Khi nghĩ về khu phố lý tưởng của mình, có thể bạn nghĩ đến những con đường rợp bóng cây hoặc một cộng đồng gắn kết chặt chẽ giúp đỡ lẫn nhau. Bạn có thể không nghĩ về hệ thống tiêu hóa của mình, nhưng có lẽ bạn nên làm vậy. Theo một nhóm các nhà khoa học do các nhà nghiên cứu tại Trường Y Đại học Stanford dẫn đầu, tồn tại các “khu vực lân cận” của các loại tế bào khác nhau và phối hợp với nhau để tiêu hóa thức ăn, bảo vệ bạn khỏi bị nhiễm trùng, v.v.
Truy cập:
Trang chủ-Trang chủ chính thức của Microsoft Trung Quốc
Những hình ảnh này được tạo ra bằng cách sử dụng công nghệ hình ảnh tiên tiến cho phép chúng ta nghiên cứu các tế bào trong ruột người. Sử dụng sự kết hợp giữa kính hiển vi và robot, những hình ảnh khoa học này cung cấp một cái nhìn vào thế giới phức tạp của sự đa dạng tế bào. Các màu sắc khác nhau trong hình ảnh thể hiện các phân tử cụ thể được biểu hiện ở các loại tế bào khác nhau. Những phân tử này, chẳng hạn như protein, đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định danh tính và chức năng của mọi tế bào trong ruột. Bằng cách "tô màu" hoặc "gắn nhãn" cho các tế bào cụ thể bằng các màu khác nhau, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về các tương tác và cấu trúc phức tạp trong ruột. Trong hình ảnh cụ thể này, mỗi màu tương ứng với một phân tử cụ thể, cung cấp thông tin về sự hiện diện và phân bố của các loại hoặc cấu trúc tế bào khác nhau. Nguồn hình ảnh: Trường Y thuộc Đại học Stanford/Phòng thí nghiệm Snyder/Phòng thí nghiệm Nolan/Phòng thí nghiệm Greenleaf
Cũng giống như cộng đồng con người có những yếu tố chung như đường phố, nhà hàng và nhà ở, cộng đồng tế bào được tạo thành từ nhiều loại tế bào khác nhau với các chức năng cụ thể. Bằng cách kết hợp một số công nghệ hình ảnh và giải trình tự mới, các nhà nghiên cứu có thể lập bản đồ các vùng lân cận này đến cấp độ của từng tế bào.
"Đây là lần đầu tiên người ta lập bản đồ không gian ruột ở cấp độ đơn bào", Tiến sĩ Michael Snyder, giáo sư, chủ tịch khoa di truyền học và đồng tác giả đầu tiên của nghiên cứu được công bố ngày 19 tháng 7 trên tạp chí Nature, cho biết. “Nó giống như khám phá một hành tinh mới vì chúng tôi không biết chính xác loại tế bào nào chúng tôi sẽ tìm thấy hoặc chúng được tổ chức như thế nào.”
Lập bản đồ ruột
Từ Đại học Y khoa Stanford Các nhà nghiên cứu từ nhiều phòng thí nghiệm tại viện và các tổ chức khác đã tham gia vào nỗ lực lập bản đồ mới, một phần của Chương trình Atlas Sinh học Phân tử Con người do Viện Y tế Quốc gia tài trợ. Các nhà khoa học trong dự án này nhằm mục đích tạo ra một bản đồ tế bào toàn diện của cơ thể con người.
Để lập bản đồ ruột, các nhà khoa học đã kiểm tra 8 vùng ruột non và ruột già của 9 người hiến tặng đã qua đời. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật gọi là Phát hiện đồng chỉ số (CODEX), kỹ thuật này liên tục nhuộm và rửa mô bằng kháng thể huỳnh quang (các chất liên kết và ghi lại hình ảnh của một số protein nhất định), để xác định 20 vùng lân cận tế bào riêng biệt dựa trên mức độ phong phú tương đối của từng loại tế bào.
Các phân tích bổ sung về RNA và vật liệu nhiễm sắc thể trong một số mẫu đã cung cấp thêm chi tiết về từng loại tế bào.
Snyder, MD, W. Ascherman, Giáo sư Di truyền học FACS tại Đại học Stanford, cho biết: "Bản đồ của chúng tôi nhằm mục đích tham khảo về đường ruột khỏe mạnh và chúng tôi có thể sử dụng nó để so sánh các tình trạng từ hội chứng ruột kích thích đến bệnh ung thư ruột kết giai đoạn đầu. Điều này sẽ đặt nền tảng cho sự hiểu biết của chúng ta về các bệnh tiêu hóa khác nhau."
