Nhóm Tsinghua tạo mô hình phôi chuột có mô tim co bóp từ tế bào gốc cảm ứng bằng hóa chất

Tế bào được tái lập trình bằng hóa chất phát triển thành mô hình phôi có tổ chức

Nhóm nghiên cứu Đại học Tsinghua do nhà nghiên cứu tế bào gốc Ding Sheng dẫn đầu đã tạo ra các mô hình phôi chuột từ tế bào gốc cảm ứng bằng hóa chất, tạo được tế bào máu, mạch máu đang phát triển, các dòng tế bào sinh sản giai đoạn sớm và mô tim có khả năng co bóp nhịp nhàng. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature ngày 14 tháng 10 năm 2026, theo dõi quá trình phát triển từ các giai đoạn trước khi làm tổ đến khi bắt đầu hình thành cơ quan, hoàn toàn bên ngoài tử cung.

Các mô hình này có nhiều điểm tương đồng với phôi chuột tự nhiên ở ngày phôi thứ 8,5, gọi là E8.5. Theo nghiên cứu trên Nature có tiêu đề Mô hình hóa quá trình phát triển phôi chuột từ tế bào gốc toàn năng cảm ứng bằng hóa chất, sau thời gian nuôi cấy kéo dài, mô tim có chức năng của chúng trở nên rất giống mô tim ở phôi tự nhiên giai đoạn E10.5.

Ding, hiệu trưởng sáng lập Trường Khoa học Dược phẩm thuộc Đại học Tsinghua, cùng các đồng nghiệp bắt đầu với một loại tế bào được cảm ứng bằng hóa chất, thay vì tinh trùng và trứng. Trong điều kiện nuôi cấy thích hợp, các tế bào này tự tổ chức thành cấu trúc gồm cả mô của cơ thể đang phát triển lẫn các mô hỗ trợ thường hình thành bên ngoài phôi.

Thành tựu cốt lõi là tính liên tục: cùng một quần thể tế bào ban đầu tạo ra các giai đoạn phát triển sớm nối tiếp nhau, thay vì chỉ tạo những mảnh mô riêng lẻ. Chưa có con chuột hoàn chỉnh nào được tạo ra. Công trình thiết lập một hệ thống thực nghiệm để tìm hiểu quá trình phát triển sớm diễn ra như thế nào và có thể gặp trục trặc ở đâu.

Tái lập trình bằng hóa chất làm thay đổi điều gì

Các tế bào ban đầu được gọi là tế bào gốc toàn năng cảm ứng bằng hóa chất, viết tắt là ciTotiSC. Tính toàn năng mô tả khả năng tạo ra cả các loại tế bào của cơ thể lẫn những mô hỗ trợ cần thiết cho quá trình phát triển, bao gồm các mô góp phần hình thành nhau thai. Ở chuột, trứng đã thụ tinh và các tế bào của phôi ở giai đoạn sớm nhất có tiềm năng phát triển đặc biệt rộng này.

Tế bào gốc đa năng có phạm vi hẹp hơn: chúng có thể tạo ra nhiều loại tế bào của cơ thể, còn tính toàn năng mở rộng sang các dòng tế bào hỗ trợ bên ngoài phôi. Nhóm của Ding dùng hóa chất để đưa tế bào gốc đa năng của chuột về trạng thái sớm hơn đó. Bài báo mới nhất mô tả các tế bào ban đầu của họ là có đặc tính tương tự tế bào toàn năng.

Vì vậy, quy trình thực nghiệm gồm nhiều bước. Các nhà nghiên cứu tạo lập một quần thể tế bào gốc phù hợp, dùng hóa chất làm thay đổi trạng thái của tế bào, rồi cung cấp điều kiện để tế bào bắt đầu phát triển có tổ chức. Những thí nghiệm nền tảng trước đó sử dụng tế bào gốc đa năng của chuột làm nguyên liệu ban đầu trực tiếp.

