Ở giai đoạn cuối của quá trình thoái hóa khớp, sụn khớp bị thoái hóa khiến xương mài mòn và buộc phải thay khớp. Kỹ thuật tái tạo sụn phổ biến nhất dẫn đến sụn kém cấu trúc và chỉ tồn tại trong vài năm. Một cây trồng sinh học dựa trên tế bào gốc mới đã được chứng minh là có thể sửa chữa sụn ở một mô hình động vật lớn.
Ảnh minh họa. Nguồn ảnh Adobe Stock
Một con khủng long Mesozoi được khai quật ở Kansas có điểm gì chung với John the Baptist và hàng trăm triệu người trên toàn thế giới có điểm gì chung? Bệnh xương khớp . Không nên nhầm lẫn với các bệnh chị em của nó, viêm khớp dạng thấp (viêm do phản ứng tự miễn dịch ở khớp) và loãng xương (xương dần dần yếu đi), thoái hóa khớp (OA) là tình trạng mỏng dần của sụn khớp – mô liên kết trơn, bôi trơn bao phủ các đầu xương ở khớp. Sụn khớp giúp khớp chuyển động không đau, ít nhất là khi khớp khỏe mạnh.
Khi sụn trở nên hư hỏng và mỏng, liên kết sẽ mài mòn xương. Ở một số bệnh nhân, bạn thực sự có thể nghe thấy tiếng nổ lách tách khi xương ghim vào nhau. Theo thời gian, ma sát làm mòn xương cho đến khi các đầu dây thần kinh lộ ra ngoài và các cử động hàng ngày – đi lại, ngồi, thậm chí là viết – dẫn đến đau dữ dội.
Trong giai đoạn mới nhất của viêm khớp, sau khi tất cả các phương án giảm đau khác đều thất bại, thì biện pháp cuối cùng là thay khớp. Điều này có ba vấn đề lớn: Thứ nhất, thay khớp không làm giảm đáng kể cơn đau cho 10% bệnh nhân. Thứ hai, 10% thay khớp bị lỗi trong vòng 15 năm và cần phải thay thế. Và thứ ba, khoảng 1% bệnh nhân bị nhiễm trùng do phẫu thuật. Mặc dù những tỷ lệ này có vẻ tương đối nhỏ, nhưng chỉ riêng ở Mỹ đã có hơn 1 triệu ca phẫu thuật thay khớp hàng năm . Điều này có nghĩa là hàng trăm nghìn người có các biến chứng liên quan đến việc thay khớp hoặc không thấy giảm đau.
Cộng đồng y tế đã làm việc trong hơn một thế kỷ để phát triển các chiến lược sửa chữa sụn bị hư hỏng trước khi phẫu thuật. Tuy nhiên, các chiến lược này có những sai sót đáng kể – đáng chú ý nhất là thời gian sửa chữa ngắn hạn và thời gian phục hồi dài. Theo một nghiên cứu gần đây trên tạp chí npj Regenerative Medicine , các nhà nghiên cứu đã phát triển một chiến lược không có những cạm bẫy này – một loại cây trồng sinh học dựa trên tế bào gốc .
Chúng ta có thể sửa chữa sụn bằng cách khoan lỗ trong xương, nhưng chúng ta có nên không?
Giải thích truyền thống về tổn thương sụn khớp liên quan đến viêm khớp là “chấn thương cơ học” – “sự hao mòn” không thể tránh khỏi của quá trình lão hóa và sử dụng quá mức. Tuy nhiên, trong vài thập kỷ qua, sự hiểu biết của chúng ta đã thay đổi; bây giờ chúng ta biết rằng OA có nguồn gốc đa yếu tố. Chấn thương cơ học đóng một vai trò nào đó, nhưng di truyền, dinh dưỡng, tiểu đường, khả năng miễn dịch, sự liên kết giữa các chi và thậm chí cả hình dạng khớp cũng vậy . Bất kể cơ chế cơ bản nào, một khía cạnh vẫn giống nhau: OA ám chỉ tổn thương sụn khớp.
