Cách mạng kỹ thuật sinh học - Phần 7

26/5/2017

 

CÁCH MẠNG KỸ THUẬT SINH HỌC

Trần Đăng Hồng, PhD

 

Phần 7. TIẾN BỘ KỸ THUẬT CẤY MÔ

 

 

 

Từ “Cấy mô” (Tissue culture) ngày nay được đồng nghĩa với “Cấy tế bào” (Cell culture), vì mô là một nhóm gồm nhiều tế bào cùng chức năng. Phương pháp cấy mô đầu tiên là một kỹ thuật rất cổ điển, nhưng càng ngày càng được cải thiện, đầu tiên áp dụng cho nhóm mô chứa rất nhiều tế bào, rồi tiến đến một tế bào và nhờ đó mà khoa sinh học đạt được trình độ tiên tiến ngày nay. Trong bài này, tác giả đề cập khái lược về nguyên tắc, và những ứng dụng đã thực hiện cũng như triển vọng, mà không đi vào chi tiết kỹ thuật.

I. CẤY MÔ TRONG NGÀNH THỰC VẬT

Từ ngàn xưa, con người đã biết gầy giống cây trồng bằng phương cách vô tính (vegetative propagation) để tạo ra dòng cây hoàn toàn giống cây mẹ - trinh dòng (clone) -  như chiết cây, giâm cành, tách rễ, tháp cành, tháp mắt, nghĩa là sử dụng một bộ phận hay cơ quan của cây để gầy giống. Đó là các phương pháp cổ điển, không cần nhiều kỹ thuật, và dĩ nhiên không sản xuất được nhiều cây con. Ngược lại, với kỹ thuật “micropropagation” – vi nhân cây giống – áp dụng cho một mô, hay một tế bào. Bài này chỉ đề cập đến micropropagation như “cấy mô” (tissue culture), “cấy tế bào” (cell culture) một cách sơ lược, và những tiến bộ trong lãnh vực này trong cuộc cách mạng sinh học ngành thực vật.

Gottlieb Haberlandt (1854 – 1945), gốc Áo sống tại Đức, là người tiền phong chủ trương phương pháp cấy tế bào. Năm 1902, ông trình bày thuyết “toàn năng” (totipotentiality) rằng “tế bào có khả năng phát triển thành cây hoàn hảo”. Kể từ đó, cấy mô trở thành một khoa học, càng ngày càng phát triển với những tiến bộ mới, góp phần vào cách mạng cải tiến năng suất cây trồng.

Cấy mô dựa trên đặc tính là nhiều tế bào của cây có khả năng tạo sinh thành một cây với đầy đủ cơ quan gồm rễ, thân, cành, lá, hoa, trái. Tế bào hay nguyên sinh chất (tế bào bỏ phần vỏ), một mảnh lá, mảnh nhỏ thân, đoạn rễ có thể sinh ra một cây hoàn toàn khi được cấy trong môi trường với đầy đủ dưỡng chất, và kích thích tố. Cấy mô dễ dàng thành công hay khó khăn tùy thuộc tuổi tác, dinh dưỡng, hay cơ quan nơi lấy phần tế bào để cấy. Thông thường, dễ thành công nhất là phần sinh mô (meristem) ở ngọn cành, búp cây, chóp rễ, tức là nơi đang có phân bào (cell division, meiosis) tích cực, chứa nhiều dinh dưỡng và kích thích tố giúp phân bào như auxin và cytokinin.

Cấy mô cần có phòng thí nghiệm với trang bị tối thiểu, nhưng phải thực hiện trong môi trường hoàn toàn vô trùng. Môi trường cấy có thể đặc hay lỏng, gồm các loại muối vô cơ, một ít chất dinh dưỡng hữu cơ, vitamins và chất kích thích tố. Môi trường đặc điều chế từ môi trường lỏng cọng thêm agar làm đặc.