Cụm từ một loại tế bào cũng là điểm then chốt của kết quả. Nhiều mô hình phôi cần kết hợp một số quần thể tế bào đã chuyên hóa. Trong nghiên cứu này, một loại tế bào được cảm ứng duy nhất cung cấp các dòng tế bào khác nhau cần thiết để tạo mô hình; các tế bào dần đảm nhận những vai trò riêng biệt khi quá trình phát triển diễn ra.

Mô hình phát triển từ cụm tế bào đến các cơ quan sơ khai như thế nào

Các mô hình của Tsinghua trải qua những giai đoạn tương tự phôi dâu, một cụm tế bào nhỏ gọn ở giai đoạn sớm, và phôi nang, cấu trúc có khoang rỗng cùng các quần thể tế bào khác biệt. Các nhà nghiên cứu nhận thấy cấu trúc phôi nang của mô hình giống phôi nang tự nhiên cả về hình dạng lẫn sự phân chia tế bào thành các dòng phát triển khác nhau.

Phôi nang tự nhiên thường làm tổ trong tử cung trước khi tiếp tục phát triển. Hệ thống trong phòng thí nghiệm hỗ trợ quá trình phát triển tiếp diễn bên ngoài tử cung, giúp các nhà nghiên cứu theo dõi những quá trình vốn thường diễn ra bên trong cơ thể mẹ.

Quá trình tạo phôi vị là một cột mốc quan trọng. Ở giai đoạn này, tế bào sắp xếp lại thành ba lớp nền tảng, từ đó hình thành các mô như hệ thần kinh, cơ và ruột. Các mô hình cũng hình thành trục phôi, tức sự tổ chức không gian giúp xác định vị trí các vùng khác nhau của cơ thể.

Sau đó là quá trình hình thành tế bào máu và phát triển cơ quan giai đoạn sớm. Các tác giả mô tả trình tự phát triển trong bài báo trên Nature viết:

Các mô hình phôi (EM) tạo từ ciTotiSC, gọi là ciToti-EM, đã vượt qua thành công những cột mốc phát triển quan trọng, bao gồm quá trình tạo phôi vị, hình thành trục phôi, tạo máu và giai đoạn đầu của quá trình hình thành cơ quan; chúng có nhiều điểm tương đồng với phôi tự nhiên (NE) ở ngày phôi thứ 8,5 (E8.5).

E8.5 và E10.5 là các giai đoạn phát triển phôi chuột tự nhiên được dùng để so sánh. Mô hình phôi nói chung giống phôi E8.5, trong khi phép so sánh với E10.5 ở giai đoạn sau tập trung vào mô tim sau thời gian nuôi cấy kéo dài. Hai mốc này mô tả những khía cạnh khác nhau của thí nghiệm.

Nền tảng là hỗn hợp ba hóa chất

Nhóm của Ding đặt nền móng cho nghiên cứu này trong công trình được công bố trực tuyến lần đầu ngày 21 tháng 6 năm 2022, sau đó xuất hiện trong số tháng 5 năm 2023 của Nature, tập 617, trang 792–797. Nghiên cứu trước đó về cảm ứng bằng hóa chất đã thiết lập điều kiện để tạo ra và duy trì ciTotiSC từ tế bào gốc đa năng của chuột.

Hỗn hợp gồm TTNPB, 1-azakenpaullone và WS6, gọi chung là TAW. TTNPB là chất tương tự axit retinoic, còn WS6 ức chế một số enzyme gọi là kinase. Các phân tử nhỏ này có thể làm thay đổi tín hiệu bên trong tế bào, từ đó điều chỉnh những chương trình phát triển được kích hoạt.

Xét trên ba loại phép đo, các tế bào được cảm ứng có đặc điểm giống tế bào phôi chuột ở giai đoạn hai tế bào: hoạt động của gene, các điều chỉnh hóa học liên quan đến DNA và những phân tử tham gia vào quá trình chuyển hóa. Kết hợp lại, các phép đo này giúp các nhà nghiên cứu đánh giá trạng thái đã thay đổi của tế bào bằng nhiều cách.

