Niềm tin vào sự bất tử của tế bào

Trước phát hiện của Leonard Hayflick, người ta tin rằng các tế bào của động vật có xương sống có khả năng nhân lên vô hạn. Alexis Carrel, một bác sĩ phẫu thuật từng đoạt giải Nobel, đã tuyên bố rằng "tất cả các tế bào được nuôi cấy trong nuôi cấy mô là bất tử, và việc thiếu sự sao chép tế bào liên tục là do sự thiếu hiểu biết về cách nuôi cấy tế bào tốt nhất".[3] Ông tuyên bố đã nuôi cấy nguyên bào sợi từ trái tim của những con gà (thường sống từ 5 đến 10 năm) và giữ cho nền nuôi cấy phát triển trong 34 năm.[4]

Tuy nhiên, các nhà khoa học khác đã không thể tái hiện được kết quả của Carrel,[3] và họ bị nghi ngờ là do lỗi trong quy trình thử nghiệm. Để cung cấp chất dinh dưỡng cần thiết, tế bào gốc phôi của gà có thể đã được bổ sung lại vào môi trường nuôi cấy hàng ngày. Điều này sẽ dễ dàng cho phép việc nuôi cấy các tế bào mới và tươi trong môi trường, do đó không có sự tái tạo vô hạn của các tế bào ban đầu.[1] Người ta đã suy đoán rằng Carrel biết về lỗi này, nhưng ông không bao giờ thừa nhận nó.[5][6]

Thử nghiệm và khám phá

Hayflick lần đầu tiên nghi ngờ những tuyên bố của Carrel khi làm việc trong phòng thí nghiệm tại Viện Wistar. Hayflick nhận thấy rằng một trong những môi trường nuôi cấy nguyên bào sợi của người của ông đã phát triển một hình dạng khác thường, và sự phân chia tế bào đã chậm lại. Ban đầu, ông gạt phát hiện này sang một bên và coi nó là một sự bất thường do nhiễm bẩn hoặc lỗi kỹ thuật. Tuy nhiên, sau đó ông đã quan sát các môi trường nuôi cấy tế bào khác cũng có biểu hiện tương tự. Hayflick kiểm tra sổ ghi chép nghiên cứu của mình và rất ngạc nhiên khi thấy rằng các môi trường nuôi cấy tế bào không điển hình đã được nuôi cấy đến xấp xỉ lần nhân đôi thứ 40, trong khi đó các nền môi trường nuôi cấy trẻ hơn không bao giờ xảy ra những vấn đề tương tự. Hơn nữa, các điều kiện như môi trường nuôi cấy, vật chứa môi trường hay kỹ thuật viên đều là tương tự nhau giữa các môi trường nuôi cấy trẻ và già hơn mà ông quan sát. Điều này khiến ông nghi ngờ việc các kết quả trên xảy ra là do nhiễm bẩn hoặc lỗi kỹ thuật.[7]

Tiếp theo Hayflick đặt ra mục tiêu chứng minh rằng việc chấm dứt khả năng sao chép tế bào bình thường mà ông quan sát được không phải là kết quả của sự lây nhiễm virus, điều kiện nuôi cấy kém hay một số yếu tố không xác định. Hayflick đã hợp tác với Paul Moorhead để dứt khoát thực hiện thí nghiệm nhằm loại bỏ việc cho rằng những yếu tố này là yếu tố gây bệnh. Là một nhà tế bào học lành nghề, Moorhead có thể phân biệt giữa tế bào đực và cái trong nuôi cấy. Thí nghiệm được tiến hành như sau: Hayflick trộn lẫn số lượng nguyên bào sợi đực bình thường đã phân chia nhiều lần (các tế bào ở quần thể nhân đôi lần thứ 40) với các nguyên bào sợi cái đã phân chia ít lần hơn (các tế bào ở quần thể nhân đôi lần thứ 15). Quần thể tế bào không trộn lẫn được giữ làm đối chứng. Sau 20 lần môi trường nuôi cấy hỗn hợp nhân đôi, chỉ còn lại các tế bào cái. Sự phân chia tế bào đã ngừng trong các môi trường nuôi cấy đối chứng không trộn lẫn tại thời điểm dự đoán; Khi môi trường nuôi cấy đối chứng đực ngừng phân chia, chỉ còn các tế bào cái trong môi trường nuôi cấy hỗn hợp. Điều này cho thấy rằng các lỗi kỹ thuật hay virus gây nhiễm bẩn không có khả năng là lời giải thích cho việc tại sao sự phân chia tế bào lại dừng lại ở các tế bào cũ hơn, và đã chứng minh được rằng trừ khi virus hoặc giả tượng có thể phân biệt giữa tế bào đực và cái (thứ chúng không thể thực hiện) thì việc ngừng nhân đôi của tế bào bình thường đã được điều chỉnh bởi một cơ chế đếm bên trong.[1][3][7]

Những kết quả này đã bác bỏ tuyên bố bất tử của Carrel và xây dựng nên giới hạn Hayflick như một lý thuyết sinh học đáng tin cậy. Không giống như thí nghiệm của Carrel, Hayflick đã được các nhà khoa học khác tái hiện thành công.