In sinh học i3D với vị trí, hình học và độ cứng được xác định chính xác. (Ảnh: Nature Materials (2024).
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Materials với sự hợp tác của Đại học Padua và Viện Y học Phân tử Veneto (VIMM), Mỹ, sử dụng công nghệ sinh học tiên tiến để đo lực cơ học tác động lên phôi trong quá trình phát triển.
Những lực này đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành các cơ quan và hệ thống giải phẫu, chẳng hạn như sự hình thành ống thần kinh, tạo nên hệ thần kinh trung ương.
Dị tật tủy sống bẩm sinh ảnh hưởng đến khoảng một trong 2.000 trẻ sơ sinh ở châu Âu mỗi năm.
Mặc dù những dị tật này đã được nghiên cứu trong nhiều thập kỷ, nhưng chúng vẫn chưa thể được giải thích đầy đủ chỉ thông qua các nghiên cứu phân tử và di truyền .
Do đó, các nhà nghiên cứu hiện đang xem xét các lực vật lý và cơ học trong các mô trong quá trình phát triển phôi. Tuy nhiên, điều này có thể là thách thức vì tủy sống phôi rất nhỏ - quá nhỏ để có thể nhìn thấy bằng mắt thường - và cực kỳ mỏng manh. Do đó, các thiết bị đo lực cần phải nhỏ và mềm tương tự để tránh làm gián đoạn sự phát triển bình thường.
Để khắc phục những khó khăn này, các nhà nghiên cứu đã in 3D các cảm biến lực cực nhỏ (rộng khoảng 0,1mm) trực tiếp bên trong hệ thần kinh đang phát triển của phôi gà.
In 3D các cảm biến lực cực nhỏ
Các cảm biến lực này bắt đầu như một chất lỏng được áp dụng trực tiếp vào phôi đang phát triển. Khi tiếp xúc với tia laser mạnh, chất lỏng biến đổi thành một chất rắn giống như lò xo. Chất rắn này bám vào tủy sống đang phát triển của phôi và bị biến dạng bởi các lực cơ học do các tế bào của phôi tạo ra.
Điều này cho phép họ đo được lực nhỏ - khoảng một phần mười trọng lượng của lông mi người - mà phôi thai phải tạo ra để hình thành tủy sống.
Để phôi thai phát triển bình thường, những lực này phải lớn hơn những lực tiêu cực đối nghịch.
Việc định lượng các lực sẽ cho phép các nhà nghiên cứu khám phá các loại thuốc có khả năng tăng lực dương hoặc giảm lực âm một cách đáng kể, nhằm giúp ngăn ngừa dị tật bẩm sinh như tật nứt đốt sống.
Những loại thuốc như vậy cũng có thể bổ sung lợi ích của việc bổ sung axit folic - một chiến lược đã được khẳng định để ngăn ngừa các vấn đề về phát triển trước và trong khi mang thai.
Tác giả chính, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ Marie Sklowdowska Curie, Tiến sĩ Eirini Maniou (Viện Sức khỏe Trẻ em Great Ormond Street của UCL và Đại học Padua), cho biết: "Nhờ sử dụng vật liệu sinh học mới và kính hiển vi tiên tiến, nghiên cứu này hứa hẹn sẽ tạo ra bước đột phá trong lĩnh vực cơ học phôi thai và đặt nền tảng cho sự hiểu biết thống nhất về quá trình phát triển. Nghiên cứu của chúng tôi mở đường cho việc xác định các chiến lược phòng ngừa và điều trị mới cho các dị tật hệ thần kinh trung ương".
Đồng tác giả chính, Giáo sư Nicola Elvassore (Đại học Padua và VIMM), cho biết thêm: "Khám phá này không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các lực cơ học tác động trong quá trình phát triển phôi thai mà còn đưa ra góc nhìn mới để can thiệp và ngăn ngừa các tình trạng như tật nứt đốt sống.