Khoa học tiến gần hơn tới mục tiêu tạo tinh trùng người trong phòng thí nghiệm

Các nhà khoa học lần đầu phát triển thành công tế bào máu người thành tinh nguyên bào trong mô cấy trên chuột, đánh dấu bước tiến quan trọng hướng tới tạo tinh trùng người trong phòng thí nghiệm.

Một câu chuyện nghe có vẻ giống như phim khoa học viễn tưởng: thu thập tế bào máu của một người, biến đổi chúng thành tinh trùng chưa trưởng thành, rồi nuôi cấy chúng trong một chiếc túi nhỏ xíu trên quả thận của một con chuột.

Nhưng đó không phải là viễn tưởng. Hôm nay, một nhóm nghiên cứu đã công bố trên tạp chí Cell Stem Cell rằng họ đã thực hiện thành công quy trình này, với mục tiêu cuối cùng là tạo ra tinh trùng người trưởng thành ngay trong phòng thí nghiệm.

Mặc dù mục tiêu cuối cùng vẫn chưa đạt được – các tế bào nuôi cấy đã ngừng phát triển ở giai đoạn chưa trưởng thành, nhưng đây được xem là một bước tiến đi đúng hướng.

Ông Eoin Whelan, nhà sinh học sinh sản tại Đại học Pennsylvania (Mỹ) và là thành viên nhóm nghiên cứu, cho biết: “Chúng tôi đang tiếp cận vấn đề này từ góc độ khoa học cơ bản. Chúng ta còn một chặng đường dài mới đến được ứng dụng lâm sàng.”

Trước mắt, quy trình này có thể được sử dụng để nghiên cứu các giai đoạn đầu của quá trình phát triển tinh trùng người và tìm kiếm nguyên nhân gây vô sinh ở nam giới (hiện có khoảng 40% ca vô sinh nam không rõ nguyên nhân).

Mục tiêu khó nhằn và những rào cản đạo đức

Ý tưởng sử dụng tinh trùng hoặc trứng nuôi cấy trong phòng thí nghiệm để tạo ra em bé đang vấp phải nhiều tranh cãi. Dù mang lại hy vọng điều trị vô sinh, kỹ thuật này cũng dấy lên lo ngại về đạo đức, đặc biệt là nguy cơ chỉnh sửa gen để tạo ra những “em bé thiết kế” (designer baby).

Cho đến nay, một số nhà nghiên cứu đã thành công trong việc tạo ra trứng và tinh trùng chuột từ tế bào da chuột. Các tế bào này được lập trình lại thành tế bào gốc đa năng cảm ứng (iPS) – những tế bào “trẻ trung” hoạt động giống như tế bào phôi và có thể được kích thích để biến thành các tế bào hoàn toàn khác, chẳng hạn như tinh trùng. Thậm chí, một nhóm nghiên cứu đã dùng phương pháp này để tạo ra thế hệ con cái từ hai con chuột đực.

Tuy nhiên, việc áp dụng thành công này lên con người hoặc các loài linh trưởng khác vẫn là một bài toán khó do sự khác biệt trong quá trình phát triển giữa các loài.

Ông Kotaro Sasaki, nhà sinh học phát triển tại Đại học Pennsylvania, nhận định: “Ở người, công việc này đang bị tụt lại rất xa.”

Từng bước tiến tới thành công

Trước đây, nhóm của ông Sasaki đã tìm ra cách chuyển đổi tế bào iPS của người thành các tế bào giống với tế bào phôi thai ban đầu (tiền thân của trứng và tinh trùng). Sau đó, họ trộn các tế bào chưa trưởng thành này với các tế bào không sinh sản lấy từ tinh hoàn của chuột đang phát triển (nhằm cung cấp sự bảo vệ và chất dinh dưỡng). Dù vậy, các tế bào vẫn không thể vượt qua giai đoạn phát triển ban đầu.

Lần này, Sasaki, Whelan và các cộng sự đã tiến xa hơn bằng cách cấy ghép hỗn hợp tế bào này vào một con chuột sống – cụ thể là trên một vùng của quả thận được biết là rất phù hợp để hỗ trợ các mô cấy ghép.

Tại đây, các tế bào cấy ghép đã tự tổ chức thành các cấu trúc hình ống tương tự như trong tinh hoàn. Sáu tháng sau, các tế bào người đã phát triển thành tinh nguyên bào (spermatogonia) – loại tế bào cuối cùng có thể tạo ra tinh trùng trưởng thành. Hoạt động gen trong các tế bào này rất giống với tinh nguyên bào bình thường ở người.

Tuy nhiên, hầu hết các tế bào người đều dừng phát triển ở giai đoạn này và không có tế bào nào trở thành tinh trùng trưởng thành. Kết quả tương tự cũng xảy ra khi thử nghiệm trên khỉ đuôi dài (macaque).

Đi tìm nguyên nhân thất bại

Sasaki cho rằng sự khác biệt về loài giữa tinh nguyên bào người và các tế bào hỗ trợ của chuột có thể là nguyên nhân. Quá trình phát triển tinh trùng rất phức tạp, đòi hỏi sự hỗ trợ từ các tế bào xung quanh cũng như tín hiệu hormone từ các cơ quan khác, và những yếu tố này có thể không giống nhau giữa chuột và người.

Bà Amander Clark, nhà sinh học phát triển tại Đại học California, Los Angeles, gợi ý rằng việc nuôi cấy tế bào người cùng với các tế bào hỗ trợ cũng lấy từ người có thể là giải pháp. Bà cho hay: “Đó là sự đổi mới công nghệ sẽ diễn ra tiếp theo.”

Một bước quan trọng khác là xác nhận xem các tinh nguyên bào này có chức năng hay không. Do những lo ngại về đạo đức khi thử nghiệm trên người, ông Sasaki hy vọng sẽ thực hiện các thí nghiệm này trên khỉ.

Ông Kyle Orwig, nhà sinh học sinh sản tại Đại học Pittsburgh, nhấn mạnh: “Cuối cùng, bạn phải tạo ra tinh trùng – và một em bé. Điều đó sẽ chứng minh rằng bạn đã có những tế bào thực sự.”

Trong khi đó, một số công ty tư nhân cũng đang chạy đua trong lĩnh vực này. Tháng trước, công ty Conception (California) tuyên bố đã nuôi cấy thành công trứng người chưa trưởng thành từ tế bào gốc.

Tháng 5, công ty Paterna Biosciences (Utah) cũng thông báo đã tạo ra tinh trùng trưởng thành, nhưng họ bắt đầu từ các tế bào tinh trùng chưa trưởng thành thu thập từ tinh hoàn chứ không dùng tế bào iPS.

Dù vậy, ông Sasaki tỏ ra thận trọng trước những tuyên bố này: “Họ không đưa ra bất kỳ dữ liệu nào. Nếu bạn muốn đưa ra một tuyên bố lớn, bạn cần có bằng chứng khổng lồ”./.