Gần đây, công nghệ cấy ghép dị loại đã có những bước đột phá lớn. Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Y tế NYU Langone đã cấy ghép một quả thận lợn cho một bệnh nhân chết não đang có triệu chứng suy thận. Trong 50 giờ theo dõi tiếp theo, quả thận được ghép hoạt động tốt, không xảy ra phản ứng đào thải miễn dịch và mọi chỉ số trong cơ thể bệnh nhân đều trở lại bình thường.
Sự thành công của thí nghiệm này một lần nữa thu hút sự chú ý của công chúng đến phương pháp cấy ghép dị loại.
Cấy ghép dị chủng
Cấy ghép dị loài là việc cấy ghép mô và cơ quan từ loài này sang loài khác.
Trong nhiều nền văn minh sơ khai của loài người, đã có ý tưởng "cấy ghép" các cơ quan động vật vào người, chẳng hạn như Nhân sư (thân sư tử và khuôn mặt người) trong thần thoại Ai Cập cổ đại và Nữ Oa (thần rắn có khuôn mặt người) trong thần thoại Trung Quốc. Trong thần thoại Ấn Độ cổ đại, Thần Shiva đã vô tình cắt đứt đầu con trai mình là Ganesha. Để hồi sinh con trai mình, ông đã chặt đầu một con voi và "cấy ghép" vào cơ thể con trai mình, và đã hồi sinh thành công. Đây là thần Ganesha trong thần thoại Ấn Độ.
(Vị thần đầu voi trong thần thoại Ấn Độ. Tương truyền rằng để đền bù cho việc Chúa Shiva vô tình chặt đầu mình, ông yêu cầu tất cả các vị thần phải đáp ứng vô điều kiện mọi yêu cầu của vị thần đầu voi. Do đó, vị thần đầu voi rất có hiệu lực và có số lượng tín đồ lớn trong người dân Ấn Độ)
Từ thế kỷ 17, các nhà khoa học y khoa đã cố gắng điều trị bệnh cho bệnh nhân thông qua phương pháp cấy ghép dị loại.
Ban đầu, các bác sĩ châu Âu truyền máu động vật cho bệnh nhân để điều trị bệnh tâm thần, nhưng bệnh nhân thường tử vong trong vòng một ngày do phản ứng miễn dịch đào thải nghiêm trọng.
Năm 1893, bác sĩ người Anh Watson Williams đã cấy ghép một đoạn tụy của một con cừu cho một bệnh nhân tiểu đường đang nguy kịch. Mặc dù insulin tiết ra từ tuyến tụy của cừu có thể làm giảm các triệu chứng của bệnh nhân, nhưng bệnh nhân đã tử vong do phản ứng miễn dịch đào thải ba ngày sau đó.
Vào những năm 1920, bác sĩ người Nga Fronov đã khâu những lát tinh hoàn của khỉ vào bìu của con người để khôi phục lại tuổi trẻ. Mặc dù bệnh nhân may mắn không tử vong nhưng tinh hoàn khỉ được cấy ghép đã bị xơ hóa sau 1-2 năm.
Từ năm 1963 đến năm 1964, bác sĩ phẫu thuật ghép tạng người Mỹ, Tiến sĩ Thomas Starzer đã ghép tim khỉ đầu chó cho nhiều bệnh nhân. Những bệnh nhân này sống sót từ 19 đến 98 ngày trước khi chết vì tình trạng đào thải miễn dịch.
Đối với ghép dị loại, hiện tượng đào thải ghép luôn là một trở ngại không thể vượt qua.
Sự đào thải miễn dịch
Hệ thống miễn dịch của con người là hàng rào bảo vệ chúng ta khỏi các chất có hại từ thế giới bên ngoài. Khi các chất lạ xâm nhập vào cơ thể con người, hệ thống miễn dịch sẽ nhận diện các chất lạ có hại này và loại bỏ chúng bằng nhiều cách khác nhau. Các cơ quan cấy ghép vào cơ thể con người cũng bị hệ thống miễn dịch coi là chất lạ và có hại, vì vậy hệ thống miễn dịch sẽ cố gắng mọi cách để loại bỏ chúng.
