Một khám phá quan trọng về cách cơ thể duy trì cấu trúc phức tạp của các mô đã được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu và Điều trị Ung thư Helen F. Graham của ChristianaCare và Đại học Delaware. Nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí khoa học Biology of the Cell cho thấy chỉ cần năm quy tắc cơ bản có thể giải thích cách cơ thể duy trì cấu trúc của các mô như ruột kết, ngay cả khi các tế bào liên tục chết và được thay thế.

Đây là kết quả của hơn 15 năm hợp tác giữa các nhà toán học và các nhà sinh học ung thư để tìm ra các quy tắc chi phối cấu trúc mô và hành vi của tế bào. Nghiên cứu này có thể là bước đầu tiên trong việc tìm ra ‘bản thiết kế’ của cơ thể, tương tự như mã di truyền giải thích cách gen hoạt động.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng mô hình toán học để mô phỏng hành vi của tế bào và xác định năm quy tắc cốt lõi chi phối cấu trúc và hành vi của tế bào. Những quy tắc này bao gồm thời điểm phân chia tế bào, thứ tự phân chia tế bào, hướng phân chia và di chuyển của tế bào, số lần phân chia của tế bào và thời gian sống của tế bào trước khi chết.

Những quy tắc này hoạt động cùng nhau như một ‘kịch bản’ để kiểm soát vị trí của tế bào, thời điểm phân chia và thời gian tồn tại, giúp các mô hoạt động và duy trì cấu trúc một cách chính xác. Các nhà nghiên cứu tin rằng những quy tắc này có thể áp dụng cho nhiều loại mô khác nhau trên cơ thể, bao gồm da, gan, não và hơn thế nữa.

Việc tìm ra ‘mã mô’ này có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cách mô chữa lành sau chấn thương, cách các dị tật bẩm sinh xảy ra và cách các bệnh như ung thư phát triển khi mã này bị gián đoạn. Nghiên cứu này cũng có ý nghĩa quan trọng đối với dự án Atlas Tế bào Con người, một hợp tác khoa học toàn cầu nhằm lập bản đồ mọi loại tế bào trong cơ thể con người.

Trong tương lai, nhóm nghiên cứu sẽ kiểm tra các dự đoán của mô hình một cách thử nghiệm, hoàn thiện mô hình với dữ liệu bổ sung và khám phá liên quan đến sinh học ung thư, đặc biệt là cách các gián đoạn của mã mô có thể dẫn đến sự phát triển của khối u hoặc di căn.

Các nhà khoa học đã phát hiện ra một cấu trúc mới trong tế bào người, được gọi là hemifusome, đóng vai trò quan trọng như một trạm trung chuyển nội bào giúp tế bào sắp xếp, loại bỏ và tái chế các vật liệu bên trong. Công bố trên tạp chí Nature Communications mô tả hemifusome như một bào quan hoàn toàn mới, được bao bọc bởi màng và xuất hiện phổ biến ở nhiều loại mô, từ người đến chuột và khỉ.

Cấu trúc này hỗ trợ tế bào sắp xếp, đóng gói, vận chuyển và xử lý các vật chất bên trong một cách hiệu quả. Hemifusome được phát hiện bằng kỹ thuật cryo-electron tomography (cryoET), một phương pháp hiện đại kết hợp đông lạnh siêu nhanh và kính hiển vi điện tử. Mẫu mô được làm lạnh đột ngột nhằm tránh biến dạng, sau đó chiếu electron để tạo hàng loạt ảnh 2D, rồi dựng thành mô hình 3D chi tiết ở cấp độ gần phân tử.

Các nhà nghiên cứu tin rằng hemifusome có thể giữ vai trò quan trọng trong việc vận chuyển protein hoặc xử lý chất thải, những cơ chế sống còn để duy trì cân bằng nội bào. Khi quá trình này bị rối loạn, tế bào có thể tích tụ độc tố hoặc truyền sai tín hiệu, nguyên nhân phổ biến trong nhiều bệnh lý di truyền, thoái hóa hoặc ung thư.

