Bên trong cơ thể chúng ta diễn ra một sự trao đổi tín hiệu liên tục mà chúng ta hầu như không hề nhận ra. Cuộc đối thoại thầm lặng giữa các cơ quan và hệ thần kinh này diễn ra từng giây — một số tín hiệu báo về tình trạng viêm, những tín hiệu khác báo về tổn thương hoặc phục hồi mô.
Các cơ quan không tồn tại trong sự tách biệt. Ruột, tim, tuyến tụy, da và các mô miễn dịch không ngừng «trò chuyện» với hệ thần kinh, trao đổi thông tin về những gì đang diễn ra bên trong. Nhưng trong một thời gian dài, các nhà khoa học chỉ nhìn thấy một phần của cuộc trò chuyện này.
Họ có thể nghiên cứu bản thân cơ quan hoặc toàn bộ một hạch thần kinh. Nhưng rất khó xác định chính xác những nơ-ron nào kết nối với một mô cụ thể và điều gì đang diễn ra bên trong những tế bào đó vào thời điểm hiện tại. Hóa ra giống như một khán phòng khổng lồ đầy người, nhưng không biết ai mới chính là người đang trò chuyện với cơ quan mà chúng ta quan tâm.
Giờ đây đã xuất hiện một phương pháp cho phép theo dõi mối liên hệ này gần như từ cơ quan đến từng nơ-ron riêng lẻ, phá vỡ bức tường im lặng giữa chúng.
Vào tháng Chín năm 2026, các nhà nghiên cứu từ Heidelberg đã công bố trên tạp chí Nature Protocols một quy trình chi tiết của công nghệ Trace-n-Seq — một phương pháp kết hợp việc theo dõi giải phẫu các kết nối thần kinh với phân tích hoạt động của gen trong từng tế bào riêng lẻ. Đây là công trình của nhóm Vera Thiel, người đầu tiên phát triển cách tiếp cận này khi nghiên cứu các nơ-ron liên quan đến ung thư tuyến tụy.
Vì sao những nơ-ron này lại khó nhìn thấy đến vậy
Hãy hình dung một sợi thần kinh tận cùng trong tuyến tụy. Đầu tận cùng của nó nằm bên trong cơ quan, nhưng thân của bản thân nơ-ron có thể nằm ở rất xa — trong một hạch thần kinh ngoại vi, hay còn gọi là hạch, đôi khi cách cơ quan vài xăng-ti-mét.
Và ở đây nảy sinh một cái bẫy phương pháp luận kinh điển đã khiến các nhà nghiên cứu đau đầu suốt nhiều năm.
Khi các nhà khoa học lấy mẫu mô của một cơ quan và tiến hành giải trình tự RNA đơn bào hiện đại, họ có thể nhìn thấy tất cả các loại tế bào cấu thành nên mô: tế bào miễn dịch, tế bào mạch máu, nguyên bào sợi. Nhưng thân của các nơ-ron điều khiển cơ quan đó lại hoàn toàn không có trong mẫu — bởi vì chúng nằm ở một nơi hoàn toàn khác, trong một hạch ở xa.
Ngược lại, nếu nghiên cứu toàn bộ một hạch thần kinh thì lại nảy sinh vấn đề trái ngược: ở đó có hàng nghìn nơ-ron kết nối với những vùng cơ thể và cơ quan hoàn toàn khác nhau. Có thể thu được một chân dung phân tử phong phú, nhưng việc hiểu được những nơ-ron nào thuộc về cơ quan mà chúng ta quan tâm thì gần như bất khả thi.
Trace-n-Seq cho phép tìm ra đúng những người đối thoại cần thiết.
Trace-n-Seq hoạt động như thế nào
Cái tên này kết hợp hai nguyên lý then chốt: theo dõi đường đi của nơ-ron và sau đó đọc hồ sơ phân tử của nó.
