APL Bioeng, 06/01/2026
Giới thiệu
Hệ thần kinh trung ương của con người đặc biệt nhạy cảm với tổn thương, và các chấn thương tại não thường để lại những di chứng thần kinh nghiêm trọng và kéo dài. Chấn thương sọ não (Traumatic Brain Injury, TBI) có thể gây suy giảm vận động, rối loạn nhận thức và mất ổn định cảm xúc, trong đó ngay cả các trường hợp TBI mức độ nhẹ cũng có thể dẫn đến biến đổi cấu trúc vùng hồi hải mã và suy giảm chức năng nhận thức lâu dài. Mặc dù đã có nhiều phương pháp điều trị được áp dụng, hiệu quả trong việc thúc đẩy tái tạo mô thần kinh và phục hồi chức năng vẫn còn hạn chế. Đáng chú ý, các cơ chế tổn thương thứ phát diễn ra trong nhiều ngày đến nhiều tuần sau chấn thương tiếp tục làm trầm trọng thêm sự mất tế bào thần kinh, góp phần duy trì các rối loạn thần kinh kéo dài.
Apoptosis đóng vai trò thiết yếu trong phát triển và cân bằng mô, tuy nhiên sự hoạt hóa quá mức của quá trình này lại liên quan đến nhiều bệnh thoái hóa thần kinh. Song song đó, quá trình sinh thần kinh không chỉ giới hạn trong giai đoạn phát triển mà vẫn tiếp tục diễn ra ở não trưởng thành, đặc biệt tại hồi hải mã, và có vai trò quan trọng đối với học tập, trí nhớ và điều hòa cảm xúc. Sau tổn thương não, sự rối loạn giữa chết tế bào theo chương trình (apoptosis) và khả năng tái tạo thần kinh góp phần trực tiếp vào suy giảm nhận thức và hành vi. Do đó, các chiến lược điều trị hướng đến đồng thời việc ức chế apoptosis và thúc đẩy sinh thần kinh được xem là nền tảng cho các liệu pháp bảo vệ và tái tạo thần kinh trong TBI.
Trong bối cảnh khả năng tự phục hồi của hệ thần kinh trung ương còn hạn chế, các liệu pháp dựa trên tế bào gốc đang nhận được nhiều sự quan tâm như một hướng tiếp cận tiềm năng cho điều trị TBI. Các nghiên cứu tiền lâm sàng cho thấy tế bào gốc thần kinh có thể biệt hóa thành neuron và tế bào đệm sau khi cấy ghép, từ đó góp phần thay thế các tế bào bị mất và hỗ trợ phục hồi chức năng. Tuy nhiên, tính sẵn có còn hạn chế và các vấn đề đạo đức liên quan đến nguồn tế bào này đã thúc đẩy việc tìm kiếm các nguồn thay thế phù hợp hơn. Trong số đó, tế bào gốc trung mô (Mesenchymal Stem Cells, MSCs) từ tủy xương, mô mỡ và đặc biệt là dây rốn người được xem là nguồn tế bào thuận lợi nhờ khả năng phân lập và tăng sinh dễ dàng, cũng như đặc tính điều hòa miễn dịch giúp giảm nguy cơ thải ghép. Dưới những điều kiện cảm ứng thích hợp, MSCs có thể biểu hiện các đặc điểm hướng thần kinh, tuy nhiên hiệu quả tái tạo thần kinh và phục hồi chức năng sau TBI vẫn cần được cải thiện thông qua việc tối ưu hóa dạng tế bào, khả năng sống sót và tích hợp mô sau cấy ghép.
Một trong những thách thức lớn của liệu pháp tế bào là tỷ lệ sống thấp của tế bào sau khi đưa vào vùng tổn thương, khả năng lưu giữ kém tại mô não và hiệu quả biệt hóa còn hạn chế. Mặc dù việc kích thích các tế bào gốc nội sinh có thể góp phần hỗ trợ phục hồi, mức độ tái tạo thường không đủ để bù đắp cho tình trạng mất neuron diện rộng trong TBI. Vì vậy, việc phát triển các hệ thống phân phối tế bào hiệu quả đóng vai trò then chốt trong nâng cao hiệu quả điều trị. Các vật liệu sinh học dạng hydrogel đã được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật mô thần kinh nhờ khả năng hỗ trợ bám dính, tăng sinh, di cư và biệt hóa tế bào, đồng thời bảo vệ tế bào khỏi các yếu tố bất lợi tại vị trí tổn thương và điều hòa sự phóng thích các yếu tố tăng trưởng.
