Sử dụng các telomere trên nhiễm sắc thể của tế bào máu, các nhà khoa học đã thiết kế một mô hình toán học để lập bản đồ sự phát triển theo thời gian của các quần thể tế bào gốc tạo máu.

Các tế bào gốc đảm bảo sự tái tạo và duy trì các mô của cơ thể. Các bệnh như ung thư có thể phát sinh nếu các tế bào này vượt ra ngoài tầm kiểm soát. Trong nghiên cứu hợp tác với

các bác sỹ tại Bệnh viện Đại học Aachen, các nhà khoa học từ Viện Sinh học tiến hóa Max Planck đã thiết kế một mô hình toán học để lập bản đồ sự phát triển theo thời gian của quần thể tế bào gốc tạo máu. Mô hình này sử dụng các telomere trên nhiễm sắc thể của tế bào máu. Những đầu bảo vệ này (telomere), nằm ở hai đầu của nhiễm sắc thể, ngắn lại sau mỗi lần tế bào phân chia. Như vậy, chiều dài của nó có thể cho biết một tế bào đã phân chia bao nhiêu lần và những sai lệch so với sự phân bố chiều dài bình thường liên quan đến tuổi tác có thể là biểu hiện của bệnh tật.

Tế bào gốc là nguồn gốc của tất cả các tế bào chuyên biệt: khi phân chia, các tế bào tiền thân được hình thành, chúng lần lượt tái tạo và dần dần biệt hóa thành tế bào trưởng thành. Ví dụ, trong quá trình hình thành máu, vài tỷ tế bào máu khác nhau được hình thành mỗi ngày từ các tế bào gốc trong tủy xương. Số lượng tế bào gốc gia tăng ở tuổi trẻ, nhưng tương đối ổn định ở tuổi trưởng thành. Ở người lớn, sự phân chia tế bào thường đưa đến một tế bào gốc và một tế bào tiền thân mới - do đó, số lượng này phần lớn vẫn không thay đổi.

Mặc dù các tế bào gốc tạo máu tồn tại rất lâu, nhưng chúng cũng tuân theo các quá trình lão hóa. Kết quả là chúng có nguy cơ các đột biến dần dần phát triển trong vật chất di truyền của chúng. Do đó tế bào gốc có thể phát sinh đột biến tăng sinh không kiểm soát được và dẫn đến sự phát triển của ung thư. Tuy nhiên, rất khó chỉ ra sự liên kết chính xác giữa tuổi tác và “lịch sử phân chia” của tế bào gốc và nguy cơ bị thoái hóa ác tính và các rủi ro bệnh tật liên quan cho các bệnh nhân.

Các nhà nghiên cứu Benjamin Werner và Arne Traulsen ở Viện Sinh học tiến hóa Max Planck cùng với Fabian Beier và Tim Brümmendorf từ Bệnh viện Đại học Aachen đã tính toán sự phát triển của các tế bào gốc. Với mỗi lần tế bào phân chia, các telomere co ngắn lại một chút - cho đến khi không thể phân chia được nữa. “Sự phân bố chiều dài của telomere do đó phản ánh những sự phân chia trước đó của một tế bào và chúng ta có thể rút ra kết luận về các tế bào gốc, từ đó các tế bào chuyên biệt được hình thành”, Werner giải thích.

Các nhà khoa học đã phân tích tế bào máu trong tổng số 356 đối tượng kiểm tra sức khỏe ở tất cả các lứa tuổi và xác định sự phân bố của độ dài telomere cho 56 đối tượng trong số họ. Sử dụng những dữ liệu này, nhóm nghiên cứu sau đó đã thử nghiệm các mô hình toán học khác nhau để mô tả sự phân bố chiều dài ứng với từng độ tuổi. “Mô hình mô tả các dữ liệu tốt nhất là mô hình có tính đến sự tăng trưởng của tế bào gốc”, Werner giải thích. Các tế bào gốc có thể sinh sôi nếu, thay vì chia thành một tế bào gốc và một tế bào tiền thân, chúng chia thành 2 tế bào gốc con. Những phân chia đối xứng này đặc biệt phổ biến ở trẻ em.

“Nhờ có mô hình này, một ảnh chụp sự phân bố chiều dài telomere hiện tại là đủ về mặt lý thuyết để tìm ra trạng thái telomere trong quá khứ và tương lai của một người. Chúng tôi có thể xác định quần thể tế bào gốc tại bất kỳ thời điểm nào”, Traulsen nói. Điều này cho phép dự đoán các bệnh và xác định các nhóm nguy cơ. Ví dụ, những dấu hiệu cho thấy những người có số trung bình tế bào gốc tối ưu có nguy cơ phát triển ung thư thấp nhất. “Mặt khác, nhiều telomere ngắn lại có thể dễ dẫn đến xuất hiện một số bệnh tật”. Beier nói.

Nguồn: Tạp chí khoa học và công nghệ Việt Nam