Các thành phần trong môi trường cấy, nhất là chất kích thích tố và Nitrogen (muối nitrate hay ammonium, hay amino acids) có ảnh hưởng sâu xa vào hình thái của khối tế bào (callus) sinh sản lúc cấy mô. Chẳng hạn, nhiều auxin thì mọc nhiều rễ, nhiều cytokinins thì cho ra thân. Nếu hai chất kích thích tố này được cân bằng thì khối tế bào tiếp tục sinh sản lớn mà chưa phân liệt mọc rễ hay thân. Khối tế bào này được lưu giữ để làm nguồn sản xuất cây. Muốn biến thành cây, cắt khối tế bào này thành các khối nhỏ, chuyển qua môi trường cấy khác để tạo ra thân. Khi thân mọc dài, chúng được cắt thành nhiều đoạn ngắn, rồi để vào môi trường chứa auxin tạo  rễ thành cây con. Khi lớn hơn, cây con được chuyển qua trồng trong chậu đất nhỏ đặt trong nhà kính thành cây lớn.

 

Hình 1. Cây con thành hình trong ống nghiệm

Hiệu quả của cấy mô thay đổi tùy theo mỗi giống cây (genus). Cùng một giống cây, nhưng hiệu quả biến đổi tùy loài cây (species), tùy dòng cây (cultivars) trong cùng một loài, bởi vì chúng có hệ di truyền khác nhau. Hiệu quả cũng biến đổi theo môi trường nơi cây trồng. Có nhiều mô rất khó khăn trong việc tạo callus, nên phải tối ưu chất dinh dưỡng và kích thích tố một cách mò mẫm. Ngay cả trên cùng một cây, hiệu quả cũng khác nhau nhiều. Lấy mô từ rễ thì dễ bị nhiễm trùng (do đất, vi khuẩn cộng sinh hay ký sinh), lấy tế bào ngọn tương đối dễ sát trùng hơn. Cấy hạt phấn càng khó hơn. Vì vậy, kinh nghiệm và tài khéo léo cũng là một yếu tố của hiệu quả.

Cấy mô được áp dụng rộng rãi trong khoa học thực vật, trồng trọt, gây rừng, hoa cảnh:

- Sản xuất đại trà cây con trồng trong chậu, cây cảnh, cây rừng (như tràm du nhập từ Úc trồng đại trà làm nguồn bột giấy, giống cây rừng quý hiếm khó gầy giống), hoa cảnh khó gầy giống bằng hạt (như hoa lan), cây công nghiệp (như ca cao, khoai tây, thơm khóm, v.v. du nhập trồng ở Việt Nam đa số từ cấy mô).

- Sản xuất cây sạch không chứa mầm bệnh virus. Một số cây trồng dễ bị virus như khoai tây, cây ăn trái như cam quít. Dùng phương pháp cấy mô để gầy giống đại trà từ cây được trồng cách ly tránh mầm bệnh.

- Gầy giống cây quý hiếm hay sắp tuyệt chủng.

- Sản xuất đại trà tế bào nuôi trong dung dịch lỏng của nhà máy biến chế sinh học (bioreactor), để sản xuất dược chất quý, hay dùng để nghiên cứu.

- Gầy giống lai từ kỹ thuật trộn lẫn nguyên sinh chất (Protoplast fusion). Phương pháp này tạo cây lai giữa các loài bà con xa không thụ tinh được qua thụ phấn với bầu noãn.

- Cứu phôi (Embryo rescue) do thụ phấn giữa hai loài bà con xa, nhưng phôi bị chết ngay sau khi thụ phấn. Dùng phương pháp cấy mô nuôi phôi vừa thụ phấn thành cây lớn – đó là cây lai giữa 2 loài xa lạ - sau đó nhân giống này ra thành loài cây mới. Ở loài nho có giống nho không hạt (seedless grape), thật sự là có hạt do thụ tinh giữa phấn hoa và bầu noãn, nhưng phôi bị chết không phát triển thành hạt lớn. Hiện tượng này gọi là stenospermocarpy. Vì không có hạt, nên không sản xuất kích thích tố gibberellin, vì vậy trái nho nhỏ. Muốn có trái lớn, nhà vườn phải phun gibberellin. Các nhà khoa học đã lai hai giống nho không hạt, rồi dùng phương pháp “cứu phôi”, tạo ra giống nho không hạt ngon ngọt trái lớn hơn, đó là nho không hạt Melissa trên thị trường. Phương pháp cứu phôi cũng thường áp dụng cho lúa khi lai giữa các loài, giống lúa có tộc hệ xa.

