõ ràng rằng hoàn toàn có thể tạo được loại điều khiển tế bào chúng ta cần cho một băng y tế thông minh, và phần tiếp theo của công trình nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc áp dụng công nghệ này để sử dụng trong chấn thương thực tế," Cohen nói.

Nguồn: www.vista.vn (Theo Nature Materials)