"Chủ nào tớ nấy": Khi các tế bào hành động... như con người

Tế bào hành động ra sao trong không gian chật?

Trong một không gian gò bó, con người thường thu tay chân, co người lại. Trong một phát hiện gần đây của Đại học Chicago, kết quả cho thấy rằng trong không gian chật hẹp, các tế bào sống cũng có hoạt động tương tự (1).

Cụ thể, các tế bào có thể điều chỉnh kích thước của chúng khi cùng phát triển với các tế bào khác trong các tấm mô.

Bước tiến này là kết quả của nghiên cứu sinh John Devany trong quá trình nghiên cứu biểu mô - các lớp tế bào tạo thành hàng rào bảo vệ da và bao phủ các cơ quan nội tạng.

Trong lớp biểu mô mà Devany nghiên cứu, diễn trình phân chia tế bào vẫn diễn ra bình thường, nhưng các tế bào con lại nhỏ hơn tế bào mẹ–trái ngược với quan điểm bấy lâu rằng tế bào sẽ phát triển gấp đôi kích thước của nó thông qua phân chia và tái lặp chu kỳ. Nhóm nghiên cứu của Devany cùng với các nhà nghiên cứu từ Đại học New York cũng đã phát hiện rằng sự tăng trưởng và chu kỳ tế bào là riêng biệt với nhau.

Margaret L. Gardel, Giáo sư Vật lý và Kỹ thuật Phân tử, đồng thời là Giáo sư của nghiên cứu sinh John Devany, chia sẻ rằng: "Làm thế nào các tế bào cảm nhận được môi trường cơ học của chúng đang ngăn chặn chúng sinh sôi nảy nở? Và làm thế nào để các tế bào ngừng sản xuất sinh khối khi chúng cảm thấy bị hạn chế? Chúng tôi không biết".

Manh mối duy nhất của các nhà khoa học lúc này là việc phương thức tăng trưởng (growth pathway) khác với phương thức chu kỳ tế bào (cell cycle pathway).

Sự ức chế tiếp xúc và ý nghĩa của nghiên cứu

Các nhà khoa học đã đưa ra giả thuyết rằng sự "ức chế tiếp xúc" (contact inhibition) đã hạn chế sự phát triển của tế bào khi không gian bị hạn chế, nhưng tiến trình này có thể được điều chỉnh bởi nhiều phương thức và các nhà khoa học vẫn chưa tìm hiểu được nhiều về nó.

Tuy nhiên, khi khám phá này vẫn còn đang bị giới hạn thì khoa học đã kịp nhìn ra ý nghĩa và tính ứng dụng của nó.

Hoạt động của các tế bào trong không gian chật hẹp có thể ứng dụng vào lĩnh vực kỹ thuật mô để phát triển các phương pháp in sinh học và các vật liệu mà có thể thay thế các mô bị tổn thương bằng phẫu thuật. Hơn nữa, "ức chế tiếp xúc" có thể kiểm soát sự phát triển quá mức của mô và ngăn ngừa khối u. Kết quả nghiên cứu kể trên có thể được ứng dụng trong các phương pháp nghiên cứu và điều trị ung thư.

Devany cho biết: "Nghiên cứu về cơ chế điều chỉnh tăng trưởng và phân có thể giúp phát triển các phương pháp điều trị ung thư… Nếu chúng ta hiểu rõ hơn về cách các tế bào phát triển và phân chia trong bối cảnh mô, nó có thể giúp tối ưu hóa các loại hệ thống này" (2).

Giải mã cơ chế các tế bào

Theo Trung tâm Nghiên ccứu Khoa học Di truyền tại Đại học Utah (Mỹ), tế bào giao tiếp bằng cách gửi và nhận tín hiệu. Tín hiệu có thể đến từ môi trường hoặc từ các tế bào khác. Để nhận được phản ứng, các tín hiệu này phải được truyền qua màng tế bào.

Mỗi tế bào nhận được một sự kết hợp phức tạp của các tín hiệu đồng thời, kích hoạt nhiều đường truyền tín hiệu khác nhau. Mỗi bước trong lộ trình truyền tín hiệu tạo cơ hội trao đổi chéo giữa các tín hiệu khác nhau. Thông qua trao đổi chéo, tế bào tích hợp thông tin từ nhiều đường dẫn tín hiệu khác nhau để bắt đầu phản hồi thích hợp (3).

Về vấn đề trí tuệ, trong một nghiên cứu, vi sinh vật thể hiện hành vi trí tuệ, có ý thức và dạng ý thức này có thể đã xuất hiện từ một cơ chế trung gian lượng tử như các vi ống trong tế bào. Các nhà khoa học đã sử dụng hệ thống Mô hình Chủ thể-Đối tượng (subject-object model - SOM) để đánh giá hành vi ý thức trong các hệ thống tế bào nguyên thủy được tìm thấy trong "vương quốc" vi sinh vật của vi khuẩn cổ, vi khuẩn và sinh vật nhân chuẩn (4).

Trong thời đại hiện nay, một số loài vi sinh vật dù không có não và hệ thống thần kinh nhưng vẫn có thể ra quyết định, điển hình là loại nấm nhầy (slime mold) tên "The Blob" có khả năng học tập, dù không có hệ thần kinh. Trong một nghiên cứu, các nhà khoa học đã đặt chất nhầy trên bản đồ Nhật Bản với các mảnh yến mạch trên các thành phố lớn. The Blob đã định vị một cách chiến lược để lấy thức ăn một cách hiệu quả. Khi hoàn thành, mô hình trông gần giống với Hệ thống Đường sắt Tokyo.

Nói cách khác, nấm nhầy The Blob đã thành công tạo ra một mê cung (5)

Thí nghiệm tương tự trên The Blob cũng đã được thực hiện ở một số quốc gia khác. Kay và Anthony Mattacchione, sinh viên kiến ​​trúc, đã tạo ra một mô hình máy tính mô phỏng cách thức nấm mốc xây dựng mạng lưới của chúng.

Để kiểm tra mô hình nấm mốc ảo, nhóm đã lập trình tạo ra hai mạng mẫu bắt nguồn từ các tình huống trong thế giới thực, như các quầy thức uống đồ ăn tại một công viên giải trí địa phương và 17 ga tàu điện ngầm chính ở Toronto. Mô hình đã tạo ra một mạng di chuyển nhanh, linh hoạt và ít bị gián đoạn hơn thực tế (5).

Nấm nhầy sử dụng các ống trong huyết tương tế bào để cảm nhận kích thích trong môi trường của nó (như là hấp thụ hóa chất, ánh sáng và độ ẩm) và hành động tương ứng.

Audrey Dussutour, nhà nghiên cứu tại Trung tâm Sinh học Tích Hợp Toulouse, chia sẻ: "Khi nấm nhầy được đặt trong một môi trường mới, nó sẽ lan ra mọi hướng, đánh giá môi trường. Nếu nó tìm thấy thứ nó thích, nó sẽ củng cố lộ trình. Nếu nó tìm thấy thứ gì đó mà nó không thích, nó sẽ rút lại. Chúng ghi nhớ, dự đoán và quyết định" (6).

Có thể thấy, phát hiện của các nhà khoa học đã chứng minh được rằng cơ thể người là một hệ thống lớn, với các hệ thống nội bộ cũng liên kết với nhau, dựa vào nhau để duy trì sự sống. Chính từ cơ chế "bắt tay" làm việc cùng nhau, cơ thể con người giữ được sự ổn định và cân bằng nhằm duy trì cuộc sống (7).