Trong nhiều thế kỷ, việc không thể tái tạo các bộ phận cơ thể bị mất được xem là một hạn chế mang tính đặc trưng của con người và các loài động vật có vú khác. Trong khi các loài như kỳ giông có thể tái tạo cả chi bị mất, con người chỉ có thể hình thành mô sẹo.

Tuy nhiên, nghiên cứu mới từ Trường Y Thú y và Khoa học Y sinh Texas A&M (VMBS) cho thấy hạn chế này có thể không phải là vĩnh viễn. Thay vào đó, khả năng tái tạo có thể vẫn tồn tại — nhưng bị “ẩn” trong quá trình lành thương tự nhiên của cơ thể.

“Vì sao một số loài có thể tái tạo còn những loài khác, đặc biệt là con người, thì không, là một câu hỏi lớn đã được đặt ra từ thời Aristotle,” Tiến sĩ Ken Muneoka, giáo sư tại Khoa Sinh lý và Dược lý Thú y (VTPP) của VMBS, cho biết. “Tôi đã dành cả sự nghiệp để cố gắng hiểu điều đó.”

Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications, Muneoka và các cộng sự mô tả một phương pháp điều trị hai bước mới giúp tái tạo xương, cấu trúc khớp và dây chằng. Dù kết quả chưa hoàn hảo, nhóm nghiên cứu tin rằng cách tiếp cận này có thể được ứng dụng sớm hơn để giảm sẹo và cải thiện quá trình phục hồi mô sau khi cắt cụt chi.

Điều hướng lại phản ứng tự nhiên của cơ thể

Ở động vật có vú, tổn thương thường kích hoạt quá trình xơ hóa (fibrosis), trong đó các tế bào nguyên bào sợi nhanh chóng đóng vết thương và tạo mô sẹo. Phản ứng này ưu tiên sự sống còn bằng cách bịt kín vết thương nhanh chóng, nhưng đồng thời cũng hạn chế khả năng tái tạo cấu trúc đã mất của cơ thể.

Ở các loài có khả năng tái tạo như kỳ giông — có thể mọc lại chi bị mất — những tế bào tương tự lại tổ chức thành một cấu trúc tạm thời gọi là blastema, giúp mô tái sinh.

“Cứ như thể những tế bào này có thể đi theo hai hướng khác nhau,” Muneoka nói. “Chúng có thể tạo sẹo hoặc tạo blastema. Nghiên cứu của chúng tôi tập trung vào việc điều hướng hành vi của các nguyên bào sợi đã có sẵn tại vị trí tổn thương.”

Để kiểm tra liệu quá trình lành thương ở động vật có vú có thể được chuyển hướng sang tái tạo hay không, các nhà nghiên cứu đã phát triển một liệu pháp tuần tự gồm hai yếu tố tăng trưởng đã được nghiên cứu kỹ.

Bước đầu tiên là áp dụng yếu tố tăng trưởng nguyên bào sợi 2 (FGF2) sau khi vết thương đã đóng lại. Thời điểm này cho phép cơ thể hoàn tất phản ứng lành thương thông thường, sau đó nhóm nghiên cứu “thay đổi những gì xảy ra tiếp theo,” Muneoka nói.

FGF2 kích thích sự hình thành cấu trúc giống blastema — điều bình thường không xảy ra ở động vật có vú sau dạng tổn thương này. Vài ngày sau, một liệu pháp thứ hai sử dụng protein hình thái xương 2 (BMP2) được áp dụng, kích hoạt các tế bào bắt đầu hình thành cấu trúc mới.

“Đây thực sự là một quá trình hai bước,” Muneoka nói. “Bạn trước tiên chuyển hướng tế bào khỏi việc hình thành sẹo, rồi sau đó cung cấp tín hiệu để chúng biết phải xây dựng cái gì.”

Thách thức các giả định về tái tạo

Một phát hiện quan trọng của nghiên cứu là quá trình tái tạo không phụ thuộc vào việc đưa tế bào gốc từ bên ngoài vào, như nhiều hướng tiếp cận hiện nay trong y học tái tạo.