Đầu tiên, một chất đánh dấu huỳnh quang đặc biệt có tên Fast Blue được đưa vào mô cần nghiên cứu. Chất này bị các đầu tận cùng thần kinh hấp thụ và bắt đầu hành trình theo chiều ngược lại — ngược lên theo sợi trục, về phía thân nơ-ron, trong một quá trình gọi là vận chuyển sợi trục ngược. Nhờ đó, những nơ-ron thực sự kết nối với mô đang được nghiên cứu bắt đầu phát sáng màu xanh lam.
Sau đó, các nhà nghiên cứu tách lấy những hạch thần kinh tương ứng và nhờ kỹ thuật phân loại tế bào đặc biệt (FACS), họ tách riêng đúng những nơ-ron đã được đánh dấu, loại bỏ hàng nghìn nơ-ron khác trong cùng hạch không kết nối với cơ quan đó.
Sau đó, người ta áp dụng giải trình tự RNA đơn bào, hé lộ chân dung di truyền của từng nơ-ron được chọn.
Và ở đây, các nhà khoa học không chỉ thu được một bản đồ giải phẫu đẹp đẽ về các kết nối. Họ có thể thấy những gen nào hoạt động trong từng nơ-ron riêng lẻ, nó sản sinh ra những phân tử nào, có những thụ thể nào trên bề mặt của mình. Phương pháp này kết hợp hai câu hỏi thành một:
«Dây thần kinh này đi đâu?» và «Điều gì đang diễn ra bên trong tế bào đi đến đó?»
Chính sự kết hợp của hai cấp độ này — giải phẫu và phân tử — khiến công nghệ trở nên đặc biệt mạnh mẽ.
Hệ thần kinh hóa ra có tính dẻo dai hơn nhiều so với những gì ta tưởng
Trace-n-Seq cho phép so sánh các nơ-ron gắn với mô khỏe mạnh với các nơ-ron chi phối mô bị viêm hoặc bệnh. Có thể thấy liệu sự biểu hiện gen có thay đổi không, liệu có xuất hiện những trạng thái chức năng mới không, và những loại nơ-ron nào phản ứng đặc biệt mạnh với bệnh.
Phương pháp này có thể phát hiện ngay cả những nhóm tế bào tương đối hiếm, vốn dễ bị mất đi khi phân tích cả một hạch thần kinh. Điều này cực kỳ quan trọng, bởi vì dây thần kinh nối với một cơ quan không nhất thiết là một «sợi cáp» bất biến.
Các tế bào của nó có thể thích nghi, thay đổi dấu hiệu phân tử của mình để đáp lại những gì đang diễn ra trong mô. Bệnh tật có thể thay đổi hệ thần kinh — và đến lượt mình, hệ thần kinh có thể thay đổi tiến trình của bệnh. Mối ảnh hưởng qua lại này đã ẩn kín suốt nhiều năm, vô hình chính bởi vì chúng ta không thể nhìn vào bên trong một nơ-ron riêng lẻ gắn với cơ quan bị bệnh.
Ung thư tuyến tụy đã cho thấy cuộc đối thoại này quan trọng đến nhường nào
Thực ra Trace-n-Seq không phải mới xuất hiện ngày hôm qua. Nhóm nghiên cứu của Vera Thiel lần đầu tiên áp dụng cách tiếp cận này một cách chi tiết khi nghiên cứu ung thư tuyến tụy. Trong công trình được công bố trên tạp chí Nature vào tháng Tư năm 2025, các nhà khoa học đã sử dụng công nghệ này để phân tích hơn năm nghìn nơ-ron, trong đó khoảng bốn nghìn nơ-ron gắn với tuyến tụy khỏe mạnh và mô khối u.
Kết quả thật đáng kinh ngạc: khối u có khả năng lập trình lại các nơ-ron gắn với nó, thay đổi căn bản trạng thái phân tử của chúng. Nghĩa là hệ thần kinh không chỉ đi ngang qua khối u. Nó trở thành một phần của vi môi trường phức tạp của bệnh, một người tham gia tích cực vào sự phát triển của ung thư, chứ không phải một kẻ quan sát thụ động.