- Dùng phương pháp cấy mô để nghiên cứu sinh học phân tử nhanh chóng hơn về cơ nguyên sinh lý, sinh hóa và sinh sản của giống cây, chẳng hạn tuyển chọn giống cây chịu đựng được môi trường tệ hại (stress tolerant).

- Cấy hạt phấn (Pollen culture). Trong môi trường dinh dưỡng, hạt phấn phân bào sinh sản thành khối callus, sau đó mọc thân, rễ, và cho cây đơn nhiễm (n, haploid) đồng-hợp-tử (homozygous). Đó là dòng thuần chủng. Vì chỉ chứa một bộ nhiễm thể (n), nên cây bất thụ (không ra hoa, trái) và ốm yếu. Vì vậy phải sử dụng chất làm tăng đôi số nhiễm thể lên 2n (diploid) như colchicine hay oryzalin.

- Nhân giống cây chuyển gen (transgenic plants). Tế bào sau khi được chuyển gen để tạo giống hoa màu biến đổi di truyền (genetically modified crops) được cấy trong môi trường và xử lý biến thành cây.

- Sản xuất đại trà giống cây lai tốt nhưng bất thụ (sterile hybrid), như cây lai tam nhiễm (3n) do lai giữa cây song nhiễm (2n) và tứ nhiễm (4n).

- Hạt giống nhân tạo (artificial seeds, synthetic seeds) là khối tế bào do phương pháp cấy mô tạo ra, được bao bọc trong lớp vỏ bằng hợp chất hydrogel (như alginate), chứa phân bón và thuốc diệt nấm và côn trùng. Khi tiếp xúc với đất có đủ ẩm độ, khối tế bào trong hạt nhân tạo mọc rễ, thân, lá giống như từ một hạt thật sự. Toshio Murashige là người đầu tiên thực hiện hạt nhân tạo năm 1970. Để tạo ra hạt nhân tạo, gồm nhiều giai đoạn: Chọn giống tốt để lấy mô tế bào, cấy mô tạo khối tế bào callus, thêm kích thích tố auxin, cytokinin để tế bào phân hóa, rút khô để khối tế bào ngừng phân hóa thêm (trước khi thành rễ và thân), bọc khối tế bào phân hóa nửa chừng trong hợp chất hydrogel, mang ra đồng gieo thẳng vào đất.

Hạt giống nhân tạo thường được áp dụng cho cây lai, cây biến đổi di truyền, giống hiếm sắp tuyệt chủng, cây trồng đồng nhất ở ngoài đồng hơn trồng bằng hạt, cho năng suất cao hơn trồng hạt, chuyên chở giữa các quốc gia không cần biện pháp kiểm dịch, sử dụng nông cơ để gieo hạt dễ hơn vì không cần thay bộ phận gieo, vì kích cở hạt nhân tạo y nhau ở mọi giống loài cây.

- Bảo tồn giống cây mà hạt không tồn trữ nhiều năm được (loại recalcitrant seeds). Ngân hàng hạt giống (seed banks) chỉ tồn trữ được loài cây có bản chất orthodox, tức hạt thật khô ở nhiệt độ âm -20°C (như ngũ cốc). Ngược lại có một số loài cây quan trọng về kinh tế không thể tồn trữ trong điều kiện khô và nhiệt độ âm, như cacao, dừa, chuối, mít, sao, dầu, v.v. nên phải tồn trữ dưới dạng cấy mô làm nguồn bảo tồn di thể.

- Sản xuất đại trà bằng lò máy sinh học (bioreactor) để tinh chế dược liệu, xăng sinh học, v.v.

 

Hình 2. Kiểu mẩu lò máy sinh học bioreactor biến phế phẩm bắp thành rượu cồn cho xăng sinh học.

 

II. CẤY MÔ TRONG NGÀNH ĐỘNG VẬT

Năm 1875, Sydney Ringer là nhà sinh lý học người Anh phát minh dung dịch muối, sau này mang tên “dung dịch Ringer”, để bảo quản tim con thú tiếp tục đập khi ở ngoài cơ thể.

Năm 1885, Wilhem Roux, người Đức, lấy một phần phôi bào (embryo) gà và bảo quản trong một dung dịch muối trong nhiều ngày.