“Bạn không cần phải lấy tế bào gốc rồi cấy trở lại,” Muneoka nói. “Chúng đã ở đó rồi — bạn chỉ cần học cách khiến chúng hành xử theo cách mong muốn.”

Tiến sĩ Larry Suva, giáo sư VTPP tham gia nghiên cứu, cho rằng phát hiện này thay đổi cách các nhà khoa học nhìn nhận giới hạn của khả năng lành thương ở động vật có vú.

“Những tế bào mà chúng ta từng nghĩ là không thể lập trình lại, thực ra là có thể,” Suva nói. “Khả năng không biến mất — nó chỉ bị che khuất.”

Nghiên cứu cũng cho thấy các tế bào có thể được điều hướng để tạo ra cấu trúc ở vị trí khác với vị trí ban đầu — một khái niệm gọi là “tái xác định vị trí” (positional re-specification), đóng vai trò quan trọng trong phát triển cơ thể.

Điều này có nghĩa là các tế bào vốn chỉ tham gia tạo một phần cơ thể nhất định có thể được “lập trình lại” để tái tạo cấu trúc khác sau chấn thương.

Tái tạo hoàn chỉnh nhưng chưa hoàn hảo

Dù các cấu trúc được tái tạo không hoàn toàn giống bản gốc, các nhà nghiên cứu đã phục hồi đầy đủ những thành phần bị mất trong quá trình cắt cụt, như xương, gân, dây chằng và khớp.

Kết quả bao gồm cả cấu trúc xương và mô liên kết, được tổ chức theo hình thái gần giống cấu trúc tự nhiên.

“Chúng tôi đã tái tạo những gì bạn mong đợi ở mức độ tổn thương đó,” Muneoka nói. “Các cấu trúc đều có mặt — chỉ là chưa hoàn hảo.”

Phát hiện cũng cho thấy quá trình tái tạo diễn ra thông qua nhiều con đường sinh học khác nhau, cho thấy việc xây dựng lại mô phức tạp hơn nhiều so với việc chỉ dựa vào một cơ chế duy nhất.

Ứng dụng tiềm năng trong chữa lành ở người

Mặc dù nghiên cứu vẫn đang ở giai đoạn đầu, nó có thể có ứng dụng sớm trong việc cải thiện quá trình lành vết thương.

Thay vì chỉ tập trung vào việc tái tạo toàn bộ cấu trúc, các nhà nghiên cứu tin rằng phương pháp này có thể trước tiên được dùng để giảm sẹo và cải thiện tái tạo mô.

“Mọi người nên bắt đầu nghĩ đến việc sử dụng các tín hiệu này trong quá trình lành thương,” Muneoka nói. “Ngay cả việc dịch chuyển phản ứng một chút khỏi hướng tạo sẹo cũng có thể mang lại lợi ích lớn.”

Vì BMP2 đã được FDA phê duyệt cho một số ứng dụng y tế, và FGF2 đang trong nhiều thử nghiệm lâm sàng, con đường tiến tới ứng dụng lâm sàng có thể khả thi hơn so với các liệu pháp hoàn toàn mới.

Một hướng đi mới cho y học tái tạo

Nghiên cứu này đánh dấu sự thay đổi trong cách các nhà khoa học hiểu về tái tạo ở động vật có vú — không phải là một khả năng đã mất, mà là một khả năng vẫn tồn tại nhưng đang ở trạng thái “không hoạt động”.

“Điều này thay đổi cách chúng ta nghĩ về những gì có thể,” Suva nói. “Một khi bạn chứng minh rằng tái tạo có thể được kích hoạt, nó mở ra những câu hỏi hoàn toàn mới.”

Đối với Muneoka, những câu hỏi đó đã dẫn dắt hàng chục năm nghiên cứu — và giờ đây cuối cùng cũng có một nền tảng mới.

“Tình trạng thất bại tái tạo ở động vật có vú có thể được khắc phục,” ông nói. “Giờ chúng ta đã có mô hình để bắt đầu tìm hiểu cách thực hiện điều đó.”