Cơ thể không có khả năng sửa chữa lớn sụn khớp. Trước những năm 1950, không có kỹ thuật y tế nào được thiết lập để giúp đỡ nhiều. Bệnh nhân hoặc phải chịu đựng cơn đau hoặc trải qua phẫu thuật thay khớp đầy rủi ro (với kết quả không rõ ràng). Tuy nhiên, điều đó đã thay đổi vào năm 1959, khi một bài báo dài bảy câu xuất hiện trong Kỷ yếu của Đại hội Hiệp hội Chỉnh hình Anh. Trong một bài báo ngắn gọn đáng ngạc nhiên, Tiến sĩ Kenneth H. Pridie, một bác sĩ lâm sàng người Anh đang điều trị cho bệnh nhân viêm khớp, lưu ý rằng “Nếu (các đầu xương) được khoan và các lỗ không quá xa nhau, (sụn) trơn sẽ lan rộng trên bề mặt”.
Một thời gian ngắn sau khi công bố quy trình mang tính cách mạng này, Pridie qua đời, khiến các nhà khoa học phải suy nghĩ về việc anh ta nảy ra ý tưởng này ở đâu và ai sẽ cho phép anh ta thực hiện thao tác này, cũng như những câu hỏi thực tế hơn, chẳng hạn như “mũi khoan lớn cỡ nào?” và “cách xa nhau là quá xa nhau?”
Sáu thập kỷ sau, các nhà khoa học vẫn đang nghiên cứu để trả lời những câu hỏi này. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu vào những năm 1980 đã khám phá ra cơ chế cơ bản của kỹ thuật Pridie: Bằng cách khoan qua các đầu xương, các tế bào trong tủy xương có thể tiếp cận khớp bị tổn thương và tạo ra sụn mới. Hiện nay, kỹ thuật này – được gọi là microfracture – là phương pháp điều trị tái tạo sụn khớp phổ biến nhất. Đây là một thủ thuật nhanh chóng (thường kéo dài từ 30 đến 90 phút), ít xâm lấn và thời gian phục hồi tương đối ngắn (bốn đến bảy tháng).
Nhưng có một nhược điểm là: Loại sụn mới này có tính chất sinh học kém hơn so với sụn khớp ban đầu. Do đó, nó có thể bị mòn chỉ sau một vài năm và quy trình này cần phải được lặp lại, điều này làm tăng khả năng xảy ra biến chứng (chẳng hạn như nhiễm trùng). Denis Evseenko – giáo sư phẫu thuật chỉnh hình, nghiên cứu tế bào gốc và y học tái tạo tại Trường Y Keck của USC – muốn cây trồng sinh học của mình tạo ra sụn khớp mạnh mẽ có thể tồn tại trong nhiều thập kỷ. Để làm được điều này, ông phải tìm cách khai thác sức mạnh của tế bào đơn độc có thể tạo ra sụn khớp.
Chỉ có một tế bào biết công thức của sụn khớp
Sụn là một trong những mô liên kết đơn giản nhất của cơ thể. Hoặc, ít nhất, nó đơn giản về thành phần của nó: nước và một số ít protein khác nhau (một vài trong số đó bạn có thể có trong tủ đựng thức ăn của mình). Nhưng chỉ có một đầu bếp duy nhất có thể làm chín sụn khớp đúng cách: chondrocytes.
Chondrocytes sống một cuộc sống cô độc. Được nhúng trong sụn, mỗi tế bào tự điều chỉnh môi trường vi mô của chính nó, nơi mà chỉ có nó chịu trách nhiệm duy trì sụn trong vùng đó. Chúng tôi vẫn đang tìm hiểu về những tế bào này, nhưng chúng tôi biết rằng khi chúng không còn có thể hoàn thành vai trò của mình, hiếm khi có sự thay thế. Trong khi một số nhà khoa học đang nghiên cứu cách sử dụng tế bào tủy xương để tái tạo sụn, các nhà khoa học khác đang tìm cách khai thác tế bào chondrocytes cho mục đích tương tự.
Một kỹ thuật mới đã xuất hiện vào những năm 1980: Một bác sĩ phẫu thuật loại bỏ một đoạn xương nhỏ từ bệnh nhân, trích xuất một vài tế bào chondrocytes và sao chép chúng trong một đĩa petri. Sau khi tạo đủ số lượng tế bào chondrocytes, bác sĩ phẫu thuật sẽ cấy chúng trở lại bệnh nhân. Sụn có được từ quy trình này chắc chắn như ban đầu. Tuy nhiên, kỹ thuật này đã không đạt được nhiều động lực vì nó phải phẫu thuật nhiều lần và có thể mất đến hai năm để các tế bào sụn được cấy ghép sửa chữa lại sụn.