Nhóm nghiên cứu cũng tiêm các tế bào vào phôi ở giai đoạn tám tế bào. Các tế bào được đưa vào đóng góp hiệu quả vào cả dòng tế bào phôi và ngoài phôi. Thí nghiệm đó kiểm tra khả năng tham gia phát triển của chúng khi ở cùng một phôi có sẵn; công trình mới nhất thì theo dõi các mô hình chỉ được tạo từ loại tế bào cảm ứng này.

Khả năng duy trì tế bào trong thời gian dài cũng là một phần thiết yếu của nghiên cứu trước đó. Nguồn tế bào ổn định giúp các nhà khoa học có thể lặp lại thí nghiệm với cùng một trạng thái ban đầu, thay vì phụ thuộc vào khoảng thời gian ngắn trạng thái đó xuất hiện tự nhiên.

Ba công bố ghi dấu tiến triển của lĩnh vực

Con đường dẫn đến kết quả mới nhất gồm nghiên cứu trước đây của nhóm Tsinghua về cảm ứng tế bào và một phương pháp hóa học khác do các nhà nghiên cứu ở những cơ sở khác phát triển. Ngày công bố giúp phân biệt các tiến bộ có cách gọi tương tự nhưng sử dụng những tế bào ban đầu khác nhau.

• Ngày 21 tháng 6 năm 2022: Nhóm của Ding công bố trực tuyến phương pháp hóa học cảm ứng và duy trì ciTotiSC. Bài báo sau đó xuất hiện trên Nature vào tháng 5 năm 2023.
• Ngày 7 tháng 8 năm 2025: Các nhà nghiên cứu thuộc Phòng thí nghiệm Quốc gia Quảng Châu, Đại học Y Quảng Châu, Đại học Phúc Đán, Đại học Westlake và một số cơ sở khác công bố trực tuyến trên Cell phương pháp sử dụng tế bào khởi nguồn phôi được cảm ứng.
• Ngày 14 tháng 10 năm 2026: Bài báo của nhóm Tsinghua trên Nature mô tả quá trình phát triển liên tục của mô hình phôi từ ciTotiSC, bao gồm hình thành cơ quan giai đoạn sớm và mô tim có chức năng.

Điểm chung là kiểm soát đặc tính tế bào bằng hóa chất. Các thí nghiệm khác nhau về trạng thái phát triển được cảm ứng, điều kiện hóa học được sử dụng và bằng chứng thu được về quá trình phát triển tiếp theo.

Một phương pháp khác cũng đạt đến giai đoạn phát triển tương tự

Nghiên cứu trên Cell năm 2025 có tiêu đề Mô hình hoàn chỉnh quá trình phát triển phôi chuột đến giai đoạn hình thành cơ quan nhờ tế bào khởi nguồn phôi được cảm ứng bằng hóa chất, đã tạo ra các tế bào giống tế bào phôi chuột ở giai đoạn 8 đến 16 tế bào. Các nhà nghiên cứu gọi chúng là tế bào khởi nguồn phôi cảm ứng, viết tắt là iEFC.

Điều kiện cảm ứng K4 của họ gồm CHIR99021, chất ức chế ALK5 E6165452 và chất chủ vận RARα AM580. Công thức này khác với hỗn hợp TAW gắn với nghiên cứu ciTotiSC của nhóm Tsinghua và nhắm đến một đặc tính phát triển sớm khác.

iEFC tạo thành các mô hình phôi nang, gọi là blastoid, với hiệu suất 95%. Trong các thí nghiệm kết hợp chúng với phôi tự nhiên, hiệu suất tạo phôi khảm có tế bào đóng góp vào cả mô phôi lẫn mô ngoài phôi được báo cáo ở mức 47% đến 73%. Phôi khảm chứa tế bào từ các quần thể ban đầu khác nhau.

