Tiêm tế bào não người vào chuột: Thí nghiệm táo bạo mở ra câu hỏi gây tranh cãi

Một nhân viên đang cầm một con chuột bạch tại Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về liệu pháp sinh học do Trường Y khoa Tây Trung Quốc thuộc Đại học Tứ Xuyên thành lập. Ảnh: Getty.

Trong một phòng thí nghiệm ở California, Mỹ, những con chuột đang chạy nháo nhác trong lồng như bao con chuột khác. Nhưng bên trong não chúng lại có hàng triệu tế bào thần kinh của con người đang hoạt động.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Stanford đã cấy những mô não người được nuôi trong phòng thí nghiệm vào chuột biến đổi gene. Những con chuột này được thiết kế để thiếu một số vùng não, trong đó có vỏ não – lớp ngoài cùng đóng vai trò quan trọng trong nhận thức, vận động, ra quyết định và khả năng tập trung.

Theo nghiên cứu đăng trên tạp chí Nature, những con chuột được gọi là “chuột có vỏ não ngoại lai” (alien-cortical mice) có thể mở ra một hướng nghiên cứu mới về các mạch thần kinh và những rối loạn não bộ như tâm thần phân liệt, bại não và sa sút trí tuệ.

Việc đưa mô não người vào cơ thể động vật nghe chẳng khác nào một thí nghiệm trong tiểu thuyết Frankenstein của Mary Shelley. Nhưng những con chuột này thực sự “giống người” đến mức nào? Và các nhà khoa học đã phát hiện điều gì?

Dưới đây là những thông tin đáng chú ý về thí nghiệm.

Thí nghiệm được tiến hành như thế nào?

Các nhà nghiên cứu biến đổi gene để những con chuột sinh ra và phát triển mà không có phần lớn vỏ não cùng vùng hải mã lân cận – hai khu vực cần thiết cho hoạt động vận động, học tập và ghi nhớ.

Khi chuột được 2 ngày tuổi, nhóm nghiên cứu tiêm các “cơ quan dạng bào” (organoid) của người vào những khoang não còn trống. Organoid là những cụm tế bào có kích thước nhỏ, được nuôi trong phòng thí nghiệm từ tế bào gốc hoặc mô khối u, có khả năng mô phỏng một số đặc điểm của cơ quan thật trong cơ thể người.

Mỗi organoid trong thí nghiệm được phát triển từ tế bào gốc của những người hiến tặng khỏe mạnh và chứa khoảng 100.000 tế bào người.

Tính tổng thể, các nhà khoa học đã loại bỏ khoảng 14 triệu tế bào thần kinh của chuột, sau đó bổ sung khoảng 4 triệu tế bào thần kinh của người.

Tuy nhiên, đây không phải là một ca cấy ghép não. Các nhà nghiên cứu cũng nhấn mạnh rằng những con chuột này không phải là “động vật có suy nghĩ giống con người”.

Điều gì đã xảy ra với những con chuột?

Chỉ trong vòng 3 tháng, mô não người bên trong não chuột đã phát triển lớn gấp khoảng 5 lần, kết nối với hệ thống cung cấp máu và lấp đầy hơn 90% các khoang não được tạo ra trước đó.

Dù mô người chiếm khoảng một nửa thể tích não, những con chuột mang “vỏ não ngoại lai” vẫn đi lại và phát ra âm thanh gần như bình thường.

Trong một thử nghiệm với mê cung, những con chuột không được cấy mô não người liên tục đi lạc. Ngược lại, nhóm có tế bào người đạt kết quả tốt hơn. Điều này cho thấy mô não người có thể đã góp phần cải thiện khả năng nhận thức của chúng.

Một phát hiện ngoài dự kiến là một phần mô được cấy ghép đã phát triển thành tế bào thần kinh von Economo. Đây là loại tế bào dài, hiếm gặp, vốn thường không tồn tại trong não chuột và gần như không thể tạo ra trong phòng thí nghiệm.

Tế bào thần kinh von Economo được tìm thấy ở những loài động vật có tính xã hội cao như con người, vượn, cá voi và voi.

Thí nghiệm này cũng có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về bệnh bại não.