Xuất phát từ những hạn chế của các liệu pháp hiện tại, nghiên cứu này xây dựng quy trình tạo neurosphere có nguồn gốc từ tế bào gốc trung mô dây rốn người và bao gói trong hydrogel fibroin tơ tằm/GelGMA nhằm tăng khả năng sống sót và lưu giữ tế bào tại mô não tổn thương. Dựa trên các bằng chứng cho thấy neurosphere từ MSCs có tiềm năng biệt hóa hướng thần kinh và khả năng di cư vượt trội so với tế bào đơn lẻ, chúng tôi giả thuyết rằng việc sử dụng neurosphere được nhúng trong hydrogel tương thích với mô não có thể cải thiện hiệu quả bảo vệ thần kinh trong giai đoạn cấp thông qua việc tăng khả năng sống sót của tế bào, duy trì tác động cận tiết và hạn chế stress oxy hóa cũng như thoái hóa sợi nhánh tại hồi hải mã sau chấn thương. Để giảm tính xâm lấn của phương pháp điều trị, hệ thống hydrogel mang tế bào được đưa vào cơ thể bằng đường qua vách ngăn mũi, nhằm tận dụng con đường tiếp cận trực tiếp tới não mà không cần can thiệp phẫu thuật.
Kết quả
Đặc điểm kiểu hình và đặc tính tế bào của tế bào gốc trung mô dây rốn người (hUC-MSCs)
- MSCs sau khi được nuôi cấy trong bioreactor và bảo quản đông lạnh vẫn giữ hình thái dạng thoi đặc trưng của tế bào gốc trung mô.
- Phân tích Flow Cytometry cho thấy tế bào dương tính với các marker MSCs (CD44, CD73, CD90) và âm tính với marker dòng tạo máu (CD14, CD19, CD34, CD45), chứng tỏ kiểu hình bề mặt không bị thay đổi bởi điều kiện nuôi trong bioreactor.
- MSCs vẫn duy trì khả năng biệt hóa đa dòng thành tế bào mỡ, xương và sụn khi được cảm ứng thích hợp
- Kết quả cho thấy nuôi cấy quy mô lớn bằng bioreactor không làm suy giảm đặc tính sinh học cốt lõi của MSCs, phù hợp cho các ứng dụng tiếp theo.
Cảm ứng hình thành neurosphere từ hUC-MSCs
- hUC-MSCs sau rã đông được nuôi lớp đơn và thu hoạch ở passage 5–8 trước khi cảm ứng tạo neurosphere.
- Tế bào được chuyển sang môi trường tạo spheroid trong đĩa không bám dính, bắt đầu kết tập sau 24 giờ và hình thành neurosphere rõ rệt vào ngày thứ 5.
- Để cảm ứng biệt hóa hướng thần kinh, neurosphere được nuôi trong môi trường neurodifferentiation (có FBS, L-glutamine, NEAA, N2, B27 và kháng sinh) trong 7 ngày.
- Sau đó, chuyển lại sang môi trường tạo spheroid giúp neurosphere tiếp tục trưởng thành, kích thước lớn hơn và cấu trúc ổn định hơn.
Dựa trên các nghiên cứu trước cho thấy neurosphere từ MSCs có thể tăng biểu hiện marker tiền thân thần kinh (SOX2, Nestin) và tiềm năng sinh thần kinh, nhóm tác giả gọi cấu trúc này là hUC-MSC–derived neurospheres (HMNS). Tuy nhiên, nghiên cứu không trực tiếp đánh giá marker thần kinh, nên không khẳng định có sự chuyển đổi dòng biệt hóa hoàn toàn.
