Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra vai trò quan trọng của microglia đối với sự phát triển của não bằng cách nghiên cứu mô cơ quan não được nuôi trong phòng thí nghiệm. Nghiên cứu tập trung vào việc điều chỉnh cholesterol bằng microglia, cung cấp những hiểu biết mới về sự phát triển của não và các phương pháp điều trị tiềm năng cho các bệnh thần kinh. (Ý tưởng của nghệ sĩ về mô hình cơ quan não thu nhỏ được phát triển trong phòng thí nghiệm).
Nghiên cứu này đánh dấu một bước tiến lớn trong sự phát triển của các cơ quan não người và có khả năng tác động lớn đến sự hiểu biết của chúng ta về sự phát triển não bộ và bệnh tật. Nghiên cứu có tiêu đề "Microglia có nguồn gốc từ tế bào iPS thúc đẩy sự trưởng thành của organoid trong não thông qua chuyển cholesterol" được công bố trên tạp chí Nature vào ngày 1 tháng 11 năm 2023.
Một bước đột phá trong nghiên cứu organoid
Để nghiên cứu vai trò quan trọng của microglia ở người sơ khai phát triển trí não, Các nhà khoa học Florent Ginghaus tại Mạng lưới Miễn dịch học A*STAR Singapore (SIgN), do Giáo sư Florent Ginhoux dẫn đầu, đã sử dụng công nghệ tiên tiến để tạo ra các cấu trúc giống não gọi là organoid, còn được gọi là "bộ não nhỏ", trong phòng thí nghiệm. Những sinh vật não này gần giống với sự phát triển của bộ não con người. Tuy nhiên, các mô hình trước đó thiếu microglia, một thành phần quan trọng trong quá trình phát triển não bộ sớm.
Hình ảnh siêu phân giải của microglia có nguồn gốc từ tế bào gốc của con người được dán nhãn ty thể (màu vàng), nhân (đỏ tươi) và sợi Actin (lục lam). Những microglia này góp phần vào sự trưởng thành tế bào thần kinh trong các mô hình cơ quan não người. Nguồn: SIgN
của A*STAR đã thiết kế một giao thức độc đáo để giới thiệu microglia được tạo ra từ chính các tế bào gốc của con người được sử dụng để tạo ra các mô hình cơ quan não. Những tế bào được đưa vào này không chỉ hoạt động giống như microglia thực sự mà còn ảnh hưởng đến sự phát triển của các tế bào não khác trong cơ thể.
Phân tích protein và vai trò của cholesterol
Radosław Sobota, Viện Sinh học Phân tử và Tế bào A*STAR (IMCB) Tiến sĩ Doslaw Sobota và nhóm của ông tại Phòng thí nghiệm Khối lượng Quốc gia Singapore Phương pháp quang phổ sử dụng các phương pháp định lượng protein tiên tiến nhất để phát hiện những thay đổi trong protein. Phân tích của họ cung cấp những hiểu biết quan trọng về thành phần protein của sinh vật và chứng thực thêm cho phát hiện này.
Điều làm cho nghiên cứu này trở nên độc đáo là việc phát hiện ra những con đường độc đáo mà qua đó microglia tương tác với các tế bào não khác. Nghiên cứu đã phát hiện ra rằng microglia đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh mức cholesterol trong não. Nghiên cứu cho thấy các tế bào giống microglia chứa các giọt lipid chứa cholesterol được giải phóng và hấp thụ bởi các tế bào não đang phát triển khác trong mô cơ quan. Sự trao đổi cholesterol này đã được chứng minh là thúc đẩy đáng kể sự tăng trưởng và phát triển của các tế bào não này, đặc biệt là các tế bào tiền thân của chúng.
Cholesterol có nhiều trong não, chiếm khoảng 25% tổng lượng cholesterol trong cơ thể con người. Cholesterol rất quan trọng đối với cấu trúc và chức năng của tế bào thần kinh. Chuyển hóa cholesterol bất thường có liên quan đến nhiều loại bệnh thần kinh, bao gồm bệnh Alzheimer và bệnh Parkinson.