Chính công trình này đã trở thành nền tảng then chốt cho quy trình Trace-n-Seq chi tiết mới, được công bố hiện nay trên Nature Protocols, khiến phương pháp này trở nên dễ tiếp cận với cộng đồng khoa học rộng rãi.
Giờ đây phương pháp có thể được ứng dụng rộng rãi hơn nhiều
Điều đặc biệt thú vị là công nghệ này không chỉ gắn với ung thư. Các tác giả chỉ ra rằng có thể dùng nó để nghiên cứu sự điều hòa thần kinh trong viêm, các bệnh tự miễn, xơ hóa, tái tạo mô và những trạng thái bệnh lý khác. Điều này mở ra một lĩnh vực nghiên cứu vô cùng rộng lớn.
Ví dụ, có thể nghiên cứu cách các nơ-ron gắn với ruột thay đổi trong thời gian viêm mạn tính — liệu chúng có phát triển những chức năng hoàn toàn mới hay ngược lại, mất khả năng thích nghi. Cách hệ thần kinh tương tác với các tế bào miễn dịch và liệu nó có thể bằng cách nào đó điều khiển hành vi của chúng không. Cách mô bị tổn thương thông báo cho hệ thần kinh về tình trạng của mình. Và cách bản thân các nơ-ron tham gia vào việc phục hồi hoặc ngược lại, duy trì bệnh tật.
Từ bản đồ cơ quan — đến bản đồ các cuộc trò chuyện
Trong sinh học, từ lâu đã tồn tại một cách phân chia tiện lợi. Đây là hệ thần kinh. Đây là hệ miễn dịch. Đây là cơ quan. Đây là khối u. Nhưng các công nghệ mới ngày càng cho thấy rằng ranh giới giữa chúng mang tính quy ước hơn nhiều so với những gì ta tưởng, và cơ thể hoạt động như một mạng lưới thống nhất, chứ không phải một tập hợp những bộ phận riêng rẽ.
Trace-n-Seq đáng chú ý chính ở điểm này. Nó cho phép nghiên cứu cơ thể không phải như một tập hợp các thành phần riêng lẻ, mà như một mạng lưới gồm những tế bào không ngừng tương tác với nhau, mỗi tế bào đáp lại tín hiệu của những tế bào khác và gây ảnh hưởng ngược lại lên chúng.
Đồng thời, điều quan trọng là không gán cho công nghệ nhiều hơn những gì nó thể hiện. Trace-n-Seq không đọc được suy nghĩ, không đo lường ý thức và tự thân nó hiện chưa chữa trị được gì. Đây là một công cụ nghiên cứu, giống như kính hiển vi hay máy tính.
Nhưng những công cụ như vậy đôi khi thay đổi khoa học mạnh mẽ hơn cả một phát hiện vang dội riêng lẻ, bởi vì chúng cho phép đặt ra những câu hỏi mà trước đây thậm chí không thể được diễn đạt một cách chính xác. Chúng lấp đầy những vùng trắng mà trước đây từng được nhìn nhận như những rào cản không thể vượt qua.
Chúng ta đã biết lập nên những bản đồ tế bào của cơ thể người, hiểu được tổ chức không gian của các mô. Bước tiếp theo có thể còn thú vị hơn nữa: hiểu không chỉ ai ở đâu, mà còn ai đang trò chuyện với ai — và cuộc trò chuyện ấy thay đổi như thế nào trong quá trình bệnh tật, hồi phục và cuộc sống.
Và có lẽ, chính trên những tấm bản đồ như vậy, một ngày nào đó sẽ hiện lên một bức tranh toàn vẹn hơn nhiều về mối liên hệ giữa não bộ và cơ thể — mối liên hệ mà từ lâu đã dường như huyền bí và không thể giải thích, nay bắt đầu hé lộ dưới ánh sáng mới.
