Ty thể được xem là "nhà máy năng lượng" của tế bào.

Ty thể, còn được gọi là nhà máy năng lượng của tế bào, rất cần thiết cho sự sống còn, sửa chữa và thích nghi của tế bào. Chúng không chỉ tạo ra phần lớn năng lượng cần thiết trong suốt vòng đời của tế bào mà còn điều chỉnh sự chết tế bào, cân bằng canxi và phản ứng với stress. Khi ty thể bị suy yếu, một đặc điểm phổ biến của các bệnh thoái hóa thần kinh và nhiều rối loạn viêm nhiễm và chuyển hóa, tế bào sẽ mất khả năng đáp ứng nhu cầu năng lượng và duy trì sự ổn định bên trong. Để giải quyết những vấn đề này, các nhà nghiên cứu hiện đang tìm kiếm các liệu pháp nhằm trực tiếp khôi phục chức năng ty thể. Một phương pháp đầy hứa hẹn là cấy ghép ty thể, một khái niệm trị liệu mới nổi, trong đó các ty thể chức năng được phân lập và đưa vào các tế bào bị tổn thương.

Mặc dù sự quan tâm ngày càng tăng và những kết quả khả quan trong các nghiên cứu gần đây trên động vật và tế bào, một vấn đề cơ bản đã làm chậm tiến độ trong lĩnh vực này: các nhà khoa học vẫn chưa hiểu đầy đủ về cách thức ty thể được cấy ghép tương tác với các tế bào nhận. Liệu tế bào có chủ động hấp thụ các bào quan này, hay ty thể phát huy tác dụng từ bên ngoài tế bào? Nếu ty thể đi vào tế bào, chúng vượt qua màng tế bào bằng cơ chế nào, và liệu chúng có còn hoạt động bình thường khi ở bên trong hay không? Nếu không có câu trả lời rõ ràng cho những câu hỏi này, sẽ rất khó để tối ưu hóa các kỹ thuật cấy ghép ty thể, đánh giá tính an toàn và hiệu quả của chúng, và cuối cùng là sử dụng chúng trong môi trường lâm sàng.

Trong một nghiên cứu gần đây, được công bố trên tạp chí Scientific Reports, tập 15 ngày 29/12/2025, một nhóm nghiên cứu do Phó Giáo sư Kosuke Kusamori từ Khoa Khoa học Sự sống và Dược phẩm, Đại học Khoa học Tokyo (TUS), Nhật Bản, dẫn đầu, đã trực tiếp giải quyết khoảng trống kiến ​​thức này. Họ tập trung vào tế bào gốc trung mô (MSC), một loại tế bào được nghiên cứu rộng rãi trong y học tái tạo, với các đặc tính sinh học quan trọng và khả năng ứng dụng điều trị mở rộng. Kết hợp các phép đo sinh hóa chi tiết với nhiều kỹ thuật hình ảnh tiên tiến, nhóm nghiên cứu đã đặt ra mục tiêu xác định liệu và bằng cách nào các ty thể được MSC hấp thụ, và liệu các ty thể này có duy trì hoạt động sinh học sau khi được nội hóa hay không. Công trình này được đồng tác giả bởi nghiên cứu sinh năm thứ tư Mai Kanai, nghiên cứu sinh năm thứ năm Miyabi Goto, Tiến sĩ Shoko Itakura và Tiến sĩ Makiya Nishikawa, tất cả đều đến từ TUS.

Các nhà nghiên cứu đầu tiên đã phân lập ty thể từ tế bào gốc trung mô (MSC) bằng một phương pháp được thiết kế để bảo toàn cấu trúc của chúng. Họ xác nhận rằng các ty thể được phân lập không bị nhiễm bẩn bởi các thành phần tế bào khác và vẫn giữ được khả năng sản xuất adenosine triphosphate (ATP). Khi cung cấp các ty thể này cho các tế bào sống, nhóm nghiên cứu đã quan sát thấy những lợi ích rõ rệt. Các tế bào được xử lý cho thấy sự tăng sinh mạnh hơn và có khả năng chống chịu tốt hơn với stress hóa học và oxy hóa.

Các phép đo mức tiêu thụ oxy - một phương pháp tiêu chuẩn để đánh giá hô hấp của ty thể - cho thấy rằng các ty thể được cung cấp đã tăng cường quá trình trao đổi chất năng lượng tổng thể của tế bào. Tiến sĩ Kusamori nhận xét:  “Xử lý bằng ty thể đã làm tăng tốc độ hô hấp, tốc độ sản xuất ATP và khả năng hô hấp tối đa của MSC theo cách phụ thuộc vào nồng độ. Những phát hiện này cho thấy rằng các ty thể được phân lập không chỉ bảo tồn hoạt động sinh năng lượng nội tại của chúng mà còn có tác dụng thúc đẩy sự tăng sinh và bảo vệ tế bào đối với MSC và tế bào gan.”