Năm 1907, Ross Granville Harrison nuôi tế bào phôi con cóc thành tế bào thần kinh.

Năm 1913, E. Steinhardt, C. Israeli và R.A. Lambert nuôi Vaccinia virus trong mảnh giác mạc chuột bạch.

Năm 1996, lần đầu tiên sử dụng mô tái tạo từ kỹ thuật cấy mô để thay thế một đoạn niệu đạo (ống dẫn nước tiểu).

Cấy tế bào (cell culture) động vật là một diễn trình theo đó tế bào được phát triển và sinh sôi nẩy nở trong môi trường được kiểm soát ở bên ngoài cơ thể. Môi trường cấy biến đổi tùy theo loại tế bào, đặc điểm chung là chứa đủ chất dinh dưỡng cần thiết (amino acids, carbohydrates, vitamins, kim loại), chất tăng trưởng (như huyết thanh bò), kích thích tố và khí (CO₂, O₂), chất điều hòa môi trường (pH, áp suất thẩm thấu, nhiệt độ). Nhiều tế bào cần môi trường có mặt tiếp xúc lớn, có loại thì cần nổi lềnh bềnh trên mặt dung dịch dinh dưỡng.

Cấy tế bào gốc phôi người (hESCs), khá phức tạp, gồm chuyển tế bào tiền-bào-phôi vào đĩa Petri chứa nước canh dưỡng chất. Tế bào phân chia và lan rộng trên mặt đĩa. Trước đây, với phương pháp cũ là mặt bên trong đĩa Petri có lót một lớp nguyên bào phôi chuột (mouse embryonic fibroblasts – MEFs) hay phôi bào người đã được xử lý trước để không phân bào. Lớp tế bào này cung cấp chất dinh dưỡng vào môi trường cấy. Tế bào chuột ở dưới đáy đĩa tạo tế bào có lớp nhựa giúp chúng dính vào nhau. Kỹ thuật ngày nay, tiến bộ hơn, cấy tế bào gốc không cần lớp tế bào chuột làm nguồn cung cấp chất dinh dưỡng. Khi dòng tế bào gốc sinh sản lan tràn đầy đĩa, thì nhẹ nhàng phân chia và chuyển đến nhiều đĩa Petri khác với môi trường mới để tiếp tục sinh sản, làm như vậy rất nhiều lần trong nhiều tháng hay năm. Một khối tế bào phôi gốc một khi được thiết lập thì chứa cả vài triệu tế bào gốc chưa chuyên hóa có bản chất đa năng (pluripotent), và được mang danh là dòng tế bào gốc phôi bào (embryonic stem cell line). Bây giờ mỗi lứa sản xuất được đông đá tồn trữ hay chuyên chở đến các phòng thí nghiệm nơi khác để cấy tiếp hay sử dụng nghiên cứu thí nghiệm.

Cấy tế bào gốc 2 chiều (Cell culture in 2 dimensions). Đó là phương cách cấy tế bào gốc trên mặt phẳng (gồm chiều dài và chiều ngang), như trong đĩa Petri đã mô tả ở trên, do Wilhem Roux thiết kế năm 1885. Sau này được cải tiến, sử dụng chai lọ, hay ngay cả bao bì chỉ sử dụng một lần trong lò sinh học (bioreactors).

Cấy tế bào gốc 3 chiều (Cell culture in 3 dimensions). Hiện nay có khuynh hướng cấy tế bào theo 3 chiều để dễ dàng sản xuất thật nhiều tế bào gốc dùng nghiên cứu trong nhiều lãnh vực như ung thư, y khoa tái tạo cơ quan và khoa học căn bản, hay trong công nghiệp mỹ phẩm. Nhờ phát minh chất polymers rất đa dạng, các nhà nghiên cứu cải tiền đến phương pháp cấy tế bào 3 chiều (ngang, dọc, chiều sâu). Đó là sử dụng chất matrix sinh học như collagen, hay fibrin hay chất tổng hợp hydrogens như polyacrylamide hay PEG.