Một trong những lý do khiến thời gian hồi phục kéo dài là việc sử dụng các tế bào chondrocytes “cũ”. Khi một người già đi, các tế bào chondrocytes làm chậm quá trình sản xuất sụn của họ. Khi một tế bào chondrocyte cũ tái tạo, nó tạo ra một tế bào chondrocyte khác hoạt động giống như một tế bào chondrocyte cũ (trong đó quá trình sản xuất sụn diễn ra chậm). Các nhà nghiên cứu từ lâu đã nghi ngờ rằng các tế bào chondrocyte được tạo ra từ tế bào gốc sẽ hoạt động giống như một tế bào chondrocyte trẻ (với khả năng sản xuất sụn nhanh), nhưng không ai biết cách tạo ra các tế bào chondrocyte có nguồn gốc từ tế bào gốc cho đến năm 2010.
Nếu cơ thể muốn tế bào gốc tạo ra tế bào chondrocytes, nó sẽ truyền tín hiệu được hẹn giờ cẩn thận đến tế bào gốc. Đưa ra tín hiệu sai vào sai thời điểm và bạn có thể có một loại ô hoàn toàn khác. Xác định tín hiệu chính xác và thời điểm chính xác là một vấn đề khó giải quyết. Nhưng vào năm 2010 , một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Manchester đã làm được điều đó: Họ tạo ra các tế bào chondrocytes từ các tế bào gốc.
Được trang bị kiến thức mới này, Evseenko và nhóm các nhà nghiên cứu của ông đã bắt tay vào thiết kế một cây trồng sinh học trị liệu nắm bắt được những gì tốt nhất trong hai chiến lược tái tạo sụn hiện tại: một thủ thuật nhanh chóng xâm lấn tối thiểu với thời gian phục hồi ngắn để tạo ra sụn khớp chắc khỏe. Một đơn đặt hàng cao, nhưng được trang bị các tế bào chondrocytes có nguồn gốc từ tế bào gốc, họ đã thành công vào năm 2018 .
Cây trồng sinh học của chúng được cấu tạo từ một chất nền giống như sụn, được nhúng với các tế bào chondrocytes có nguồn gốc từ tế bào gốc. Bốn tuần sau khi được áp dụng cho khớp gối chuột, các tế bào chondrocytes đã thay thế môi trường giống như sụn của chúng bằng sụn khớp chắc khỏe. Những kết quả này rất hứa hẹn, nhưng các khớp của động vật nhỏ có cấu trúc khác với động vật lớn, kể cả con người. Đáng chú ý nhất là những động vật nhỏ có sụn khớp rất mỏng. Vì vậy, trước khi chuyển sang thử nghiệm lâm sàng ở người, các nhà nghiên cứu cần phải mở rộng quy mô lên một thứ lớn hơn chuột: Yucatan minipig.
“Minipig” nghe có vẻ không phải là một ví dụ tuyệt vời về một loài động vật lớn, chỉ cao khoảng 16 inch và dài 36 inch. Tuy nhiên, chúng nặng khoảng 160 lbs. Để đệm tất cả trọng lượng đó lên các khớp nhỏ của chúng, sụn khớp của chúng rất dày, tương tự như của con người.
Để bắt chước tổn thương sụn khớp liên quan đến viêm khớp, các nhà nghiên cứu đã cắt bỏ các đoạn sụn khớp ở khớp gối. Họ đã áp dụng cây trồng sinh học của họ cho khu vực này. Những con lợn hồi phục trong sáu tháng, và khi các nhà nghiên cứu xem xét lại các khớp, ngay lập tức có thể thấy rõ rằng sụn khớp được tái tạo ở những con lợn được điều trị bằng phương pháp cấy ghép. Quan trọng nhất, sụn này dày và có khả năng hấp thụ sốc tốt hơn nhiều so với sụn được sản xuất bằng kỹ thuật microfracture.
Hiện công việc này sẽ tiến tới con người với sự hỗ trợ từ khoản tài trợ 6 triệu USD từ Viện Y học Tái sinh California.
Không Ngộ
Theo Bigthink