Để nghiên cứu vai trò của lipid đối với sự phát triển và bệnh tật của não, các nhà nghiên cứu từ Khoa Hóa sinh tại Trường Y Đại học Quốc gia Singapore (NUSMedicine), do Giáo sư Markus Wenk dẫn đầu, đã đảm nhận nhiệm vụ quan trọng là thu thập dữ liệu, đặc biệt là trong lĩnh vực lipidomics, để thu được những hiểu biết có giá trị về thành phần và hoạt động của lipid trong cơ thể não chứa microglia.
Cái nhìn sâu sắc về sự tăng trưởng và phát triển của tế bào não
Sử dụng thông tin này, một nhóm nghiên cứu khác từ Khoa Vi sinh và Miễn dịch học, NUS Medicine, do Phó Giáo sư Veronique Angeli đứng đầu, đã phát hiện ra rằng cholesterol ảnh hưởng đến sự tăng trưởng và phát triển của các tế bào não trẻ trong mô hình não người. Microglia sử dụng một loại protein đặc biệt để giải phóng cholesterol và khi quá trình này bị chặn, nó sẽ khiến các tế bào organoid phát triển nhiều hơn, tạo ra các mô hình não lớn hơn.
"Microglia từ lâu đã được biết đến là chìa khóa cho sự phát triển của não, nhưng vai trò chính xác của chúng vẫn chưa được hiểu rõ. Phát hiện này của nhóm chúng tôi tại Khoa Vi sinh và Miễn dịch học đặc biệt có tác động vì cuối cùng chúng tôi cũng hiểu được cholesterol được vận chuyển như thế nào." Phó giáo sư Veronique, giám đốc Chương trình nghiên cứu tịnh tiến về miễn dịch học, NUS Medicine, cho biết thêm: "Trọng tâm tiếp theo của chúng tôi sẽ là nghiên cứu cách điều hòa việc giải phóng cholesterol để điều chỉnh việc giải phóng cholesterol. Tối ưu hóa sự phát triển của não và làm chậm hoặc ngăn chặn sự khởi phát của các bệnh về thần kinh"
Phân tích toàn diện về các tương tác phân tử
T AGPH15Dr. Olivier Cexus từ Đại học Surrey từng làm việc tại A*STAR. Ông đã sử dụng phương pháp phân tích proteome và lipidome để giải mã dần dần các tương tác phân tử phức tạp trong não. Điều này cung cấp những hiểu biết có giá trị về mối quan hệ trao đổi chất trong quá trình phát triển não bộ và những tác động tiềm ẩn đối với bệnh tật.Những nỗ lực chung này giúp chúng ta hiểu sâu hơn về vai trò của microglia, các thành phần phân tử trong các bào quan của não và tác động của chúng đối với sức khỏe con người.
Kết luận và ý nghĩa trong tương lai
Giáo sư Florent Ginhoux, tác giả chính của nghiên cứu và Điều tra viên chính cấp cao của A*STARSIgN, cho biết: "Hiểu được vai trò phức tạp của microglia trong sự phát triển và chức năng của não là một lĩnh vực nghiên cứu tích cực. những phát hiện này không chỉ nâng cao hiểu biết của chúng ta về sự phát triển não bộ mà còn có thể ảnh hưởng đến hiểu biết của chúng ta về các bệnh về não. Điều này mở ra những khả năng mới cho nghiên cứu trong tương lai về các bệnh phát triển thần kinh và các phương pháp điều trị tiềm năng.”
Giáo sư Jerry Chan, đồng tác giả của nghiên cứu, cố vấn cấp cao tại Khoa Y học Sinh sản tại Bệnh viện Phụ nữ và Trẻ em KK, đồng thời là nhà khoa học lâm sàng cấp cao tại Hội đồng Nghiên cứu Y khoa Quốc gia, cho biết thêm: "Hiện tại thiếu công cụ để nghiên cứu cách microglia tương tác với não đang phát triển. Điều này đã cản trở sự hiểu biết về các bệnh liên quan đến microglia, thường thấy ở bệnh tự kỷ, tâm thần phân liệt và những tế bào khác và đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển ban đầu của các bệnh thoái hóa thần kinh như bệnh Alzheimer và bệnh Parkinson. Sử dụng tế bào gốc đa năng tổng hợp để phát triển các cơ quan não liên quan đến microglia mới này cho chúng ta cơ hội nghiên cứu sự tương tác phức tạp của microglia và tế bào thần kinh trong quá trình phát triển não sớm.