-  Cấy tế bào 3 chiều bằng hydrogel. Hydrogel cấu tạo bởi hợp chất nối kết nhau bởi những lỗ hổng nhỏ có khả năng giữ nước, giúp dưỡng chất và khí trao đổi qua lại dễ dàng nên tế bào sinh sôi nẩy nở được theo 3 chiều. Hiện tại có rất nhiều loại hydrogels dùng để cấy tế bào như ECM nguồn động vật, protein hydrogel, peptide hydrogel, polymer hydrogel, và nanocellulose hydrogen trích từ gỗ cây.

- Cấy tế bào 3 chiều bằng từ trường (3D Cell Culturing by Magnetic Levitation method). Sử dụng máy tạo từ trường neodymium magneic (cấu tạo bởi oxit sắt, vàng và polymer polylysine) phân phối theo 3 chiều với cường độ biến đổi làm tế bào ở đáy đĩa Petri nâng lên mặt, nhờ vậy một đĩa Petri có khả năng tạo vài triệu tế bào gốc thay vì vài trăm theo phương pháp 2 chiều.

Trong phòng thí nghiệm, sau khi một tế bào sinh sôi nẩy nở thì được tồn trữ, tạo thành một “dòng tế bào” (cell line), trong đó mọi tế bào có cấu tạo di truyền y hệt nhau, y như tế bào mẹ.

 

 

Hình 3, Dòng tế bào người đầu tiên là HeLa lấy từ tế bào ung thư âm hộ của Bà Henrietta Lacks. Đây là dòng-tế-bào-gốc-người-bất-tử còn lưu giữ từ 1951 để làm nghiên cứu.

Cũng có thể nhét một dòng tế bào bất tử vào tế bào bình thường. Phương pháp này dùng để sản xuất chất kháng thể đơn dòng (monoclonal antibodies). Một cách sơ lược, bạch huyết cầu trích từ máu của một con vật miễn nhiễm kết hợp với dòng tế bào tạo cơ thịt (myeloma) bất tử (dòng tế bào B) để tạo một thể chất lai miễn nhiễm gồm bạch huyết cầu và cơ thịt bất tử.

 

ÁP DỤNG CỦA CẤY TẾ BÀO ĐỘNG VẬT

- Cấy tế bào thú vật để sản xuất đại trà thuốc chủng ngừa các bệnh do virus (viral vaccines), như chủng ngừa bại liệt (polio), sởi (measles), quai bị (mumps), rubella và trái rạ, đậu mùa (chickenpox). Vì dịch cúm H5N1 lan tràn, nên đang nghiên cứu chủng ngừa bệnh cúm mới này bằng cách tái phối hợp DNA (recombinant DNA) với virus adenovirus (gây cảm cúm thông thường) để ngừa cả hai.

- Cấy tế bào gốc của chính bệnh nhân để nhân thành nhiều tế bào rồi sau đó phân liệt thành nhiều loại tế bào chuyên biệt mục đích cấy vào người để chữa bịnh.

- Cấy tế bào gốc để thâu hoạch các phân tử và bao túi chứa RNA và protein cho mục đích sản xuất thuốc trị liệu.

Các sản phẩm sinh học thâu hoạch từ cấy tế bào do kỹ thuật tái phối hợp DNA  ở tế bào động vật gồm các enzyme, kích thích tố tổng hợp, chất đề kháng, chất chống ung thư. Nhiều loại protein đơn giản có thể sản xuất từ cấy tế bào rDNA của vi khuẩn, những protein phức tạp phải từ rDNA cũa thú vật. Chẳng hạn sản xuất kích thích tố erythropoietin từ cấy tế bào thú vật rất tốn kém, nên chuyển qua cấy tế bào phôi của côn trùng sau khi được chuyển gen mới có chức năng sản xuất kích thích tố này.

Cấy tế bào cũng áp dụng cho nông nghiệp như sản xuất sữa, thịt nhân tạo, dầu thơm, tạo sừng tê giác từ tế bào gốc (mà không cần nuôi tê giác), tạo men mới, v.v.

 

CẤY CƠ QUAN (Organ culture).

Phát triển thêm một bực, lấy một mảnh của cơ quan để nuôi dưỡng trong môi trường dinh dưỡng như phương pháp cấy tế bào để sinh trưởng thành cơ quan.