HMNS làm giảm mức độ tổn thương trong mô hình in vitro mô phỏng chấn thương sọ não bằng phương pháp tạo vết xước
Để đánh giá tiềm năng tái tạo của neurosphere, hai phép thử in vitro bổ trợ được thực hiện trên các dòng tế bào khác nhau nhằm phù hợp với từng chỉ số đánh giá. Dòng HT22 có nguồn gốc từ hồi hải mã được sử dụng để phân tích khả năng sống sót của tế bào, do phù hợp với mô hình tổn thương neuron trong TBI, trong khi dòng Neuro-2a có đặc tính di chuyển mạnh được lựa chọn để đánh giá khả năng di cư và đóng kín vùng tổn thương.
Tạo tổn thương cơ học bằng phương pháp vết xước làm giảm đáng kể khả năng sống sót của tế bào HT22. Ngược lại, xử lý bằng hydrogel chứa neurosphere ở các liều 100 và 200 cụm giúp cải thiện rõ rệt tỷ lệ sống của tế bào so với nhóm chỉ dùng hydrogel. Mặc dù sự khác biệt giữa hai liều không đạt ý nghĩa thống kê, nhóm 200 neurosphere cho thấy xu hướng cải thiện ổn định hơn, do đó được lựa chọn làm liều đại diện cho các thí nghiệm in vivo tiếp theo.
Trong phép thử liền vết thương, các tế bào Neuro-2a được đồng nuôi cấy trong các điều kiện gồm: không tạo vết xước, hydrogel GelGMA/SF đơn thuần và hydrogel chứa HMNS với liều 100 hoặc 200 neurosphere. Các mẫu được theo dõi tại các thời điểm 0, 12 và 24 giờ. Kết quả cho thấy hydrogel mang neurosphere thúc đẩy rõ rệt quá trình di cư của tế bào, trong đó nhóm 200 neurosphere đạt mức độ đóng kín vết thương cao nhất sau 24 giờ nuôi cấy.
Cấy ghép HMNS được bao trong hydrogel qua đường vách ngăn mũi cho thấy tác dụng bảo vệ thần kinh và cải thiện chức năng thần kinh sau chấn thương sọ não
- Đánh giá trên mô hình chuột TBI với theo dõi hành vi (mNSS, ΔmNSS) và mô học theo thời gian.
- Nhóm điều trị bằng HMNS bao trong hydrogel, đưa qua đường mũi có: giảm mNSS, tăng ΔmNSS → cho thấy phục hồi chức năng thần kinh tốt hơn so với đối chứng.
- Phân tích mô học sau 7 ngày cho thấy:
+ BDNF tại vùng CA1 bị giảm mạnh sau TBI, nhưng được phục hồi rõ ở nhóm HMNS.
+ Tăng số neuron NeuN (+) tại CA1, lớp tế bào hạt hồi răng cưa và vùng hilus.
- Kết quả chứng minh tác dụng bảo vệ thần kinh và tăng sống sót neuron tại hồi hải mã của HMNS.
Đưa HMNS được bao trong hydrogel qua đường mũi làm giảm stress nitros hóa, stress oxy hóa và hạn chế mất sợi nhánh neuron sau chấn thương sọ não
- Mô não được thu sau 7 ngày sau TBI và nhuộm với:
+ Fluoro-Jade B (FJB) → chết neuron.
+ Nitrotyrosine → stress nitros hóa
+ 4-hydroxynonenal (4-HNE) → stress oxy hóa
+ Microtubule-Associated Protein 2 (MAP2) → tổn thương sợi nhánh.
- Nhóm TBI đơn thuần:
+ Tăng mạnh neuron FJB (+) tại GCL và hilus
+ Tăng nitrotyrosine và 4-HNE,
+ Giảm biểu hiện MAP2 ở CA1 và DG.
- Nhóm điều trị bằng HMNS bao trong hydrogel:
+ Giảm đáng kể chết neuron
+ Giảm stress oxy hóa và nitros hóa
+ Bảo tồn cấu trúc sợi nhánh neuron.
Kết quả chứng minh tác dụng bảo vệ thần kinh đa cơ chế của HMNS sau TBI.
