Lần đầu tiên trong lịch sử, các nhà khoa học thay thế 80% bộ da một người bằng da chỉnh sửa gen

Thay thế 80% da trên cơ thể bằng da được chỉnh sửa gen. Đó là điều mà các nhà khoa học mới thực hiện thành công trên một bệnh nhi 7 tuổi ở Đức. Cậu bé không may sinh ra với một căn bệnh quái ác và buộc phải làm điều này, trong hi vọng mong manh giữ lại mạng sống cho cậu của bố mẹ và các nhà khoa học.

Tuy nhiên, báo cáo khoa học trên tạp chí Nature cho biết ca ghép da chỉnh sửa gen đầu tiên trên thế giới này đã thành công ngoài mong đợi. Nó có vẻ như là một tác phẩm khoa học viễn tưởng ở thập niên 1990, nhưng bây giờ đã trở thành hiện thực vào năm 2017.

Bệnh nhân đầu tiên và duy nhất cho tới hiện tại

Rối loạn di truyền bẩm sinh gây bệnh ly thượng bì bóng nước (epidermolysis bullosa –EB) là một cơn ác mộng thực sự.

Chúng ta biết con người được bao bọc bởi biểu bì, lớp da khoác ngoài cùng phân định những gì thuộc về phía bên trong và bên ngoài cơ thể bạn. Trong bệnh EB, lớp biểu bì dễ phân ly, nghĩa là nó mất khả năng giữ các tế bào lại với nhau.

Hệ quả là làn da sẽ trở nên cực kỳ nhạy cảm. Dù chỉ một vết xước nhỏ, mắt thường không thể nhìn thấy ở người khỏe mạnh, cũng có thể khiến da bệnh nhân EB phồng rộp thành bóng nước. Những vết phồng rộp dễ dẫn đến nhiễm trùng. Và liên tục tái phát các ổ viêm nhiễm sẽ làm tăng nguy cơ ung thư.

Trên thực tế, EB là một bệnh bẩm sinh. Hơn 40% những đứa trẻ ra đời với căn bệnh này sẽ không thể sống tới tuổi vị thành niên.

Nhưng bây giờ, lần đầu tiên, các nhà khoa học đã khôi phục thành công chức năng da cho một bệnh nhân EB. Phương pháp mà họ đã làm? Phần da tổn thương của bệnh nhân đã được thay thế hoàn toàn bằng các tế bào chỉnh sửa gen, nhằm xóa đi đoạn gen gây bệnh.

Một bệnh nhân nhi mắc ly thượng bì bóng nước

Không phải một phép màu, điều mà các nhà khoa học vừa thực hiện là kết quả của nhiều năm nghiên cứu cơ bản và phát triển công nghệ. Đầu tiên, chúng ta phải xử lý được các gen liên quan đến bệnh EB và protein chúng mã hóa.

Trong các khớp nối giữa lớp biểu bì và hạ bì bên dưới da, có một lớp protein gọi là ma trận ngoại bào. Tế bào biểu bì và hạ bì cũng có các protein chuyên biệt cho phép chúng bám vào ma trận ngoại bào.

Dưới góc nhìn di truyền học, bệnh EB xảy ra đơn giản là do các đột biến đã làm hỏng gen mã hóa protein ma trận ngoại bào, hoặc protein trong các tế bào mà nó đang bám vào. Bởi vì chúng ta đã làm chủ được nhiều kỹ thuật phân tích di truyền, các bác sĩ sẽ không gặp khó khăn trong việc xác định gen bị tổn thương trên bệnh nhân EB họ tiếp nhận.

Đối với bệnh nhân đặc biệt đầu tiên trong nghiên cứu, công việc này đã được thực hiện tại Bệnh viện Nhi Đại học Buhr ở Đức. Đó là một cậu bé 7 tuổi, mắc EB và bị nhiễm trùng da với tình trạng khá tệ.

Ngay ở thời điểm nhập viện, cậu đã bị mất tới 60% da trên cơ thể, 20% da nữa tiếp tục bị tổn thương sau vài tuần nằm viện. Nếu để tình trạng tiếp tục, cậu bé có thể tử vong, nên bố mẹ đã đồng ý cho con trai mình tham gia vào cuộc thử nghiệm điều trị. Bên cạnh đó, nó cũng nhận được sự thông qua của chính quyền địa phương và hội đồng đạo đức của bệnh viện.

Điều mà các bác sĩ làm để cố gắng cứu sống cậu bé mới chỉ được thử nghiệm lần đầu trên chính cơ thể cậu. Nó dựa trên thực tế rằng da của chúng ta có khả năng hồi phục tự nhiên. Ở điều kiện bình thường, các tế bào da có thể phát triển nhanh chóng để làm lành vết thương.

Hàng ngày, lớp biểu bì của chúng ta cũng vẫn tự trẻ hóa khi thay thế chính nó bằng các tế bào mới, ngay cả khi chúng chẳng gặp tổn hại nào cả. Qua nhiều năm nghiên cứu, các nhà khoa học đã tận dụng khả năng tái tạo tự nhiên của da để phát triển biểu bì trong phòng thí nghiệm, tạo ra các tấm mô tế bào da có thể được sử dụng để đắp cho các nạn nhân bỏng.

Phần màu xanh lá, biểu bì và màu xanh dương, hạ bì được liên kết bằng protein màu hồng

Thay thế 80% bộ da bằng da được chỉnh sửa gen

Trong trường hợp bệnh nhân EB 7 tuổi, các bác sĩ đã cắt một lớp biểu bì không bị hư hại có kích thước 2cm x 2cm trên da cậu bé. Các tế bào đã được đặt vào môi trường nuôi dưỡng, trong đó có chứa sẵn virus chỉnh sửa gen.