Tiến sĩ Seham Ebrahim, nhà sinh lý học tế bào tại Đại học Virginia (Mỹ), thành viên nhóm khoa học, cho biết việc phát hiện hemifusome giống như khám phá một trung tâm phân loại mới bên trong tế bào. Khi quá trình này rối loạn, nó có thể liên quan đến các bệnh lý ảnh hưởng trên diện rộng đến cơ thể.

Trong thời gian tới, các nhà khoa học sẽ tiếp tục nghiên cứu xem cấu trúc này hoạt động thế nào trong tế bào khỏe mạnh và thay đổi ra sao trong bệnh lý. Những hiểu biết mới có thể là chìa khóa để phát triển phương pháp điều trị cho các bệnh phức tạp liên quan đến di truyền, chuyển hóa hoặc ung thư.

Các tế bào dendritic, một thành phần quan trọng của hệ thống miễn dịch, có khả năng di chuyển qua các môi trường phức tạp của cơ thể để thực hiện chức năng giám sát và xử lý kháng nguyên. Quá trình di chuyển của chúng không đơn giản chỉ là sự chuyển dịch cơ học thông thường mà đòi hỏi sự phối hợp tinh tế giữa các yếu tố cơ học và cấu trúc tế bào nội bộ. Khi di chuyển qua các khe hẹp, các tế bào dendritic tạm thời hình thành một cấu trúc actin cơ học nhạy cảm ở phía trước nhân. Cấu trúc này có vai trò quan trọng trong việc tạo ra lực đẩy chống lại mô xung quanh, giúp mở rộng đường đi và cho phép phần thân tế bào lớn di chuyển theo.

Cấu trúc actin cơ học này không chỉ hỗ trợ việc di chuyển của tế bào dendritic mà còn hoạt động như một tụ điện cơ học. Chức năng này giúp tế bào cân bằng giữa lực nhô ra phía trước ở mép dẫn đầu và lực nhô ra ngoài ở thân tế bào. Sự cân bằng lực này là cần thiết để đảm bảo tế bào di chuyển một cách ổn định và hiệu quả qua môi trường phức tạp của mô.

Quá trình di chuyển của tế bào miễn dịch, đặc biệt là tế bào dendritic và tế bào T, là một phần không thể thiếu của phản ứng miễn dịch. Việc hiểu rõ cơ chế di chuyển của chúng không chỉ góp phần vào nghiên cứu về hệ thống miễn dịch mà còn có ý nghĩa trong việc tìm hiểu các bệnh liên quan đến suy giảm miễn dịch. Các rối loạn trong quá trình di chuyển của tế bào miễn dịch có thể dẫn đến suy giảm khả năng chống nhiễm trùng và các bệnh lý khác.

Gần đây, các nghiên cứu đã làm sáng tỏ vai trò của protein DOCK8 trong việc điều chỉnh sự phân phối actin cơ học ở tế bào miễn dịch. DOCK8 đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự gắn kết của tế bào và bảo vệ nhân tế bào trong quá trình di chuyển. Sự rối loạn chức năng của DOCK8 có thể dẫn đến các vấn đề về di chuyển của tế bào miễn dịch, từ đó ảnh hưởng đến hiệu quả của phản ứng miễn dịch.

Để tiếp tục khai thác những tiềm năng trong lĩnh vực này, các nhà nghiên cứu sẽ cần tiếp tục khám phá các chi tiết phức tạp của cơ chế di chuyển tế bào. Những nghiên cứu gần đây đã mở ra hy vọng cho việc phát triển các liệu pháp nhắm vào các mục tiêu cụ thể để điều chỉnh hệ thống miễn dịch. Bên cạnh đó, việc tìm hiểu thêm về chức năng của các protein như DOCK8 sẽ cung cấp thông tin quý giá về cách chúng tương tác với các thành phần khác của tế bào để điều khiển quá trình di chuyển.