Singapore mở trung tâm tế bào gốc nghiên cứu bệnh tim ở người châu Á và phát triển phương pháp điều trị phù hợp

Mẫu máu 5 ml mở ra góc nhìn mới về bệnh tim

Singapore đã mở trung tâm đầu tiên chuyên nghiên cứu tế bào gốc về bệnh tim ở người châu Á, kế thừa thư viện gồm hơn 40 mô hình bệnh được tạo từ tế bào của bệnh nhân tại Trung tâm Tim mạch Quốc gia Singapore (NHCS). Mục tiêu là tìm hiểu vì sao bệnh tim ảnh hưởng đến bệnh nhân châu Á khác với các nhóm khác và tìm ra phương pháp điều trị phù hợp hơn với đặc điểm sinh học của họ.

Trung tâm Nghiên cứu và Ứng dụng Tế bào Người Tích hợp (CIPHER) được Quốc vụ khanh cấp cao phụ trách Y tế Tan Kiat How khai trương ngày 16 tháng 10, tại đêm gala Heart to Heart lần thứ sáu của NHCS ở khách sạn The Ritz-Carlton Millenia Singapore. Các nhà nghiên cứu có thể bắt đầu chỉ với 5 ml máu, tái lập trình tế bào từ mẫu máu đó thành tế bào gốc, rồi nuôi cấy thành tế bào cơ tim co bóp để nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.

Phó giám đốc CIPHER Chrishan Ramachandra, đồng thời là nghiên cứu viên chính tại Viện Nghiên cứu Tim mạch Quốc gia Singapore (NHRIS) và NHCS, cho biết bệnh nhân châu Á mắc bệnh tim sớm hơn, có biểu hiện bệnh khác biệt và thường có kết quả điều trị kém hơn bệnh nhân phương Tây. Tuy nhiên, phần lớn nghiên cứu làm cơ sở cho các phương pháp điều trị lại dựa vào động vật và đặc điểm sinh học của người phương Tây.

Trung tâm kết hợp nhiều hướng nghiên cứu: các mô hình mang đặc điểm bệnh của từng bệnh nhân, thử nghiệm thuốc trên tế bào người và một buồng tim thu nhỏ được thiết kế để tái hiện một số đặc điểm của tình trạng suy tim. Cùng với lễ khai trương, một khoản tài trợ riêng trị giá 2,5 triệu USD đã lập chức danh giáo sư nhằm hỗ trợ nghiên cứu phẫu thuật tim và lồng ngực cũng như đào tạo các thế hệ lãnh đạo phẫu thuật tương lai.

Vì sao cần nghiên cứu đặc điểm sinh học của bệnh nhân châu Á?

Các cộng đồng người Hoa, Mã Lai và Ấn Độ tại Singapore tạo cơ hội để giới nghiên cứu khảo sát bệnh tim mạch ở nhiều nhóm dân cư châu Á khác nhau. Giám đốc CIPHER Derek Hausenloy cho biết sự đa dạng này giúp trung tâm nghiên cứu cách bệnh biểu hiện ở từng nhóm sắc tộc cụ thể, thay vì xem bệnh nhân châu Á như một nhóm sinh học đồng nhất.

Các nhà nghiên cứu muốn xác định những quá trình gây ra các khác biệt đó. Mô hình bệnh có thể giúp họ khảo sát hoạt động của tế bào tim, cách tế bào sử dụng năng lượng và phản ứng với thuốc. Những quan sát này có thể chỉ ra đích điều trị, tức một quá trình sinh học mà thuốc có thể tác động.

Nhu cầu là rất lớn. Số liệu được nêu tại lễ khai trương cho biết bệnh tim và đột quỵ gây khoảng 23 ca tử vong mỗi ngày ở Singapore; bệnh tim mạch chiếm một trong ba ca tử vong trong năm 2025. CIPHER có nhiệm vụ chuyển hiểu biết chi tiết hơn về đặc điểm sinh học của bệnh nhân thành những lựa chọn hữu ích cho việc chăm sóc họ.

Từ tế bào máu thành tế bào tim co bóp

Các nhà nghiên cứu dùng một quy trình gọi là tái lập trình để chuyển tế bào đã biệt hóa thành tế bào gốc đa năng cảm ứng. Sau đó, những tế bào gốc này có thể được hướng dẫn phát triển thành các loại tế bào khác, trong đó có tế bào cơ tim. Nói đơn giản, các nhà khoa học đặt lại danh tính của tế bào rồi hướng tế bào đảm nhiệm một chức năng khác.