Virus chứa một bản sao của một gen bị tổn thương ở bệnh nhân, cùng với một chuỗi DNA đảm bảo gen này sẽ hoạt động trong bất kỳ tế bào nào nó được đặt vào. Sau khi nhiễm virus, DNA của tế bào sẽ được tích hợp thêm DNA của virus. Các tế bào da tiếp tục thừa hưởng các DNA này sau mỗi lần chúng phân chia.

Hiệu quả của quá trình phân chia, đó là miếng biểu bì 2x2 đã tăng dần kích thước suốt một tháng. Các nhà khoa học cắt dần các miếng biểu bì này rồi thay thế lại phần da tổn thương cho bệnh nhân. Sau 2 tháng, toàn bộ 80% da tổn thương của cậu bé đã được thay thế hoàn toàn.

Một tháng sau đó, bệnh nhân đã có một lớp biểu bì gần như hoàn mới nữa. Hai tháng sau đó, cậu bình phục và ra viện. Nhóm nghiên cứu cho biết: "lớp biểu bì của cậu bé hiện tại ổn định và khỏe, không bong, ngứa, hoặc cần đến thuốc uống hoặc thuốc bôi mỡ”.

Nhìn về phương diện y học, đây là một thành tựu hết sức tuyệt vời. Nhưng di truyền học vẫn luôn để lại một mối lo ngại đáng kể. Ví dụ, virus chỉnh sửa gen sẽ chèn bản sao gen của nó một cách ngẫu nhiên vào bộ gen người.

Vậy nên, có một khả năng là virus có thể chèn DNA làm bất hoạt một gen ở vị trí nào đó. Nếu gen này chẳng may lại là gen giúp kiểm soát quá trình phân bào, bị vô hiệu hóa nghĩa là bệnh nhân có thể mắc ung thư da.

Để xử lý được vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã theo dõi vị trí mà virus đã chèn DNA của nó vào tế bào biểu bì nuôi cấy, cả trước và sau khi nó được cấy trở lại da bệnh nhân. Trong các tế bào nuôi cấy, các tác giả ghi nhận một số lượng lớn vị trí, mà ở đó gen đã được chèn vào.

Tổng cộng, họ đã xác định được hơn 27.000 vị trí chính xác. Trong đó, 40% các địa điểm này nằm giữa các gen; 47% còn lại trong các intron, là một phần của một gen không được sử dụng để mã hóa protein. Vì vậy, hầu hết các vị trí chèn không gây hại. Ngoài ra, không có dấu hiệu cho thấy các tế bào biểu bì phát triển quá nhanh, vượt ra ngoài khỏi tầm kiểm soát.

Các bước để thay thế da cho cậu bé mắc bệnh EB

Phát hiện bất ngờ về các tế bào gốc

Bốn tháng sau khi cậu bé bình phục hoàn toàn, các nhà khoa học quan sát được một kết quả bất ngờ khác. Trong mẫu sinh thiết da, họ chỉ tìm ra một số lượng nhỏ vài trăm những đoạn DNA chèn vào một lượng tương tự xuất hiện trong nhiều tế bào.

Các nhà nghiên cứu giải thích điều này bằng cách đề xuất rằng lớp biểu bì được duy trì bởi một quần thể tế bào gốc nhỏ, có khả năng tạo ra một quần thể tế bào biểu bì lớn hơn rất nhiều. Trong nuôi cấy, tất cả các tế bào phân chia nhanh chóng và chúng đều nhiễm virus. Do đó, họ sẽ quan sát thấy rất nhiều các đoạn DNA chèn vào.

Tuy nhiên, theo thời gian, các tế bào trưởng thành và được thay thế bởi các tế bào mới hơn - hãy nhớ rằng, các tế bào biểu bì tự thay thế chúng mỗi tháng. Và những tế bào mới hơn tất cả đều đến từ một số lượng nhỏ các tế bào gốc.

Dựa vào những con số mà quan sát được, các nhà nghiên cứu ước tính khoảng 5% tế bào biểu bì của chúng ta thực chất là tế bào gốc.

Có thể cơ duyên với cậu bé 7 tuổi này sẽ giúp chúng ta biết cách xác định những tế bào gốc này trong quần thể tế bào biểu bì. Nếu làm được điều đó, chúng ta có thể sàng lọc chúng để ấn định các vị trí chèn DNA của virus để không gây hại cho gen, nâng cao tính an toàn của điều trị này.

Cũng phải nói rằng, ghép da chỉnh sửa gen chưa thể loại bỏ hết các vấn đề mà bệnh nhân EB gặp phải. Ngoài da, họ cũng gặp tổn hại với các mô nội tạng như thực quản hoặc trong đường hô hấp. Nhưng những thiệt hại này thường nhẹ và bệnh chủ yếu diễn biến ngoài da bệnh nhân.

Các nhà nghiên cứu gợi ý rằng, nếu thủ thuật này được lặp lại và xác nhận thành công ở những bệnh nhân tiếp theo, nó sẽ mở ra cánh cửa để điều trị dần dần cho người mắc bệnh EB. Như đã nói EB là một căn bệnh bẩm sinh, vì vậy, thay da ngay trong giai đoạn đầu của cuộc sống có thể giúp những đứa bé không may mắc căn bệnh quái ác này lớn lên bình thường và khỏe mạnh.

Tham khảo Arstechnica