Tại sao con người không thể mọc lại chân tay như kỳ giông?

Khả năng tái tạo này không chỉ xuất hiện trong phim siêu anh hùng mà thực sự tồn tại ở một số loài động vật.

Các loài kỳ giông, đặc biệt là axolotl (kỳ giông Mexico), nổi tiếng với khả năng tái tạo các bộ phận cơ thể. Khi mất một chi, chúng có thể mọc lại phần đã mất, bao gồm xương, cơ, dây thần kinh, mạch máu và da.

Một số loài cá cũng có khả năng đáng chú ý tương tự. Cá ngựa vằn, loài cá nhỏ thường được sử dụng trong nghiên cứu sinh học, có thể tái tạo vây sau tổn thương. Chúng còn có khả năng phục hồi mô tim và một số vùng của não sau khi bị tổn thương.

Tại sao những động vật này có thể tái tạo các bộ phận phức tạp, trong khi con người chủ yếu chỉ có thể làm lành vết thương?

Cơ chế tái tạo hoạt động như thế nào?

Khi con người bị thương nặng, chẳng hạn mất một bàn tay, cơ thể nhanh chóng kích hoạt quá trình đông máu, khép kín vết thương và ngăn ngừa nhiễm trùng. Tuy nhiên, cơ thể không thể tự mọc lại bàn tay đã mất. Thay vào đó, mô bị tổn thương được sửa chữa, thường để lại sẹo.

Ở những loài có khả năng tái tạo cao, quá trình phục hồi không dừng lại ở việc đóng kín vết thương. Cơ thể còn kích hoạt một chuỗi tín hiệu sinh học, thúc đẩy các tế bào tại vị trí tổn thương và vùng lân cận tham gia xây dựng mô mới.

Một số tế bào thay đổi hoạt động, gửi tín hiệu hóa học để điều phối các tế bào khác. Những tế bào này sau đó tăng sinh, di chuyển và biệt hóa thành các loại tế bào cần thiết để tái tạo bộ phận đã mất.

Ở kỳ giông và cá ngựa vằn, một bước quan trọng là sự hình thành cấu trúc gọi là mầm tái tạo (blastema). Cấu trúc này tập hợp các tế bào có khả năng tăng sinh và phát triển thành những mô cần thiết cho bộ phận mới.

Có thể hình dung mầm tái tạo như một công trường xây dựng, nơi các tế bào được huy động để tạo ra những thành phần còn thiếu của cơ thể.

Tuy nhiên, các tế bào tại đây không hoàn toàn trở về trạng thái ban đầu. Nhiều tế bào trưởng thành được tái lập trình một phần, lấy lại khả năng phát triển và phản ứng với tín hiệu điều khiển quá trình tái tạo.

Quá trình này đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa các tế bào, tín hiệu phân tử và hệ thần kinh. Nếu những tín hiệu cần thiết không được kích hoạt đúng cách, mầm tái tạo có thể không hình thành hoặc không phát triển bình thường.

Một chi mới cũng phải có đúng hình dạng, kích thước và cấu trúc. Các tế bào cần nhận biết vị trí của mình để phát triển thành xương, cơ, mạch máu hay dây thần kinh phù hợp.

Đồng thời, cơ thể phải kiểm soát tốc độ tăng sinh và xác định thời điểm dừng lại. Nếu tế bào phát triển mất kiểm soát, mô mới có thể hình thành sai cấu trúc. Sự tăng sinh tế bào bất thường cũng có thể liên quan đến nguy cơ hình thành khối u, dù quá trình tái tạo và ung thư không đồng nhất với nhau.

Các dây thần kinh đóng vai trò quan trọng trong việc tái tạo chi ở kỳ giông. Tín hiệu từ thần kinh phối hợp với mô bao phủ vết thương và các tế bào tại vị trí tổn thương để thúc đẩy hình thành mầm tái tạo. Trong những thí nghiệm trên kỳ giông, việc chuyển hướng dây thần kinh đến vị trí tổn thương có thể kích thích hình thành một chi phụ trong những điều kiện nhất định.

Sự đánh đổi trong khả năng tái tạo

Nếu một số động vật có thể mọc lại chi, tại sao con người không làm được điều tương tự?

