Trong công bố đăng trên tạp chí Advanced Science, nhóm nghiên cứu từ Đại học Johns Hopkins (Mỹ) cho biết các khối tế bào thần kinh này thể hiện mức độ hoạt động tương tự bào thai người ở giai đoạn 40 ngày tuổi. Điều này mở ra triển vọng mới cho việc điều trị các bệnh về thần kinh như Parkinson và Alzheimer.

"Bộ não nhân tạo" đang tiến gần đến thực tế

Được gọi là organoid não người, các khối tế bào này được nuôi cấy từ tế bào gốc vạn năng (pluripotent stem cells), có khả năng tự biệt hóa thành các vùng khác nhau của não bộ. Chúng không có ý thức, nhưng có thể thực hiện những chức năng cơ bản như ghi nhớ và học tập.

Trong những năm gần đây, nhờ sự phát triển của công nghệ ba chiều (3D), các organoid này không chỉ thể hiện được hoạt động điện sinh học mà còn có thể điều khiển robot đơn giản, hay thậm chí "chơi" được trò chơi điện tử cơ bản như Pong, điều từng được coi là kỳ tích trong lĩnh vực sinh học thần kinh.

Tuy nhiên cho đến nay, đa phần các organoid được tạo ra chỉ mô phỏng một vùng não nhất định như vỏ não, não giữa hay tiểu não, chứ chưa tái hiện được cách các vùng não phối hợp hoạt động như trong thực tế. Nếu muốn nghiên cứu các rối loạn phát triển thần kinh hay tâm thần học, khoa học cần mô hình thể hiện toàn bộ não người đang hoạt động.

Theo nhà nghiên cứu Annie Kathuria, chúng ta không thể yêu cầu một người cho ta quan sát não của họ để nghiên cứu tự kỷ. Nhưng các mô hình organoid não toàn phần có thể cho phép chúng ta theo dõi trực tiếp quá trình bệnh lý diễn ra, từ đó kiểm tra hiệu quả điều trị và thậm chí cá nhân hóa phác đồ trị liệu.

Sau nhiều năm thử nghiệm, nhóm của Kathuria đã trở thành một trong những nhóm đầu tiên trên thế giới phát triển được organoid não đa vùng (MRBO - multi-region brain organoid). Đầu tiên, họ nuôi cấy các tế bào thần kinh từ nhiều vùng khác nhau của não người, kèm theo các mạch máu cơ bản trong các đĩa nuôi riêng biệt. Sau đó các vùng này được kết nối lại bằng loại protein "siêu keo sinh học", cho phép các mô liên kết và tương tác với nhau.

Kết quả là các vùng não bắt đầu tạo ra hoạt động điện đồng bộ, hình thành mạng lưới thống nhất. Đáng chú ý, nhóm nghiên cứu còn ghi nhận sự xuất hiện ban đầu của hàng rào máu não. Đó chính là lớp tế bào bao quanh não bộ, giúp kiểm soát các chất có thể đi vào não.

Cơ hội mới trong điều trị bệnh lý thần kinh

Mặc dù nhỏ hơn nhiều so với não người thật, mỗi MRBO chỉ chứa 6-7 triệu tế bào thần kinh so với hàng chục tỉ tế bào ở người trưởng thành. Tuy nhiên với khoảng 80% số tế bào đặc trưng của giai đoạn phát triển sớm ở thai nhi, những mô hình này mang đến cơ hội phân tích chưa từng có.

Theo nhóm nghiên cứu Johns Hopkins, MRBO có thể được sử dụng để thử nghiệm thuốc trên mô hình người thay vì động vật. Hiện tại 85-90% các loại thuốc thất bại ở giai đoạn thử nghiệm lâm sàng giai đoạn 1, và tỉ lệ này còn lên tới 96% với các loại thuốc điều trị bệnh thần kinh, phần lớn vì các nghiên cứu tiền lâm sàng chủ yếu dựa vào chuột hoặc mô hình động vật khác.

Việc chuyển sang thử nghiệm trên MRBO có thể giúp đẩy nhanh tiến độ và nâng cao tỉ lệ thành công.

"Bệnh Alzheimer, tự kỷ hay tâm thần phân liệt đều ảnh hưởng đến toàn bộ não, chứ không chỉ một vùng nhất định. Nếu chúng ta hiểu được điều gì xảy ra trong giai đoạn sớm của quá trình phát triển não bộ, có thể chúng ta sẽ tìm ra được các mục tiêu điều trị hoàn toàn mới", nhà nghiên cứu Annie Kathuria chia sẻ.

Giới chuyên gia đánh giá nghiên cứu này là bước tiến lớn trong ngành kỹ thuật y sinh và thần kinh học hiện đại. Từ các mô hình organoid phức tạp, giới khoa học có thể tiến tới giai đoạn chẩn đoán và điều trị cá nhân hóa, nơi mà mỗi người bệnh được xây dựng mô hình não riêng để kiểm tra tác dụng thuốc một cách chính xác.

Bên cạnh đó, tiềm năng trong tương lai còn bao gồm giao diện não, máy tính (brain-computer interface) và thậm chí là một hướng đi mới cho trí tuệ nhân tạo dựa trên organoid sinh học.

Phát hiện mới về cách hoạt động của não người

Một phát hiện mới của các nhà khoa học thuộc trường Đại học Hebrew (Israel) đang thách thức quan niệm lâu nay về cách não bộ xử lý thông tin.