Con người sẽ trồng được xương vào năm 2016?

Liệu có thể nuôi một khúc xương phát triển bên ngoài cơ thể người? Một thời gian ngắn nữa thôi, việc đó hoàn toàn có thể. Nhưng trước khi chúng ta có thể hiểu làm thế nào mà việc trồng xương lại khả thi, chúng ta cần phải quan sát xem xương phát triển theo cách tự nhiên trong cơ thể như thế nào.

Thời kì đầu trong quá trình phát triển bào thai, xương hầu hết tồn tại dưới dạng những mô sụn mềm và dẻo (Hình minh họa bên dưới).

Sau đó, những tế bào tạo xương thay thế các mô sụn bằng một mạng lưới khoáng chất rỗng xốp cấu thành từ những nguyên tố như canxi và photphat (hình minh họa bên dưới).

Mạng lưới ấy dần cứng hơn, vì các nguyên bào xương, tức là các tế bào tạo xương được chuyên môn hóa chức năng, làm lắng thêm khoáng chất vào lưới xương, khiến xương cứng cáp hơn. Dù lưới xương tự thân nó không được cấu trúc từ các tế bào sống, thì hệ thống mạch máu, dây thần kinh và các mô sống khác vẫn phát triển thông qua những ống dẫn đặc biệt bên trong nó. Và trong suốt quá trình phát triển cơ thể, một quân đoàn tế bào tạo xương liên tục gia cố khung xương – thứ bảo vệ các cơ quan bên trong chúng ta, cho phép ta di chuyển, sản xuất ra tế bào hồng cầu và nhiều chức năng khác.

Nhưng chỉ đơn thuần quy trình cấu trúc ban đầu này sẽ không đủ để khiến xương chắc và cơ động. Nếu bạn dùng một khúc xương được trồng theo cách này, rồi liên kết cơ bắp với nó, và thử dùng nó nâng một vật nặng thì khúc xương hầu như chắc chắn sẽ gãy dưới sức căng. Việc này không thường xảy ra với xương của chúng ta, bởi vì tế bào xương của chúng ta liên tục gia cường và cấu trúc cho xương mặc cho chúng ta đang vận động.

Một nguyên tắc chúng ta phải tuân theo là định luật Wolff. Tuy nhiên, vật liệu cấu thành xương lại là một nguồn nguyên liệu giới hạn, và những xương mới, xương được gia cường chỉ có thể được tạo ra khi có đầy đủ nguồn cung cấp nguyên liệu. May thay, những tế bào tạo xương - những người thợ xây, có một phiên bản đối chức năng gọi là tế bào hủy xương - những người tái chế. Những tế bào hủy xương phá bỏ những lưới khoáng chất không còn cần thiết bằng các axít và enzym, sau đó các tế bào tạo xương có thêm nguyên liệu sử dụng.

Một trong những lý do chính khiến các nhà du hành vũ trụ phải liên tục tập vận động trong quỹ đạo, là khung xương họ thiếu hụt đi sức căng trong môi trường không trọng lực, mà theo hệ quả của định luật Wolff, điều đó sẽ khiến các tế bào hủy xương hoạt động mạnh hơn tế bào tạo xương dẫn đến kết quả cấu trúc xương bị bào mỏng và mất đi sự cứng cáp.

Khi xương bị gãy, cơ thể của bạn có một kỹ năng đáng ngạc nhiên để hồi phục lại đoạn xương bị tổn hại như thể nó chưa từng gãy. Trong một số trường hợp nhất định như ung thư di căn, chấn thương do tai nạn, di tật di truyền vượt quá khả năng tái tạo tự nhiên của cơ thể. Những giải pháp thấy trong lịch sử bao gồm thay thế chỗ xương thiếu bằng kim loại, xương động vật hoặc những mảnh xương do người khác hiến tặng. Nhưng chẳng có phương pháp nào tối ưu, ngược lại còn có thể gây nhiễm trùng, hoặc bị cơ thể đào thải, và chúng cũng không thể đảm nhận đa số chức năng của một khúc xương khỏe mạnh.

Một ý tưởng giải pháp được đưa ra là trồng đoạn xương cần tái tạo từ tế bào gốc của bệnh nhân, nó sẽ được tùy chỉnh ra đúng hình dạng của phần xương còn thiếu. Đó chính xác là công việc mà các nhà khoa học đang cố gắng để làm. Đây là quá trình:

Đầu tiên, bác sĩ sẽ trích tế bào gốc từ mô mỡ của bệnh nhân và chụp cắt lớp (chụp CT) cơ thể bệnh nhân để xác định chỗ xương còn thiếu. Sau đó họ dựng mô hình khúc xương còn thiếu, có thể bằng máy in 3D hay chạm hình từ xương bò. Chúng là hình dạng những khúc xương sau khi những tế bào tạo xương đã tháo khuôn, để lại mạng lưới khoáng chất dạng như bọt biển.

Dựng lại khúc xương đã mất bằng máy in 3D hoặc khắc từ xương bò.

Tiếp theo họ cấy tế bào gốc của bệnh nhân vào mạng lưới khuôn, rồi đặt chúng vào bình phản ứng sinh học - một loại thiết bị mô phỏng tất cả những điều kiện xảy ra bên trong cơ thể người: nhiệt độ, độ ẩm, độ axit và hỗn hợp các chất dinh dưỡng, tất cả những thứ cần thiết cho tế bào gốc phân hóa thành các tế bào tạo xương và các tế bào khác.

Bình phản ứng sinh học.

Các tế bào xương sinh ra trong bình phản ứng có nhiệm vụ đến lấp vào mạng lưới khoáng chất và tái cấu trúc lại khúc xương với các mô sống. Nhưng vẫn còn thiếu một điều, hãy nhớ đến định luật Wolff, một khúc xương nhân tạo cần phải trải qua sức căng thực tế, nếu không nó sẽ trở nên yếu và dễ gãy. Vậy nên bình phản ứng sinh học phải tạo ra một dòng lưu chuyển liên tục xung quanh khúc xương, và sức ép sẽ buộc các tế bào tạo xương làm tăng độ dày cấu trúc xương. Và chỉ sau ba tuần trong điều kiện tổng hợp như trên, khúc xương sẵn sàng để ra khỏi bình phản ứng sinh học và cấy vào bên trong cơ thể bệnh nhân.

Trong khi một câu hỏi vẫn chưa có lời đáp là liệu phương pháp cấy xương này có phù hợp với cơ thể người, thí nghiệm trồng và cấy ghép xương đã hoàn toàn tỏ ra hiệu quả  trên cơ thể lợn và một số động vật khác. Thử nghiệm trên người sẽ bắt đầu vào năm 2016.

Theo bài nói chuyện của Nina Tandon

Dịch: Fata Nguyễn - Ohay TV