Ruột dài khoảng 20 feet, hấp thụ chất dinh dưỡng từ thức ăn và bảo vệ cơ thể khỏi sự xâm nhập của vi sinh vật đồng thời duy trì sự cân bằng lành mạnh của vi khuẩn có lợi hỗ trợ tiêu hóa.
Để hoàn thành những nhiệm vụ này, ruột sử dụng nhiều loại tế bào, bao gồm tế bào biểu mô, tế bào mô liên kết, tế bào thần kinh và tế bào miễn dịch tạo nên niêm mạc ruột. Với bản đồ mới, các nhà khoa học có thể xác định vị trí của từng loại tế bào và chúng có liên quan đến những tế bào nào khác. Làm thế nào các tế bào phù hợp với nhau xác định chức năng của chúng.
Snyder, giám đốc Trung tâm Gen và Y học Cá nhân hóa, và William Greenleaf, Tiến sĩ, giáo sư di truyền học, đồng chủ trì nghiên cứu.
Các nhà nghiên cứu cũng muốn quan sát cách tổ chức các mô khỏe mạnh thay đổi trong suốt đường tiêu hóa, từ gần dạ dày đến gần trực tràng. John Hickey, Tiến sĩ, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ về vi trùng học và miễn dịch học, đồng thời là tác giả đầu tiên của bài báo, cho biết: “Những gì bình thường ở một khu vực này có thể là dấu hiệu của bệnh tật ở một khu vực khác”.
Một số vùng lân cận, chẳng hạn như những vùng bị chi phối bởi các tế bào cơ trơn (điều khiển các chuyển động không chủ ý), trở nên phổ biến hơn ở phần cuối của đại tràng, trong khi các vùng lân cận khác bao gồm chủ yếu là tế bào miễn dịch trở nên ít phổ biến hơn.
Mối quan hệ với chỉ số khối cơ thể và bệnh tăng huyết áp
Ngoài việc cung cấp tài liệu tham khảo cho các tổ chức y tế, bản đồ mới còn tiết lộ một số mối liên hệ lâm sàng thú vị. Ví dụ, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng những người hiến tặng có chỉ số khối cơ thể cao hơn đã tăng đáng kể số lượng đại thực bào M1, một loại tế bào miễn dịch liên quan đến chứng viêm.
"Những người có chỉ số khối cơ thể cao hơn, đặc biệt là trên một mức nhất định, có nguy cơ mắc bệnh đường tiêu hóa cao hơn", Hickey nói. "Nhiều bệnh trong số này có liên quan đến chứng viêm mãn tính. Mặc dù những người hiến tặng này không có tiền sử bệnh đường tiêu hóa, nhưng sự gia tăng đại thực bào có thể là dấu hiệu của quá trình tiền bệnh."
Những người hiến tặng có tiền sử tăng huyết áp cũng có ít loại tế bào miễn dịch khác (tế bào T CD8), loại tế bào này có vai trò tìm kiếm và tiêu diệt các tế bào ung thư có thể có. Bằng cách sử dụng bản đồ không gian, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các tế bào T CD8 bị thiếu ở một vùng lân cận cụ thể của các tế bào biểu mô lót trong ruột.
Hickey cho biết: "Đây là một kết quả bất ngờ nhưng quan trọng vì chúng tôi biết rằng hệ thống miễn dịch đóng vai trò ngăn ngừa ung thư bằng cách cắt bỏ các tế bào ác tính. Nếu có ít tế bào T CD8 hơn, nguy cơ ung thư có thể cao hơn. Trên thực tế, các nghiên cứu cho thấy bệnh nhân cao huyết áp có nhiều khả năng phát triển ung thư đại trực tràng hơn. "
Định hướng tương lai
Trong nghiên cứu này, tất cả chín mẫu đều là từ những người hiến tặng trưởng thành và hầu hết là nam giới và da trắng. Snyder cho biết: “Một trong những mục tiêu lớn nhất tiếp theo của chúng tôi là tăng tính đa dạng của mẫu và có được sự đại diện toàn diện hơn về các cá nhân, bao gồm nhiều thành phần dân tộc và nhóm tuổi khác nhau”. Các nhà khoa học cũng hy vọng tạo ra được bản đồ ba chiều của ruột, giúp họ quan sát tốt hơn mạng lưới thần kinh và mạch máu trong ruột khỏe mạnh.