Do đó, mẫu máu cho phép nghiên cứu bệnh tim của bệnh nhân mà không cần lấy một mảnh mô tim. Các tế bào được tạo ra vẫn giữ nền tảng di truyền của bệnh nhân và có thể tái hiện những đặc điểm bệnh của họ trong phòng thí nghiệm.

Ramachandra mô tả giá trị của phương pháp này:

"Khi chúng tôi nuôi tế bào cơ tim từ chính máu của bệnh nhân và quan sát nó đập trong đĩa nuôi cấy, mang theo căn bệnh của bệnh nhân đó, chúng tôi đang quan sát điều mà không mô hình động vật nào có thể tái hiện", Chrishan nói.

Việc chuyển sang dùng mẫu máu cũng giúp bệnh nhân dễ lấy mẫu hơn. Tháng 12 năm 2023, Ramachandra cho biết nhóm đã ngừng lấy mẫu da vì thủ thuật này xâm lấn và có thể để lại sẹo nhỏ. Thay vào đó, máu có thể được lấy khi bệnh nhân đến khám định kỳ.

Thư viện ban đầu gồm hơn 40 mô hình

NHCS đã phát triển hơn 40 mô hình có nguồn gốc từ bệnh nhân, tạo nền tảng cho chương trình nghiên cứu của CIPHER. Các mô hình này bao gồm những bệnh như suy tim, rối loạn gây loạn nhịp và bệnh cơ tim.

Suy tim là tình trạng tim không thể cung cấp máu hiệu quả như nhu cầu của cơ thể. Bệnh cơ tim là bệnh lý ở cơ tim, khiến cơ tim có thể bị giãn, dày lên hoặc trở nên cứng. Những thay đổi này có thể gây khó khăn cho hoạt động bơm máu.

Các bệnh loạn nhịp di truyền mà nhóm nghiên cứu mô tả khiến tế bào cơ tim mất khả năng liên kết chặt chẽ và dần bị thay thế bằng mô sẹo và mô mỡ. Những thay đổi này có thể cản trở các tín hiệu điện giúp nhịp tim duy trì sự phối hợp.

Thư viện gồm nhiều bệnh lý khác nhau đem lại cho các nhà khoa học nhiều hướng khảo sát. Họ có thể nghiên cứu những bất thường trong tế bào, so sánh phản ứng với các phương pháp điều trị tiềm năng và tìm những đặc điểm sinh học liên quan đến khả năng đáp ứng tốt hơn.

Thử nghiệm thuốc trước khi bệnh nhân sử dụng

Hausenloy cho biết các nền tảng tế bào của CIPHER có thể được dùng để thử nghiệm thuốc và nghiên cứu tác động của thuốc đến chức năng tim cũng như quá trình trao đổi chất, tức các phản ứng hóa học giúp tế bào thu nhận và sử dụng năng lượng. Mục tiêu là xác định phương pháp điều trị chính xác hơn, trong đó có việc tìm ra nhóm bệnh nhân có thể hưởng lợi.

Một loại thuốc có thể giúp ích cho bệnh nhân này nhưng lại kém hiệu quả với người khác. Thử thuốc trên tế bào nuôi từ mẫu của bệnh nhân có thể giúp các nhà nghiên cứu tìm hiểu sự khác biệt đó trước khi để người bệnh dùng một loại thuốc không hiệu quả hoặc gây tác dụng không mong muốn.

Trong bối cảnh này, điều trị cá thể hóa có nghĩa là lựa chọn phương pháp chăm sóc phù hợp hơn với đặc điểm sinh học của từng người. Nghiên cứu tương tự cũng có thể mang lại lợi ích rộng hơn: phát hiện một cơ chế bệnh chung ở nhiều bệnh nhân có thể mở đường cho phương pháp điều trị hữu ích với nhóm người đông hơn.

Thông báo khai trương không nêu thời điểm các mô hình của CIPHER sẽ được dùng để định hướng kê đơn thường quy hoặc tạo ra một phương pháp điều trị mới được phê duyệt. Trước mắt, công việc tập trung vào tìm hiểu bệnh và thử nghiệm các liệu pháp tiềm năng.