Phản ứng thải ghép nội tạng được chia thành hai loại: phản ứng vật chủ chống ghép và phản ứng ghép chống vật chủ. Những gì chúng ta thường gọi là phản ứng đào thải miễn dịch chính là phản ứng vật chủ chống lại mô ghép, đây cũng là vấn đề phổ biến nhất trong công tác cấy ghép lâm sàng.
Khi cơ quan cấy ghép đi vào cơ thể con người, các kháng nguyên trên bề mặt tế bào của cơ quan cấy ghép sẽ được hệ thống miễn dịch của con người nhận biết. Kháng nguyên là một loại glycoprotein đặc biệt trên bề mặt tế bào, đóng vai trò là "bằng chứng nhận dạng" của tế bào. Các kháng nguyên trên bề mặt tế bào khác nhau ở mỗi người và mỗi loài. Sự khác biệt về loài càng lớn thì sự khác biệt giữa các kháng nguyên càng rõ ràng và phản ứng đào thải miễn dịch càng mạnh.
Phản ứng giữa vật chủ và mô ghép thường được chia thành ba loại, tùy thuộc vào thời điểm xảy ra tình trạng đào thải:
1. Phản ứng thải ghép siêu cấp Phản ứng thải ghép siêu cấp thường xảy ra trong vòng 24 giờ sau khi ghép. Hệ thống miễn dịch sẽ phản ứng nhanh chóng và các kháng thể có trong cơ thể sẽ tấn công cơ quan được cấy ghép, cuối cùng dẫn đến tình trạng thiếu máu cục bộ nghiêm trọng và hoại tử cơ quan được cấy ghép. Một khi tình trạng đào thải cấp tính xảy ra, sẽ không có phương pháp điều trị hiệu quả nào, cuối cùng sẽ dẫn đến thất bại trong ghép tạng.
(B) Phản ứng đào thải cấp tính Phản ứng đào thải cấp tính là loại phản ứng đào thải phổ biến nhất, thường xảy ra trong vòng vài ngày đến vài tháng sau khi ghép và tiến triển nhanh chóng. Phản ứng miễn dịch tế bào là nguyên nhân chính gây ra tình trạng đào thải ghép cấp tính, trong đó tế bào T CD4+ và tế bào TC CD8+ là các tế bào hiệu ứng chính. Hầu hết các trường hợp thải ghép cấp tính có thể được cải thiện bằng cách tăng liều thuốc ức chế miễn dịch.
(iii) Sự đào thải mãn tính. Sự đào thải mãn tính thường xảy ra sau vài tháng đến vài năm sau khi ghép tạng. Đặc điểm chính của nó là sự tăng sinh của các tế bào nội mô trong nền mao mạch của cơ quan được cấy ghép, làm hẹp lòng mạch và dần dần gây xơ hóa. Viêm miễn dịch mãn tính là nguyên nhân chính gây ra những thay đổi bệnh lý mô nêu trên. Hiện tại vẫn chưa có phương pháp điều trị lý tưởng cho tình trạng đào thải mãn tính.
Do sự khác biệt lớn giữa các loại tế bào dị loại, ghép tế bào dị loại thường thất bại ở hai giai đoạn đầu.
Ý nghĩa thực nghiệm
Lợn nhà là loài lý tưởng để hiến tặng nội tạng cho con người vì lứa đẻ của chúng lớn, tốc độ tăng trưởng nhanh và kích thước nội tạng tương tự như nội tạng của con người. Chúng có thể cung cấp cho con người nguồn cung cấp nội tạng cấy ghép "vô tận", do đó làm giảm tình trạng thiếu hụt nội tạng hiến tặng đồng loại ngày càng gia tăng. Tuy nhiên, làm thế nào để vượt qua được tình trạng đào thải miễn dịch mạnh trong quá trình cấy ghép dị loại là một khó khăn mà các nhà khoa học phải giải quyết.