Con số 95% nói về hiệu suất hình thành blastoid, còn mức 47% đến 73% nói về các thí nghiệm tạo phôi khảm. Mỗi con số đo một kết quả thực nghiệm khác nhau và cả hai đều thuộc nghiên cứu về iEFC.

Các mô hình này đạt hình dạng tương đương phôi tự nhiên ở giai đoạn E8.5–E8.75. Chúng hình thành từ sáu đến 14 cặp đốt phôi, những khối mô lặp lại tham gia tạo nên các cấu trúc như cột sống và cơ xương. Các nhà nghiên cứu cũng mô tả ống tim đang tạo vòng, các vùng não, mầm mắt, ruột, mầm đuôi và tế bào mầm nguyên thủy đang di chuyển.

Đặt cạnh kết quả của Tsinghua, công trình trên Cell cho thấy các trạng thái tế bào sớm được cảm ứng bằng hóa chất có thể hỗ trợ nhiều hướng tạo mô hình phôi có tổ chức. So sánh các hướng này có thể giúp các nhà khoa học tìm hiểu đặc tính của tế bào ban đầu ảnh hưởng ra sao đến quá trình phát triển sau đó.

Vì sao mô hỗ trợ quan trọng đối với nghiên cứu thai kỳ

Các mô hình của Tsinghua tạo ra cả mô ngoài phôi lẫn mô của cơ thể đang phát triển. Những dòng tế bào hỗ trợ này góp phần tạo môi trường cho phôi phát triển, nên là một trọng tâm lớn trong chương trình nghiên cứu của nhóm.

Ding xem hệ thống này là công cụ để tìm hiểu những bất thường ở mô ngoài phôi ảnh hưởng đến quá trình phát triển ra sao và khám phá các biện pháp can thiệp khả thi. Các nhà khoa học có thể dùng những mô hình như vậy để khảo sát cách tín hiệu giữa cơ thể đang phát triển và các mô hỗ trợ bị gián đoạn.

Nhóm nghiên cứu xác định rối loạn làm tổ và rối loạn nhau thai là những hướng ứng dụng có thể có. Mô hình gồm cả hai phía trong các tương tác này mở ra cơ hội thực nghiệm khác với việc nghiên cứu một quần thể tế bào đơn lẻ.

Giá trị thực tiễn nằm ở khả năng theo dõi một quá trình theo thời gian. Các nhà nghiên cứu có thể khảo sát một thay đổi ban đầu trong đặc tính tế bào hoặc cách tổ chức mô dẫn đến những vấn đề phát triển về sau như thế nào, qua đó liên hệ một xáo trộn ban đầu với hệ quả của nó.

Tế bào sinh sản và mạch máu gợi mở những hướng ứng dụng khác

Các tế bào mầm nguyên thủy xuất hiện trong mô hình của Tsinghua. Đây là những tiền thân sớm của dòng tế bào cuối cùng sẽ tạo ra tinh trùng hoặc trứng. Sau khi được chuyển sang một hệ thống nuôi cấy chuyên biệt, các tế bào tiền thân tiếp tục phát triển và cho thấy khả năng bước vào các giai đoạn đầu của giảm phân, quá trình phân bào giúp tế bào sinh sản mang một nửa số nhiễm sắc thể thông thường.

Các tế bào này vẫn chưa trưởng thành và khả năng sinh sản của chúng chưa được kiểm nghiệm. Ding đề xuất tìm hiểu liệu những người không có tinh trùng hoặc trứng hoạt động bình thường có thể hưởng lợi trong tương lai từ một quy trình bắt đầu bằng tế bào không sinh sản, tạo ra tế bào tiền thân sinh sản qua một giai đoạn phát triển ngắn, rồi tiếp tục bằng các quy trình khác trong phòng thí nghiệm hay không.

Hiện tại, đây mới là một hướng nghiên cứu được đề xuất. Công trình trước mắt tập trung vào sự phát triển của chuột, đặc tính tế bào và các điều kiện giúp hình thành dòng tế bào sinh sản.