Mô hình Tim người trong lọ mang lại điều gì?

CIPHER cũng đang hợp tác với công ty dược phẩm sinh học giai đoạn lâm sàng Medera Inc. về mô hình Tim người trong lọ, một buồng tâm thất người được thiết kế bằng kỹ thuật sinh học, có kích thước khoảng bằng đầu ngón tay. Tâm thất là một trong những buồng bơm máu chính của tim. Mô hình thu nhỏ được thiết kế để tái hiện một số đặc điểm của bệnh tim.

Nghiên cứu trước đó, được mô tả vào tháng 12 năm 2023, có sự tham gia của NHCS và công ty công nghệ sinh học tế bào gốc Novoheart. Dự án tập trung tạo ra các mô hình thu nhỏ từ bệnh nhân châu Á mắc suy tim, sử dụng tế bào nuôi từ máu của họ.

Quy trình tạo mô hình bổ sung một cấu trúc vật lý bao quanh tế bào. Các nhà nghiên cứu đặt tế bào trong gel chứa collagen và vật liệu hỗ trợ, sau đó tạo hình hỗn hợp quanh một khuôn. Khi tế bào hình thành mô và khuôn được lấy ra, một buồng rỗng còn lại, có thể co bóp và bơm máu.

Buồng tim này giúp các nhà nghiên cứu thu thập những phép đo vượt ra ngoài hoạt động co bóp của từng tế bào trong đĩa nuôi cấy. Họ có thể khảo sát sự co bóp, giãn ra và áp lực, những đặc điểm gắn trực tiếp với chức năng bơm máu đi khắp cơ thể của tim. Tại lễ khai trương CIPHER, mô hình thu nhỏ này được giới thiệu là mô hình đầu tiên ở châu Á.

Tập trung vào tình trạng tim khó đổ đầy máu

Dự án được mô tả vào tháng 12 năm 2023 tập trung vào suy tim với phân suất tống máu bảo tồn, tình trạng được cho là chiếm một nửa số ca suy tim. Phân suất tống máu đo tỷ lệ máu được tâm thất bơm ra trong mỗi nhịp đập.

Ở dạng suy tim này, tỷ lệ đó có thể vẫn trong giới hạn bình thường, trong khi cơ tim quá cứng để thư giãn và đổ đầy máu đúng cách. Vì vậy, tim có thể co bóp tương đối tốt nhưng vẫn bơm không đủ máu để đáp ứng nhu cầu của cơ thể.

Buồng tim thu nhỏ có thể co bóp và thư giãn tạo cơ hội nghiên cứu vấn đề này. Các nhà nghiên cứu hy vọng những phép đo áp lực và các quan sát khác sẽ giúp họ tái hiện bệnh chính xác hơn và xác định các loại thuốc tiềm năng.

NHCS nhận khoản tài trợ 5 triệu USD từ Quỹ Hợp tác Công nghiệp – Dự án Hợp tác Công nghiệp của Cơ quan Khoa học, Công nghệ và Nghiên cứu để phát hiện thuốc điều trị cho bệnh nhân châu Á mắc suy tim. Bài viết tháng 12 năm 2023 cũng cho biết suy tim chiếm 17% số ca nhập viện tim mạch tại các bệnh viện công, cho thấy quy mô nhu cầu lâm sàng.

Nghiên cứu bắt đầu từ năm 2009

CIPHER kế thừa những nghiên cứu đã bắt đầu từ lâu trước khi trung tâm mới mở cửa. Trong thông báo nghiên cứu năm 2011, công bố ngày 15 tháng 9, NHCS ghi nhận việc tạo ra các tế bào cơ tim co bóp từ da bệnh nhân bằng phương pháp không sử dụng virus để tạo tế bào gốc đa năng cảm ứng.

Dự án bắt đầu từ năm 2009. Nhóm nghiên cứu gồm 15 thành viên, trong đó có ba bác sĩ kiêm nhà khoa học và năm nhà khoa học nghiên cứu; nhóm được Quỹ Nghiên cứu Quốc gia tài trợ gần 9 triệu USD trong năm năm. NHCS xác định mô hình hóa bệnh và thử thuốc cá thể hóa là những ứng dụng tiềm năng.