Để xác định xem những tác dụng này có cần các ty thể được cung cấp thực sự đi vào tế bào hay không, nhóm nghiên cứu đã theo dõi quá trình hấp thụ ty thể theo thời gian. Sử dụng kính hiển vi huỳnh quang, kính hiển vi confocal, phân tích tế bào dòng chảy và hình ảnh trực tiếp không cần chất đánh dấu, họ đã chứng minh rằng ty thể được tế bào gốc trung mô (MSC) hấp thụ dần dần trong vài giờ. Kính hiển vi điện tử cung cấp thêm bằng chứng xác nhận, cho thấy các cấu trúc giống ty thể được bao bọc bên trong các túi màng bên trong tế bào. Sau đó, bằng cách chặn có chọn lọc các con đường nội bào khác nhau, các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng MSC dựa vào nhiều cơ chế nội bào để hấp thụ ty thể, chứ không phải chỉ một con đường chủ đạo duy nhất.

Tóm lại, những phát hiện này làm sáng tỏ các quá trình thúc đẩy sự hấp thụ ty thể và cách nó có thể mang lại lợi ích cho tế bào. “Nghiên cứu này là một thành tựu quan trọng, cung cấp nền tảng khoa học cho việc phát triển các liệu pháp mới dựa trên cấy ghép ty thể. Chúng tôi sẽ mở đường cho một lĩnh vực y học mới gọi là liệu pháp ty thể, trực tiếp bổ sung chức năng năng lượng của tế bào và góp phần hiện thực hóa các phương pháp điều trị an toàn và bền vững hơn”,  Tiến sĩ Kusamori kết luận.

Những phát hiện này ủng hộ liệu pháp dựa trên ty thể, mặc dù cần nghiên cứu thêm trước khi sử dụng lâm sàng. Đặc biệt, việc hiểu cách ty thể đi vào tế bào có thể cho phép các nhà nghiên cứu nâng cao hiệu quả hấp thụ và điều chỉnh chiến lược phân phối cho các loại tế bào khác nhau. Không giống như liệu pháp tế bào gốc hoặc liệu pháp gen, cấy ghép ty thể không làm thay đổi bản sắc di truyền; nó khôi phục năng lượng sinh học bằng cách cung cấp các bào quan chức năng, mang đến một lựa chọn nhanh chóng cho rối loạn chức năng ty thể cấp tính hoặc cục bộ.

Nội hóa ty thể phân lập từ tế bào gốc trung mô (MSC) thông qua nhiều con đường nội bào giúp tăng cường chức năng tế bào. Nguồn ảnh: Phó Giáo sư Kosuke Kusamori từ Đại học Khoa học Tokyo, Nhật Bản.

Liệu pháp cấy ghép ty thể có thể đặc biệt hữu ích cho các bệnh lý do rối loạn chức năng ty thể gây ra, chẳng hạn như tổn thương gan do độc tố, các bệnh lý liên quan đến thiếu máu cục bộ tái tưới máu do nhồi máu cơ tim hoặc đột quỵ, và bệnh Parkinson và Alzheimer. Nói rộng hơn, liệu pháp này có thể mang lại lợi ích cho tổn thương mô do thiếu máu cục bộ, rối loạn thoái hóa thần kinh và các bệnh lý liên quan đến tuổi tác mà hoạt động của ty thể bị suy giảm. Mặc dù vẫn còn nhiều thách thức trước khi ứng dụng lâm sàng, bao gồm việc xác nhận tính an toàn và hiệu quả lâu dài, kiểm soát sự hấp thụ và phân bố ty thể trong các mô khác nhau, tránh các phản ứng miễn dịch không mong muốn và đảm bảo độ tinh khiết, tính nhất quán và tính toàn vẹn chức năng của ty thể được phân lập, công trình này đưa chúng ta tiến gần hơn một bước đến một nền tảng điều trị mang tính đột phá – một nền tảng đầy hứa hẹn trong y học tái tạo thế hệ tiếp theo và các phương pháp điều trị chống lão hóa.

Điều quan trọng cần lưu ý là cấy ghép ty thể vẫn đang trong giai đoạn tiền lâm sàng và cần nhiều năm xác thực thêm trên các mô hình bệnh lý trước khi có thể bắt đầu thử nghiệm lâm sàng trên người.