(Các cơ quan mà lợn có thể cung cấp cho con người)
Có một lượng lớn kháng nguyên α-galactosidase (α-gal) hiện diện trong thận lợn. Kháng nguyên α-gal là một kháng nguyên lạ tự nhiên có nhiều ở các loài động vật có vú không phải linh trưởng (cũng có ở vượn cáo và khỉ New Century) và không có ở vượn và người. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng kháng nguyên α-gal là nguyên nhân quan trọng gây ra tình trạng đào thải cấp tính trong ghép dị loại, và các kháng thể có sẵn trong huyết tương người có thể nhận biết α-gal. α-gal được tổng hợp bởi α-1,3-galactosyltransferase (GGTA1). Năm 2002, nhà khoa học Giáo sư Dai Yifan đã tạo ra một giống lợn dị hợp tử bị loại bỏ gen GGTA1. Sau đó, các nhà khoa học đã sử dụng những con lợn dị hợp tử để phát triển lợn con đồng hợp tử với gen GGTA1 bị loại bỏ, do đó tránh được phản ứng quá cấp trong quá trình cấy ghép dị loại.
Ngoài phản ứng đào thải, lợn còn có một loại retrovirus nội sinh trong cơ thể gây tử vong cho con người. Vào năm 2017, các nhà khoa học bao gồm George Church và Luhan Yang đã giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng công nghệ di truyền để loại bỏ trình tự retrovirus nội sinh (PERV) trong bộ gen lợn và nhân bản một số lợn con bị bất hoạt bởi PERV.
Để ngăn ngừa tình trạng đào thải miễn dịch tốt hơn, các nhà khoa học cũng đưa gen của người như CD46 vào lợn.
Năm 2018, các nhà khoa học từ Đại học Munich ở Đức đã cấy ghép một quả tim lợn biến đổi gen vào một con khỉ đầu chó. Quả tim lợn được cấy ghép vào khỉ đầu chó vẫn duy trì đầy đủ chức năng và đập trong 195 ngày.
Sau nhiều năm nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, các nhà khoa học và chuyên gia y tế đã quyết định chuyển sang y học (dưới) lâm sàng.
Trong thí nghiệm này, các nhà khoa học y khoa đã sử dụng lợn biến đổi gen bị loại bỏ α-gal làm vật hiến tặng để tránh gây ra tình trạng đào thải cấp tính bởi hệ thống miễn dịch của vật chủ. Thận lợn đã hoạt động thành công trong cơ thể vật chủ trong hơn 50 giờ. Thí nghiệm đã chứng minh thành công rằng việc loại bỏ α-gal có thể tránh được tình trạng đào thải cấp tính của hệ thống miễn dịch ở người.
Tất nhiên, sự thành công của thí nghiệm này không có nghĩa là chúng ta đã hiện thực hóa được giấc mơ cấy ghép dị loại. α-gal chỉ là nguyên nhân gây ra tình trạng thải ghép siêu cấp, nhưng không phải là nguyên nhân gây ra tình trạng thải ghép cấp tính và thải ghép mạn tính. Các nhà khoa học đã chủ động kết thúc thí nghiệm 54 giờ sau ca ghép thành công và không quan sát thấy tác động lâu dài nào (tôi tin rằng những người thực nghiệm cũng biết rằng nếu không chấm dứt quan sát kịp thời, thì quả thận được ghép rất có thể sẽ bị hoại tử theo thời gian). Do đó, trên con đường đạt được mục tiêu cấy ghép dị loại, chúng ta chỉ mới tiến một bước nhỏ tới thành công và vẫn còn một chặng đường dài phía trước.
Tác giả: Bác sĩ Trương Nguyên Triều
Bài viết này được xuất bản bởi nhóm "Mọi người đều yêu khoa học" của Tencent
Xin vui lòng cho biết rằng bản in lại là từ Science Popularization China