• 2009: Nhóm NHCS bắt đầu dự án tế bào gốc, sau này được mô tả trong thông báo chính thức.
• Ngày 15 tháng 9 năm 2011: NHCS thông báo đã tạo ra tế bào tim co bóp từ da bệnh nhân.
• Ngày 4 tháng 12 năm 2023: Dự án tim thu nhỏ được giới thiệu, tập trung vào bệnh nhân châu Á và suy tim với phân suất tống máu bảo tồn.
• Ngày 16 tháng 10: CIPHER khai trương với nền tảng nghiên cứu gồm hơn 40 mô hình có nguồn gốc từ bệnh nhân.

Thông báo năm 2011 ước tính Singapore có khoảng 5.000 ca nhập viện vì suy tim mỗi năm, trong đó NHCS điều trị khoảng 1.000 ca. Những số liệu lịch sử này giúp lý giải vì sao các nhà nghiên cứu tìm cách khảo sát cơ tim bị tổn thương và phản ứng riêng của từng người với thuốc.

Khoản tài trợ 2,5 triệu USD hỗ trợ nghiên cứu phẫu thuật

Trung tâm Y học Hàn lâm SingHealth Duke-NUS cũng công bố chức danh Giáo sư Phẫu thuật Tim và Lồng ngực Tong Ming Chuan tại lễ khai trương. Chức danh được tài trợ bằng khoản đóng góp 2,5 triệu USD của ông Tong và sẽ do Trường Y Duke-NUS trao trong khuôn khổ Chương trình Hàn lâm Lâm sàng Khoa học Tim mạch.

Tong, bác sĩ phẫu thuật tim, lồng ngực và mạch máu hành nghề tư nhân tại Mount Elizabeth Medical Centre, đồng thời là bác sĩ tư vấn thỉnh giảng tại NHCS, đã góp phần tiên phong trong các thủ thuật tim mạch khi làm việc tại Bệnh viện Đa khoa Singapore từ năm 1981 đến 1992. Ông tham gia ca ghép tim đầu tiên của Singapore năm 1990 và là thành viên nhóm thực hiện ca ghép phổi đầu tiên của nước này năm 2000.

Chức danh giáo sư nhằm hỗ trợ nghiên cứu phẫu thuật, nâng cao chất lượng lâm sàng và đào tạo các thế hệ lãnh đạo phẫu thuật tương lai. Tổng giám đốc NHCS Yeo Khung Keong mô tả chức danh này và CIPHER là hai cam kết bổ trợ cho nhau: một bên đặt nghiên cứu khoa học trên nền tảng sinh học của bệnh nhân, bên kia đào tạo bác sĩ phẫu thuật có thể đưa những tiến bộ vào thực tiễn chăm sóc.

Tan Kiat How, Quốc vụ khanh cấp cao phụ trách Y tế, người khai trương CIPHER, đặt công trình nghiên cứu trong bối cảnh Singapore chú trọng hơn đến phòng bệnh, can thiệp sớm và giúp người dân duy trì sức khỏe, sống tự lập. Ông nêu rõ cách đánh giá đổi mới:

Đổi mới có thể hỗ trợ sự chuyển dịch này, nhưng giá trị của nó không được đo bằng mức độ tinh vi của công nghệ. Giá trị được đo bằng những thay đổi mà công nghệ mang lại cho bệnh nhân.

Điểm chính

• CIPHER khai trương ngày 16 tháng 10 để nghiên cứu bệnh tim mạch ở người châu Á bằng mô hình tế bào gốc người.
• Các nhà nghiên cứu có thể dùng mẫu máu 5 ml để tạo tế bào gốc, rồi tạo tế bào cơ tim co bóp.
• Hơn 40 mô hình có nguồn gốc từ bệnh nhân của NHCS tạo nền tảng nghiên cứu cho trung tâm.
• Buồng tim thu nhỏ giúp các nhà nghiên cứu khảo sát hoạt động bơm máu, sự thư giãn và áp lực, đồng thời thử nghiệm các phương pháp điều trị tiềm năng.
• NHCS đã ghi nhận nghiên cứu trước đó về việc tạo tế bào tim co bóp từ da trong thông báo tháng 9 năm 2011.
• Một khoản tài trợ riêng 2,5 triệu USD đã lập chức danh Giáo sư Phẫu thuật Tim và Lồng ngực Tong Ming Chuan.