Năm 2006, các nhà khoa học ở North Carolina tuyên bố thành công cấy nuôi bọng đái rồi sau đó thay bọng đái cho bệnh nhân. Tiếp theo thành quả trên, cấy nuôi xương hàm thành công ở Colombia University, phỗi ở Yale. Một tim chuột vẫn đập đúng nhịp trong môi trường nuôi dưỡng ở Đại học Minnesota, và một thận người nhân tạo cũng được thành công ở Đại Học Michigan.

Sau khi thành công cấy nuôi được tim chuột, công cuộc nghiên cứu cấy nuôi tim người đang được chú trọng. Đó là việc sử dụng tế bào gốc phôi người để biến thành tế bào tim. Năm 2016, một nghiên cứu sử dụng tế bào phôi người để tạo cơ tim. Kết quả chưa hoàn hảo, nhưng chứng tỏ việc sử dụng tế bào gốc phôi người có cơ thành công. Vào tháng 1/2017, các nhà khoa học ở Minnesota tạo phôi bào heo bằng DNA của heo, sau đó chuyển tế bào gốc người vào phôi bào heo để thay thế bằng DNA người. Công cuộc nghiên cứu còn đang tiến hành.

Có 4 phương pháp để cấy nuôi cơ quan.

- Cấy nuôi bằng hổn hợp huyết thanh và nước ép phôi bào trong đĩa lõm thủy tinh. Đặt đĩa này vào một đĩa Petri có lớp giấy thấm ướt (để tránh hổn hợp huyết thanh bốc hơi). Đặt vào đĩa lỏm khối mô tế bào được cẩn thận cắt lấy từ một cơ quan. Chuyển cơ quan nuôi cấy qua môi trường mới thường xuyên.

- Cấy nuôi trên môi trường agar chứa nước ép phôi bào và huyết thanh ngựa. Phôi bào sinh trưởng tốt lúc nhỏ, nhưng khó sống sót khi khối cơ quan lớn dần.

- Phương pháp thả nỗi. Cơ quan nuôi cấy được đặt trên vải acetate thả nỗi trên dung dịch dinh dưỡng lỏng.

- Nuôi dưỡng trên tấm vỉ kim loại có 4 chân đặt trong bồn chứa dinh dưỡng, điều chỉnh mặt chất dinh dưỡng lúc nào cũng tiếp xúc với mô cấy trên vĩ. Khí Oxy cũng như CO₂ được điếu chỉnh với nồng độ thích hợp

Phương pháp cấy nuôi cơ quan lấy ngay từ bệnh nhân mang nhiều lợi ích vì khi thay cơ quan không bị sa thải bởi cơ thể. Hiện cơ quan NASA của Hoa Kỳ có lò sinh học tối tân để cấy nuôi tim, tế bào xương, dây chằng, tế bào ung thư để nghiên cứu, v.v.

 

 

 

Hình 4. Nguyên tắc của kỹ thuật cấy mô hay cơ quan để sửa chữa hay ghép cơ quan cho người gồm: (1) mổ bệnh nhân để lấy tế bào nơi cần sửa chữa hay ghép; (2) Cấy nuôi tế bào; (3) và (4) cho sinh sôi nhiều; (5) thêm vật làm nền cho khối tế bào phát triển; (6) mô tế bào phát triển; (7) và (8) cho thêm chất sinh trưởng và kích thích để tạo thành cơ quan; (9) tế bào hay cơ quan được cấy hay ghép vào bệnh nhân.

 

KỸ THUẬT IVF TẠO CON TỪ  ỐNG NGHIỆM (TEST TUBE BABY).

Nhờ phương pháp cấy tế bào càng ngày càng phát triển, mà con người có thể sanh con không theo lối tự nhiên.

