Các nhà nghiên cứu tại Trường Y Duke-NUS, phối hợp cùng nhiều đối tác quốc tế, đã xây dựng một trong những bản đồ đơn bào chi tiết nhất về não bộ người đang phát triển. Bản đồ này phân loại hầu như mọi loại tế bào não, ghi nhận dấu hiệu di truyền của chúng, đồng thời cho thấy cách chúng phát triển và giao tiếp. Ngoài ra, nghiên cứu còn đánh giá các kỹ thuật nuôi cấy tế bào thần kinh hiện có, mở ra bước tiến quan trọng hướng tới các liệu pháp mới cho bệnh Parkinson và nhiều rối loạn thần kinh khác.

Vì sao bệnh Parkinson là trọng tâm

Parkinson là bệnh thoái hóa thần kinh phổ biến thứ hai tại Singapore, ảnh hưởng đến khoảng 3/1.000 người trên 50 tuổi. Căn bệnh này phá hủy các tế bào thần kinh dopaminergic ở não giữa – những tế bào chịu trách nhiệm giải phóng dopamine, chất dẫn truyền thần kinh thiết yếu cho kiểm soát vận động và học tập. Việc thay thế hoặc phục hồi các tế bào này có thể giúp giảm triệu chứng run tay và mất khả năng vận động.

Khung BrainSTEM lập bản đồ hàng trăm nghìn tế bào não

Để hiểu rõ hơn cách tế bào dopaminergic hình thành trong phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu Duke-NUS đã phát triển hệ thống hai bước mang tên BrainSTEM (Brain Single-cell Two tiEr Mapping). Họ phân tích gần 680.000 tế bào từ não thai nhi, qua đó lập bản đồ toàn cảnh tế bào não với độ chi tiết chưa từng có.

Giai đoạn thứ hai tập trung vào não giữa, xác định chính xác hơn các tế bào dopaminergic. Bản đồ tham chiếu toàn diện này trở thành chuẩn mực để các phòng thí nghiệm trên thế giới so sánh mô hình não giữa nuôi cấy với não người thật.

Bản thiết kế cho liệu pháp tế bào

Theo nghiên cứu sinh MD-PhD Hilary Toh, đồng tác giả: “Bản thiết kế dựa trên dữ liệu của chúng tôi giúp các nhà khoa học tạo ra tế bào dopaminergic chất lượng cao, phản ánh đúng sinh học người. Những mảnh ghép tế bào như vậy sẽ nâng hiệu quả điều trị và giảm tác dụng phụ, mở đường cho liệu pháp thay thế trong bệnh Parkinson.”

Nghiên cứu công bố trên tạp chí Science Advances cũng chỉ ra thách thức lớn: nhiều phương pháp nuôi cấy hiện nay vô tình tạo ra tế bào từ vùng não khác. Điều này cho thấy cần cải thiện quy trình và công cụ phân tích để loại bỏ tế bào ngoài mục tiêu.

Trí tuệ nhân tạo thúc đẩy y học chính xác

Tiến sĩ John Ouyang, nhà nghiên cứu chính tại Trung tâm Sinh học Tính toán Duke-NUS, cho biết: “Bằng cách lập bản đồ não ở độ phân giải đơn bào, BrainSTEM cho phép chúng tôi phân biệt cả những quần thể tế bào ngoài mục tiêu nhỏ nhất. Dữ liệu chi tiết này là nền tảng cho các mô hình AI, giúp phân nhóm bệnh nhân và thiết kế liệu pháp chính xác hơn.”

Phó giáo sư Alfred Sun, đồng tác giả, nhấn mạnh: “BrainSTEM là bước tiến lớn trong mô hình hóa não. Cách tiếp cận dựa trên dữ liệu sẽ tăng tốc phát triển liệu pháp tế bào đáng tin cậy cho Parkinson.”

Công cụ mở cho cộng đồng khoa học

Nhóm nghiên cứu dự định công bố bản đồ não dưới dạng nguồn mở, cùng quy trình đa tầng BrainSTEM như một gói sẵn sàng sử dụng. Vì BrainSTEM có thể áp dụng để phân lập bất kỳ loại tế bào nào trong não, các phòng thí nghiệm toàn cầu sẽ tận dụng để cải thiện quy trình và thúc đẩy nghiên cứu thần kinh.

Giáo sư Patrick Tan, Phó trưởng khoa nghiên cứu Duke-NUS, khẳng định: “Nghiên cứu này thiết lập chuẩn mực mới – cho thấy lập bản đồ đa tầng là thiết yếu để nắm bắt chi tiết tế bào trong hệ sinh học phức tạp. Bằng cách hé lộ cách não giữa phát triển, chúng ta sẽ tăng tốc nghiên cứu Parkinson và liệu pháp tế bào, mang lại hy vọng cho bệnh nhân.”