Ở trẻ sơ sinh, tình trạng thiếu oxy có thể xảy ra do những biến chứng trong quá trình sinh nở – vốn kéo dài và phức tạp hơn nhiều so với ở chuột. Trong khi đó, chuột con hiếm khi gặp tình trạng tương tự, khiến việc nghiên cứu bệnh bại não trên loài gặm nhấm trở nên khó khăn.

Trong thí nghiệm lần này, khi những con chuột biến đổi gene bị đặt vào môi trường thiếu oxy, chúng xuất hiện tổn thương não, dáng đi thay đổi và khả năng phối hợp vận động giữa các chi suy giảm.

Vì sao phải đưa tế bào thần kinh người vào não chuột?

Các bệnh lý liên quan đến não bộ thuộc nhóm khó nghiên cứu nhất. Bộ não con người chứa khoảng 86 tỷ tế bào thần kinh, liên kết với nhau thông qua hàng nghìn tỷ kết nối.

Những rào cản về đạo đức, an toàn cùng mức độ phức tạp sinh học rất cao của não bộ khiến các nhà khoa học khó tiếp cận mô não người còn sống để nghiên cứu.

Trong nhiều năm, giới khoa học đã tìm cách nuôi cấy organoid – những cụm tế bào thần kinh người nhỏ trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, chúng không phải là những bộ não hoàn chỉnh được tạo ra trong đĩa nuôi cấy. Các mô hình này thiếu những kết nối thần kinh, tín hiệu đầu vào và môi trường sinh học phức tạp vốn tồn tại trong một bộ não sống.

Giáo sư Sergiu Pasca, tác giả chính của nghiên cứu, chuyên gia tâm thần học và khoa học hành vi tại Đại học Stanford, cho rằng phương pháp mới có thể mang lại cho giới khoa học những hiểu biết chưa từng có về não bộ con người.

“Trong hai thập kỷ qua, các nhà khoa học đã nỗ lực tìm cách xây dựng những mô hình não người bên ngoài cơ thể con người”, ông nói.

“Phương pháp này sẽ không thay thế tất cả những mô hình chúng ta từng có, nhưng sẽ giúp chúng ta tiếp cận những khía cạnh khác trong hoạt động của não người mà nếu không có nó, sẽ rất khó nghiên cứu”.

Những lo ngại về đạo đức là gì?

Cùng với sự phát triển của công nghệ nuôi cấy organoid não, ngày càng có nhiều ý kiến kêu gọi xây dựng các quy định và cơ chế giám sát rõ ràng, bởi những công nghệ này đặt ra các vấn đề đạo đức đặc biệt nhạy cảm.

Mối lo ngại tập trung vào khả năng những cụm tế bào hoặc mô não được nuôi bên ngoài cơ thể có thể hình thành năng lực cảm nhận hoặc ý thức. Một câu hỏi khác là liệu khoa học có thể xác định và kiểm chứng những khả năng này hay không.

Nhóm nghiên cứu đã dừng thí nghiệm khi các tế bào thần kinh người được cấy vào não chuột đạt 6 tháng tuổi. Việc dừng lại diễn ra trước khi chúng có thể hình thành thêm nhiều kết nối thần kinh với não chuột, đồng thời trước thời điểm xuất hiện bất kỳ dấu hiệu nào của ý thức.

John Evans, giáo sư xã hội học tại Đại học California, San Diego, người không tham gia nghiên cứu, nhận định bản thân thí nghiệm này chưa đặt ra những vấn đề đạo đức lớn. Tuy nhiên, nó cung cấp bằng chứng cho thấy các nhà khoa học có thể tạo ra những loài động vật khác, trong đó các vấn đề đạo đức tiềm ẩn sẽ nghiêm trọng hơn nhiều.

Việc xác định ranh giới rõ ràng cho hướng nghiên cứu này vẫn là một thách thức.

Theo ông Evans, vấn đề nằm ở chỗ chưa có những giới hạn cụ thể để xác định thời điểm cần dừng lại, khi nghiên cứu có thể từng bước mở rộng từ chuột sang các loài linh trưởng không phải con người.

Vì vậy, ông đề xuất trước mắt các nhà khoa học không nên mở rộng thí nghiệm vượt ra ngoài nhóm động vật gặm nhấm. Cách tiếp cận này nhằm tránh tạo ra những sinh vật lai thần kinh giữa người và động vật (neurohybrid organisms), mang đặc điểm của cả hai loài và có nguy cơ châm ngòi cho những tranh cãi đạo đức sâu sắc.