Đứa bé gái đầu tiên ra đời từ phương pháp IVF (in-vitro fertilisation) trong ống nghiệm ngày 25/7/1978, tên Louise Grown, tại Oldham General Hospital, Anh quốc, do GS Robert Edwards thực hiện. Phương pháp thụ tinh bên ngoài cơ thể IVF được thực hiện trong đĩa Petri đặt trong một phòng điều hòa có nhiệt độ và ẩm độ thích hợp. Công tác gồm cho thụ tính trứng lấy từ người mẹ với tinh trùng của người cha để trong đĩa Petri có chứa môi trường tương tự trong tử cung. Sau vài giờ, tinh trùng xâm nhập vào trứng và thụ tinh. Đôi khi, phải tiêm tinh trùng vào trứng, mang tên kỹ thuật ICSI (intracytoplasmic sperm injection). Sau khi thụ tinh, trứng phân bào thành tiền phôi bào. Sau 2-6 ngày nuôi dưỡng trong ống nghiệm, trứng được đưa vào lại tử cung người mẹ, hoặc tử cung người đàn bà khác để nhờ chửa đẻ giùm (surrogate mother).

Kỹ thuật tạo con từ ống nghiệm cũng bị phản đối một thời trong cuối thập niên 1970s và đầu 1980s, nhưng nhờ phương pháp này đã giúp các cặp vợ chồng hiếm muộn con, và tới nay hàng triệu trẻ được ra đời trên toàn thế giới.

ĐỨA CON CÓ 1 CHA VÀ 2 MẸ RUỘT (THREE PARENT BABY).

Một cặp vợ chồng Mỹ gốc Jordan trong 20 năm không nuôi được đứa con nào sau khi sanh, Hai đứa con bị chết sau khi sanh, các lần kia bị sẩy thai. Lý do bà vợ bị bịnh Leigh, một loại bịnh di truyền ảnh hưởng tới phát triển hệ thần kinh kiểm soát dinh dưỡng của trẻ sơ sinh. Các gen chi phối bệnh này nằm trong DNA ở ty thể (mitochondria), là trung tâm cung cấp năng lượng, gồm 37 gen được truyền từ người mẹ cho đứa con. Một phần tư ty thể bị bệnh và gen bị đột biến tìm thấy ở bà. Cặp vợ chồng cầu cứu Trung tâm  New Hope Fertility Center ở thành phố  New York. Nhóm bác sĩ ở đây tìm cách tránh ty thể bị nhiễm bịnh bằng phương cách “ba cha mẹ” (Three parent baby). Kỹ thuật ở Anh là chuyển nhân và làm thụ tinh trứng của hai người đàn bà, trứng của người vợ và trứng của người hiến tặng, với tinh trùng của người chồng. Ngay trước khi trứng vừa được thụ tinh bắt đầu phân bào thành tiền phôi bào, nhân của trứng được hút ra. Nhân của trứng người hiến tặng được loại bỏ và thay vào bằng nhân của trứng người vợ.

Bởi vì cặp vợ chồng theo đạo Islam, không chấp nhận việc giết hại bào thai (trứng đã thụ tinh), nên nhóm bác sĩ chuyển đến kỹ thuật gọi là “spindle nuclear transfer”. Nhân được lấy ra từ 1 trứng của người vợ rồi chuyển vào trứng của người hiến tặng mà ngay trước đó đã loại bỏ nhân, như vậy trứng của người hiến tặng bây giờ chứa DNA của người vợ nhưng vẫn còn ty thể của trứng người hiến tặng. Sau đó trứng này được thụ tinh với tinh trùng của người chồng. Nhóm bác sĩ thực hiện 5 trứng như vậy, và chọn một xem như phát triển bình thường được đưa vào tử cung người vợ. Chín tháng sau, đứa bé ra đời. Về mặt di truyền, đứa bé có một cha (cho tinh trùng) và 2 mẹ ruột (vì trứng chứa DNA trong nhân của người vợ, và DNA trong ty thể của người hiến tặng). Vì Hoa Kỳ có luật không chấp nhận lối sinh này, nên đứa bé được thực hiện và sanh ở Mexico vào ngày 4/4/2016, cậu bé không có dấu hiệu của bệnh nào. 

KỸ THUẬT IVG TẠO CON TỪ TẾ BÀO PHÔI GỐC HAY TỪ TẾ BÀO DA.