Thực tế, cơ thể người vẫn có khả năng tái tạo ở nhiều mức độ. Da liên tục thay mới tế bào, máu được bổ sung các tế bào mới và gan có thể phục hồi đáng kể khối lượng sau khi một phần bị cắt bỏ.

Tuy nhiên, quá trình phục hồi của gan chủ yếu diễn ra bằng cách phần mô còn lại tăng trưởng để bù đắp phần đã mất, chứ không tái tạo nguyên vẹn các thùy gan bị cắt bỏ.

Ở trẻ nhỏ, một số trường hợp mất phần đầu ngón tay cũng có thể phục hồi mà không cần can thiệp tái tạo phức tạp, nếu tổn thương đáp ứng những điều kiện nhất định. Khả năng này bị giới hạn bởi vị trí và mức độ tổn thương, không đồng nghĩa con người có thể mọc lại toàn bộ ngón tay hay một chi.

Các nhà khoa học vẫn đang tìm hiểu vì sao khả năng tái tạo khác biệt đáng kể giữa các loài. Một phần câu trả lời có thể nằm ở cách tế bào phản ứng với tổn thương, cách hệ miễn dịch điều phối quá trình phục hồi và khả năng kích hoạt các chương trình phát triển vốn hoạt động trong giai đoạn phôi thai.

Nghiên cứu trên cá ngựa vằn cho thấy khả năng tái tạo không giống nhau ở mọi bộ phận cơ thể, thậm chí có thể thay đổi theo giới tính và giai đoạn trưởng thành.

Cụ thể, cá ngựa vằn đực trưởng thành có thể gặp hạn chế trong quá trình tái tạo vây ngực. Các nghiên cứu cho thấy hormone androgen và những tín hiệu liên quan đến các cấu trúc sinh sản trên vây có thể ức chế sự tăng sinh của tế bào tại mầm tái tạo.

Phát hiện này cho thấy khả năng tái tạo không chỉ phụ thuộc vào việc một loài có các tế bào cần thiết hay không, mà còn chịu ảnh hưởng của hệ thống tín hiệu sinh học điều khiển quá trình phát triển. Những đặc điểm giúp động vật thích nghi với môi trường hoặc phục vụ sinh sản đôi khi có thể đi kèm những thay đổi trong khả năng tái tạo.

Tuy nhiên, chưa có bằng chứng cho thấy đây là lời giải duy nhất cho việc con người không thể mọc lại chân tay. Sự khác biệt giữa con người và các loài tái tạo tốt có thể liên quan đến nhiều cơ chế cùng lúc, và giới khoa học vẫn đang tiếp tục nghiên cứu.

Khai thác khả năng tái tạo để chữa lành

Các nhà khoa học đang nghiên cứu những loài động vật có khả năng tái tạo cao nhằm tìm hiểu cách chúng điều phối quá trình phục hồi mô.

Những câu hỏi quan trọng bao gồm: Tín hiệu nào khiến tế bào trưởng thành thay đổi trạng thái? Làm thế nào tế bào xác định bộ phận cần tái tạo và vị trí của từng mô? Cơ thể kiểm soát quá trình tăng sinh ra sao để mô mới hình thành đúng cấu trúc và dừng phát triển vào thời điểm thích hợp?

Một hướng nghiên cứu là xác định những cơ chế sinh học có ở cả động vật tái tạo tốt và con người, nhưng hoạt động khác nhau sau chấn thương. Từ đó, các nhà khoa học có thể tìm cách kích hoạt hoặc điều chỉnh những cơ chế này để cải thiện khả năng phục hồi mô ở người.

Tuy nhiên, tái tạo toàn bộ một chi phức tạp hơn nhiều so với chữa lành một vết thương hay phục hồi một loại mô riêng lẻ. Quá trình này đòi hỏi sự phối hợp chính xác giữa xương, cơ, mạch máu, dây thần kinh và nhiều cấu trúc khác.

Hiện nay, khả năng giúp con người mọc lại toàn bộ cánh tay hoặc chân vẫn là mục tiêu nghiên cứu trong tương lai, chưa phải phương pháp điều trị có thể áp dụng trong thực tế.

Dù vậy, việc giải mã cơ chế tái tạo ở kỳ giông và cá ngựa vằn có thể cung cấp những kiến thức quan trọng, góp phần phát triển các phương pháp sửa chữa mô và phục hồi chức năng cho người bị chấn thương.