Mạch máu đang phát triển và tế bào máu gợi mở một hướng ứng dụng khác: cải thiện các cơ quan dạng mô, những cấu trúc nhỏ trong phòng thí nghiệm tái tạo một số đặc điểm của cơ quan. Ding cho biết việc thiếu mạch máu bên trong là một hạn chế đối với kích thước và độ phức tạp của các cơ quan dạng mô.

Một hệ thống trong đó mô mạch máu và mô cơ quan cùng phát triển có thể giúp các nhà nghiên cứu khảo sát cách hỗ trợ những cấu trúc lớn hơn. Thí nghiệm đưa một số hệ thống mô đang phát triển vào cùng một mô hình, tạo cơ sở để nghiên cứu cách chúng phối hợp với nhau.

Thách thức trọng tâm là giúp quá trình phát triển tiếp tục

Hiệu suất duy trì phát triển của các mô hình giảm khi chúng tiến xa hơn, và một số cấu trúc vẫn khác với cấu trúc của phôi tự nhiên. Các nhà nghiên cứu chưa xác định được những hạn chế này bắt nguồn nhiều đến mức nào từ môi trường nuôi cấy, từ chính các mô hình hay từ cả hai yếu tố.

Ding cho biết trước mắt nhóm vẫn tập trung vào nghiên cứu cơ bản. Mục tiêu thực nghiệm về lâu dài là để phôi phát triển sau khi được chuyển vào tử cung và sinh ra chuột con khỏe mạnh. Để đạt mục tiêu đó, cần khắc phục tình trạng hiệu suất phát triển hiện giảm sút và hỗ trợ quá trình tăng trưởng đầy đủ, phối hợp đồng bộ hơn.

Mở rộng các phương pháp liên quan sang những loài thú khác, đặc biệt là con người, sẽ đặt ra thêm thách thức khoa học và đòi hỏi đánh giá đạo đức nghiêm ngặt hơn cùng thảo luận công khai. Vì vậy, các ứng dụng sinh sản tiềm năng cũng đi kèm câu hỏi về cách quản lý nghiên cứu này.

Thành tựu hiện tại đã giúp các nhà nghiên cứu có cái nhìn liên tục hơn về quá trình phát triển sớm của chuột: một loại tế bào được cảm ứng tạo ra mô hỗ trợ, cấu trúc phôi và một số chức năng mới xuất hiện trong cùng một trình tự phát triển. Nhiệm vụ thực nghiệm tiếp theo là tìm hiểu vì sao trình tự đó trở nên kém ổn định hơn khi tiếp diễn.

Những điểm chính

• Các nhà nghiên cứu Tsinghua tạo mô hình phôi chuột chỉ từ tế bào gốc có đặc tính giống toàn năng được cảm ứng bằng hóa chất, không cần thụ tinh.
• Bài báo trên Nature, công bố ngày 14 tháng 10 năm 2026, mô tả các mô hình giống phôi E8.5 và mô tim ở giai đoạn sau tương đương mô tim của phôi E10.5.
• Các mô hình tạo ra mô phôi và ngoài phôi, tế bào máu, mạch máu đang phát triển và tế bào mầm nguyên thủy.
• Công trình kế thừa phương pháp cảm ứng bằng hóa chất của nhóm, được công bố trực tuyến lần đầu vào tháng 6 năm 2022.
• Một nghiên cứu riêng trên Cell, công bố tháng 8 năm 2025, sử dụng tế bào khởi nguồn phôi cảm ứng và công thức hóa chất khác để đạt đến giai đoạn hình thành cơ quan sớm.
• Chưa có con chuột hoàn chỉnh nào được tạo ra. Hiệu suất phát triển của các mô hình Tsinghua giảm dần khi chúng tiến xa hơn, còn các ứng dụng sinh sản vẫn là đề xuất nghiên cứu.