Trái tim không tự đập một cách độc lập — hoạt động của nó được điều phối bởi một cụm tế bào nhỏ ở tâm nhĩ phải, gọi là nút xoang nhĩ. Bộ phận này tạo ra các xung điện để duy trì nhịp co bóp ổn định cho cơ tim theo một tốc độ được định sẵn chính xác. Khi nút này gặp trục trặc, bệnh nhân sẽ phải đối mặt với tình trạng loạn nhịp tim đe dọa trực tiếp đến tính mạng. Cho đến nay, máy tạo nhịp tim bằng kim loại vẫn là giải pháp cứu cánh duy nhất và đáng tin cậy. Tuy nhiên, liệu chúng ta có thể tái tạo cơ chế phức tạp này từ chính các tế bào sống hay không?
Nhóm nghiên cứu từ Viện Hóa sinh và Sinh học tế bào Thượng Hải đã thực hiện một bước tiến quan trọng theo hướng này. Bằng cách sử dụng tế bào gốc vạn năng của người, lần đầu tiên các nhà khoa học đã nuôi cấy thành công trong đĩa thí nghiệm không chỉ là các mô co bóp đơn thuần mà là một organoid nút xoang nhĩ ba chiều hoàn chỉnh. Kết quả nghiên cứu của họ, được công bố trên tạp chí Cell Stem Cell, đã mô tả quá trình tạo ra thứ được gọi là máy tạo nhịp tim sinh học.
Thách thức lớn nhất không nằm ở việc làm sao để các tế bào co bóp. Làm thế nào để chúng tuân theo mệnh lệnh từ hệ thần kinh? Trong cơ thể sống, nhịp tim luôn được điều chỉnh liên tục thông qua các tín hiệu từ não bộ. Để mô phỏng quá trình này, các nhà sinh học Thượng Hải đã kết hợp organoid tạo nhịp với một đám rối hạch giàu tế bào thần kinh được nuôi cấy.
Thí nghiệm đã thành công rực rỡ khi các sợi thần kinh tự phát triển vào bên trong nút nhân tạo và bắt đầu điều tiết tần số "nhịp đập" qua các tín hiệu phân tử, tái hiện chính xác cơ chế tự nhiên.
Tại sao các nhà khoa học lại cần một cấu trúc lắp ghép tinh vi đến vậy? Việc nghiên cứu rối loạn nhịp tim trên chuột không mang lại hiệu quả cao do tim chúng đập quá nhanh, trong khi việc thu thập mẫu nút xoang nhĩ sống từ người là điều gần như bất khả thi. Mô hình ba thành phần mới gồm "thần kinh - nút xoang - tâm nhĩ" đã cho phép các nhà nghiên cứu tái tạo tình trạng loạn nhịp tim do di truyền ngay trong phòng thí nghiệm. Bằng cách tạo ra một đột biến mục tiêu, họ đã ghi nhận được hiện tượng nhịp tim chậm lại, sau đó thử nghiệm thành công các thuốc chẹn kênh kali để đưa mạch đập về mức bình thường.
Liệu điều này có đồng nghĩa với việc kỷ nguyên của các thiết bị titan dưới da đã kết thúc? Câu trả lời hiện tại là chưa. Cho đến khi các cấu trúc sinh học này có thể được cấy ghép cho bệnh nhân thực tế, vẫn còn vô số vấn đề an toàn cần giải quyết — từ khả năng sống sót lâu dài của tế bào cho đến việc ngăn ngừa phản ứng đào thải. Tuy nhiên, nền móng công nghệ quan trọng đã được thiết lập. Nền tảng này hiện đã cho phép các nhà dược phẩm thử nghiệm các loại thuốc chống loạn nhịp mới trên mô người thật, góp phần đưa y học cá thể hóa trong tương lai đến gần hơn với thực tiễn.
