Trong hầu hết các tế bào cơ thể, ty thể được ví như những “nhà máy năng lượng” có vai trò sống còn đối với hoạt động của tế bào. Theo thời gian và tác động từ môi trường, những ty thể trở nên suy yếu và tổn thương gây nên nhiều rối loạn cho cơ thể và đẩy nhanh quá trình lão hóa.
Nhóm nghiên cứu thuộc khoa Kỹ thuật Y sinh, dẫn đầu bởi Tiến sĩ Akhilesh K. Gaharwar và nghiên cứu sinh Tiến sĩ John Soukar, mới đây đã phát triển một phương pháp cung cấp nguồn ty thể mới trực tiếp đến các tế bào suy yếu, giúp các tế bào phục hồi mức năng lượng ban đầu, từ đó cải thiện rõ rệt sức khỏe tổng thể.
Công trình, được công bố trên Proceedings of the National Academy of Sciences, đã sử dụng các hạt nano hình hoa, gọi là “hoa nano” (nanoflowers), để kích hoạt tế bào gốc sản sinh ty thể với số lượng gấp đôi thông thường. Khi các tế bào gốc được “nạp năng lượng” này tiếp cận tế bào lão hóa, chúng chủ động chuyển một phần ty thể dư thừa sang các tế bào đang gặp tổn thương.
Những tế bào nhận ty thể lập tức tăng cường khả năng sản xuất năng lượng, khôi phục chức năng và thể hiện sức đề kháng cao hơn trước tác nhân gây hại, kể cả thuốc hóa trị.
“ Chúng tôi đã huấn luyện các tế bào khỏe mạnh chia sẻ “pin dự phòng” của chúng với các tế bào yếu hơn ”, Gaharwar nói. “ Bằng cách tăng số lượng ty thể trong tế bào hiến tặng, chúng tôi giúp tế bào lão hóa lấy lại sức sống mà không cần biến đổi gen hay dùng thuốc ”.
Vốn dĩ tế bào có khả năng trao đổi một lượng nhỏ ty thể. Nhưng khi được xử lý bằng hoa nano, tế bào gốc có thể truyền đi lượng ty thể cao hơn từ hai đến bốn lần so với bình thường.
“ Sự gia tăng hiệu quả này thực sự vượt ngoài kỳ vọng”, Soukar chia sẻ. “ Nó giống như cấp cho thiết bị cũ một bộ pin mới. Thay vì bỏ đi, chúng tôi cắm những viên pin được sạc đầy từ tế bào khỏe mạch sang tế bào bị bệnh ”.
Trên thực tế, phương pháp tăng ty thể bên trong tế bào không phải là mới. Thế nhưng một số phương pháp tăng ty thể dựa trên thuốc thường mất tác dụng nhanh do các phân tử trị liệu bị đào thải khỏi tế bào.
Được tạo thành từ molybdenum disulfide, vật liệu vô cơ có khả năng hình thành cấu trúc hai chiều siêu nhỏ, những hoa nano với kích thước khoảng 100 nanomet có thể tồn tại lâu hơn trong tế bào và liên tục kích thích sản xuất ty thể, cho phép phương pháp này chỉ cần lặp lại theo chu kỳ hàng tháng. Hiện chỉ có một vài phòng thí nghiệm trên thế giới, trong đó có nhóm của Gaharwar, theo đuổi nghiên cứu ứng dụng y sinh của vật liệu này.
“ Đây là bước khởi đầu nhưng đầy hứa hẹn trong việc “sạc lại” các mô lão hóa bằng chính bộ máy sinh học của cơ thể ”, Gaharwar cho biết. “ Nếu có thể thúc đẩy hệ thống chia sẻ năng lượng tự nhiên này một cách an toàn, chúng ta có thể làm chậm hoặc thậm chí đảo ngược một số tác động của lão hóa tế bào ”.
Tế bào gốc từ lâu vốn là trọng tâm của nghiên cứu về sửa chữa và tái tạo mô. Việc kết hợp chúng với hoa nano có thể nâng cao đáng kể hiệu quả điều trị, tạo tiền đề cho những ứng dụng mới trong nhiều bệnh lý khác nhau.
Một ưu điểm lớn của kỹ thuật này là tính linh hoạt. Dù kỹ thuật hiện vẫn đang trong giai đoạn phát triển, thế nhưng nếu được phát triển đầy đủ, liệu pháp có thể áp dụng trên nhiều loại mô bị suy giảm chức năng.
“ Bạn có thể đặt các tế bào này vào bất cứ đâu trong cơ thể ”, Soukar giải thích. “ Trong bệnh cơ tim, chúng có thể được đưa trực tiếp vào tim; trong loạn dưỡng cơ, có thể tiêm thẳng vào cơ. Tiềm năng ứng dụng của kỹ thuật này là rất rộng và đây mới chỉ là bước khởi đầu ”.