Theo thiên nhiên, tinh trùng và trứng được tạo trong cơ thể. Tuy nhiên, ngày nay tinh trùng cũng như trứng được tạo thành ngoài cơ thể với kỹ thuật IVG (in-vitro gametogenesis). Kỹ thuật IVG bắt nguồn từ việc các nhà sinh học có thể tạo ra tinh trùng và trứng trong ống nghiệm từ tế bào gốc phôi hay từ tế bào thường như da ở loài chuột. Kỹ thuật này chưa thành công ở người, mặc dầu bị chống đối nhất là ở Hoa Kỳ, nhưng ở các nước có chính sách khoa học cởi mở như Anh và Nhật, công cuộc nghiên cứu để hoàn chỉnh vẫn tiến hành. Một khi thành công, kỹ thuật IVG sẽ giúp cặp vợ chồng hiếm muộn có bịnh khắc nghiệt không thể sản xuất tinh trùng hay trứng, vẫn có thể có con mang dòng máu (DNA) của mình. Tinh trùng có thể tạo thành từ tế bào da lấy ở má người chồng, trứng tạo từ tế bào da của người vợ, rồi cho thụ tinh bằng phương pháp IVF (như test tube baby), để trứng nhân tạo vào tử cung người vợ. Sau 9 tháng, đứa con ra đời mang DNA của chồng và vợ.

Kỹ thuật này cũng giúp cặp vợ chồng đồng tính nữ có con mang dòng máu của cả 2 người. Với cặp vợ chồng đồng tính nam, thì cần thêm một phụ nữ để mang thai và đẻ giùm.

Hay ngay cả một người độc thân cũng có thể có con mang dòng máu mình, tạo tinh trùng và trứng từ tế bào da, chỉ có vấn đề là đồng huyết, đứa con sẽ nhiều dị tật.

 

 

Hình 5. Sơ đồ tạo con bằng kỹ thuật IVG: (1) chuột cha hay mẹ à (2)Tách tế bào chuyên biệt như tế bào da từ chuột à (3) Thêm Gen vào tế bào đã tái lập trình à(4) Biến tế bào gốc thành tinh trùng và trứng à (5) Trứng được thụ tinh bằng phương pháp IVF à (6) Cấy trứng thụ tinh ra chuột con.

 

Nghiên cứu sanh con bằng phương pháp IVG bị chống đối mãnh liệt. Nhưng có một phần xã hội loài người ủng hộ phương pháp này, nhất là những cặp vợ chồng hiếm mọn, giới hôn nhân đồng tính mà khuynh hướng gia tăng và được luật pháp chấp nhận. Cũng chính nhờ sự chông đối, các nhà khoa học phát minh cải thiện kỹ thuật hoàn hảo hơn, các nhà làm luật ra luật ngăn chận các lạm dụng v.v. Một ngày nào đó, tạo con bằng IVG sẽ hiện thực, cũng như “Test tube baby” vào nửa thế kỷ trước, hay “Three-parent baby” đã được quốc hội Anh chấp thuận vừa rồi trong năm 2017.

Ngoài ra, các kỹ thuật IVF, IVG còn nhắm vào việc ngăn ngừa một số bệnh do di truyền. Chẳng hạn, trẻ con sanh ra với bệnh Tay-Sachs là do thiếu enzyme cần thiết cho cơ thể biến dưỡng chất béo dư thừa trong bộ não. Lý do là cha mẹ đã truyền vào đứa con một gen bị khuyết tật. Với kỹ thuật CRISPR, có thể chữa trị đứa bé bằng cách cắt, sao chép và dán phần gen ở tinh trùng người cha, hay trứng người mẹ rồi qua kỹ thuật IVF để sanh đứa con không bị bịnh này. Với phương cách này, bé Calla Vanderberg được ra đời tại Inova Women’s Hospital ở Falls Church, Virginia, theo đó 7 gen của đứa bé đã được sửa chữa để tránh bệnh này.

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÁNH

Wikipedia. Tissue culture. https://en.wikipedia.org/wiki/Tissue_culture

Wikipedia. Cell culture. https://en.wikipedia.org/wiki/Cell_culture

Wikipedia.  Plant tissue culture. https://en.wikipedia.org/wiki/Plant_tissue_culture

Wikipedia. Organ culture. https://en.wikipedia.org/wiki/Organ_culture

Jessica Hamzelou (27/9/2016). World’s first baby born with new “3 parent” technique. https://www.newscientist.com/article/2107219-exclusive-worlds-first-baby-born-with-new-3-parent-technique/

 

Xem tiếp Phần 8 – Quấy nhiễu RNA