Phát hiện bất ngờ: Não người là hai cơ quan riêng biệt

Trong nhiều thế kỷ, giới khoa học vẫn xem não là một cơ quan thống nhất. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới do các nhà khoa học Stanford Medicine dẫn đầu cho thấy não người thực chất được hình thành từ hai hệ thần kinh riêng biệt, phát triển song song với nhau từ những giai đoạn rất sớm của phôi thai.

Phát hiện này thách thức quan niệm lâu nay cho rằng toàn bộ não có chung một nguồn gốc phát triển. Kết quả nghiên cứu được công bố ngày 18/9 trên tạp chí Nature Neuroscience.

Hai con đường phát triển khác nhau

Não trưởng thành gồm ba khu vực chính: não trước, não giữa và não sau. Não trước đảm nhiệm nhiều chức năng nhận thức cấp cao như ngôn ngữ, ý thức và tư duy trừu tượng. Trong khi đó, não sau, nằm ở phía sau hộp sọ và bao gồm phần lớn các cấu trúc của thân não, kiểm soát nhiều chức năng tự động thiết yếu như hô hấp, nhịp tim, giấc ngủ và cảm giác đói.

Các tế bào thần kinh ở não sau cũng kiểm soát cơ mặt, lưỡi và cổ họng, đóng vai trò trong khả năng nói và nuốt.

Não trước, não sau và tuỷ sống

Theo mô hình phát triển não được chấp nhận trong nhiều thập kỷ, một tế bào tiền thân ở giai đoạn sớm của phôi thai có thể tạo ra toàn bộ các vùng của não. Điều này đồng nghĩa các phần khác nhau của não được cho là có chung nguồn gốc phát triển.

Nghiên cứu mới cho thấy điều này không hoàn toàn đúng.

Nhóm nghiên cứu đã theo dõi những giai đoạn đầu tiên của quá trình phát triển phôi, khi cơ thể bắt đầu hình thành. Qua nghiên cứu trên phôi chuột, các nhà khoa học xác định hai quần thể tế bào tiền thân não khác nhau.

Một nhóm biểu hiện gene Otx2, sau này phát triển thành não trước và não giữa. Nhóm còn lại biểu hiện gene Gbx2 và được định hướng hình thành não sau.

Đáng chú ý, hai quần thể tế bào này không chồng lấn lên nhau ngay từ những giai đoạn sớm nhất của quá trình phát triển.

“Chúng tôi lần đầu tiên chứng minh rằng phần trước của não hình thành từ một loại tế bào tiền thân hoàn toàn khác với phần sau của não”, Kyle Loh, Phó Giáo sư sinh học phát triển tại Stanford Medicine cho biết.

Các nhà nghiên cứu tiếp tục kiểm tra chromatin, cấu trúc giúp tế bào kiểm soát khả năng tiếp cận ADN và từ đó quyết định gene nào có thể được kích hoạt. Họ nhận thấy các tế bào tiền thân tạo ra não trước và não giữa có cấu hình chromatin khác về cơ bản so với các tế bào tạo ra não sau.

Theo nhóm nghiên cứu, những khác biệt này khiến mỗi nhóm tế bào đi theo một con đường phát triển riêng biệt, giống như hai đường ray song song không giao nhau.

“Mặc dù phần trước và phần sau của não được cấu tạo từ các nguồn khác nhau, điều đáng chú ý là chúng lại liên kết chặt chẽ với nhau để tạo thành một bộ não hoạt động hoàn chỉnh”, ông Rayyan Jokhai, nghiên cứu sinh và đồng tác giả thứ nhất của nghiên cứu cho biết.

Hình ảnh quét não của phôi chuột 9,5 ngày tuổi cho thấy sự phát triển của hai cơ quan. Ảnh: Stanford Medicine/Loh Laboratory

Mở hướng nghiên cứu bệnh thần kinh

Phát hiện trên cũng giúp giải thích một vấn đề mà các nhà khoa học đã gặp phải trong nhiều năm: vì sao rất khó tạo ra các tế bào thần kinh não sau của người trong phòng thí nghiệm.

Ông Rayyan Jokhai cho rằng, những nỗ lực trước đây có thể đã cố gắng biến các tế bào tiền thân của não trước và não giữa thành tế bào não sau. Tuy nhiên, nghiên cứu mới cho thấy các tế bào tiền thân này về cơ bản không có khả năng phát triển theo hướng đó.

Dựa trên phát hiện mới, nhóm nghiên cứu lần đầu tiên đã thành công trong việc sử dụng tế bào gốc đa năng của người để tạo ra các tế bào thần kinh vận động chức năng của não sau trong phòng thí nghiệm.

Những tế bào được nuôi cấy có các đặc điểm của tế bào thần kinh não sau, trong đó có khả năng tạo ra các đợt hoạt động điện và sản xuất những protein đặc trưng cho các vùng kiểm soát cơ mặt và hoạt động nuốt.

Khả năng tạo ra các tế bào này có thể đặc biệt hữu ích trong nghiên cứu bệnh teo cơ tủy sống (SMA) và xơ cứng teo cơ một bên (ALS). Đây là những bệnh có thể ảnh hưởng đến các tế bào thần kinh ở thân não.

Ở bệnh nhân SMA và ALS, một số tế bào thần kinh dần mất chức năng. Khi khả năng nuốt suy giảm, thức ăn hoặc chất lỏng có thể đi vào phổi, gây viêm phổi; ở giai đoạn nặng, người bệnh có thể mất khả năng hô hấp.

Việc không thể lấy trực tiếp mô thân não từ bệnh nhân còn sống từ lâu khiến việc nghiên cứu những căn bệnh này gặp nhiều hạn chế. Các tế bào thần kinh được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm có thể cung cấp một mô hình để các nhà khoa học tìm hiểu những thay đổi xảy ra trong quá trình bệnh tiến triển và nghiên cứu các phương pháp điều trị tiềm năng.

Nghiên cứu cũng gợi mở một hướng liên quan đến điều chỉnh cảm giác đói và béo phì, bởi não sau chứa các mạch thần kinh tham gia kiểm soát cảm giác đói. Đây là một trong những hệ thống mà các thuốc giảm cân như semaglutide tác động tới.

“Giờ đây chúng ta có một mô hình để hiểu rõ hơn những căn bệnh nghiêm trọng này và hướng tới các liệu pháp tái tạo để điều trị chúng”, ông Jokhai nói.

Nghiên cứu có sự tham gia của các nhà khoa học từ Viện Công nghệ California (Caltech) và Đại học California, San Francisco (UCSF).