Thảo luận
Chấn thương sọ não (TBI) gây phản ứng viêm kéo dài và thoái hóa neuron tiến triển, tạo vi môi trường bất lợi cho sửa chữa mô và làm tăng nguy cơ rối loạn thần kinh mạn tính. TBI không chỉ gây suy giảm vận động, nhận thức và cảm xúc mà hiện nay vẫn chưa có liệu pháp dược lý đặc hiệu giúp tái tạo mô thần kinh và phục hồi chức năng hiệu quả.
Trong bối cảnh đó, liệu pháp tế bào gốc, đặc biệt là tế bào gốc trung mô (MSCs), được xem là chiến lược tiềm năng nhờ khả năng điều hòa miễn dịch và bảo vệ thần kinh. MSCs làm giảm phản ứng viêm, tiết các yếu tố dinh dưỡng thần kinh giúp tăng sống sót của neuron, ức chế apoptosis và thúc đẩy tái tạo mô thần kinh. Ngoài ra, việc nuôi cấy MSCs nguồn gốc dây rốn dưới dạng neurosphere giúp tăng đặc tính hướng thần kinh và khả năng di chuyển của tế bào.
Đường đưa qua vách ngăn mũi là phương pháp ít xâm lấn, có khả năng vượt qua hàng rào máu–não thông qua các đường thần kinh khứu giác và sinh ba. Bao gói neurosphere trong hydrogel giúp tăng khả năng sống sót của tế bào, cải thiện khả năng lưu giữ tại vị trí đích và nâng cao hiệu quả điều trị. Vì vậy, nghiên cứu này đánh giá hiệu quả điều trị TBI của HMNS được bao trong hydrogel và đưa qua đường xuyên vách ngăn mũi.
Kết quả cho thấy HMNS cải thiện khả năng sống và di chuyển của tế bào trong mô hình in vitro, đồng thời thúc đẩy phục hồi chức năng thần kinh trong mô hình TBI trên động vật. Ở mức mô học, HMNS làm tăng biểu hiện BDNF, tăng số lượng neuron sống sót và làm giảm thoái hóa neuron, stress oxy hóa/nitros hóa cũng như tổn thương sợi nhánh, cho thấy tác dụng bảo vệ và phục hồi cấu trúc thần kinh. Mặc dù còn hạn chế về nhóm đối chứng và thời gian theo dõi, các dữ liệu này ủng hộ HMNS bao hydrogel đưa qua đường mũi như một chiến lược điều trị TBI khả thi và ít xâm lấn.
Kết luận
Nghiên cứu này cho thấy neurosphere có nguồn gốc từ tế bào gốc trung mô dây rốn người (hUC-MSC), được bao trong hydrogel silk fibroin/GelGMA và đưa qua đường xuyên vách ngăn mũi, có tiềm năng điều trị đáng kể đối với chấn thương sọ não (TBI). Trong in vitro, HMNS làm tăng khả năng sống và di chuyển của tế bào; trong mô hình TBI trên động vật, HMNS cải thiện chức năng thần kinh, phục hồi biểu hiện BDNF vùng hồi hải mã, bảo tồn neuron, giảm stress oxy hóa/nitros hóa và hạn chế tổn thương sợi nhánh. Các kết quả này cho thấy HMNS có khả năng điều hòa vi môi trường sau tổn thương và tạo tác dụng bảo vệ thần kinh sớm, góp phần cải thiện phục hồi chức năng. Nhìn chung, HMNS bao trong hydrogel là chiến lược điều trị tái tạo đầy hứa hẹn cho TBI; các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung tối ưu hóa phương thức đưa thuốc, làm rõ cơ chế tác động và thúc đẩy chuyển dịch lâm sàng.
Tài liệu tham khảo
Dong Wook Kim, Ok Joo Lee, Bo Young Choi, Md. Tipu Sultan, Olatunji Ajiteru, Min Kyu Park, Ji Seung Lee, Soon Hee Kim, Kyu Young Choi, Sang Won Suh, Chan Hum Park; Trans-septal delivery of hydrogel-encapsulated human umbilical cord MSC-derived neurospheres for acute neuroprotection in traumatic brain injury. APL Bioeng. 1 March 2026; 10 (1): 016103.
Nguồn: APL Bioeng
Link: https://pubs.aip.org/aip/apb/article/10/1/016103/3376451
