Tổng quan về đặc tính và công dụng của tế bào gốc trung mô (MSC)

DVCSTEM, 12/05/2023

Louis A. Cona, MD

Tế bào gốc trung mô (Mesenchymal stem cells, viết tắt là MSC) là các tế bào gốc trưởng thành có khả năng biệt hóa thành nhiều loại tế bào có nguồn gốc từ trung bì, cho thấy kết quả đầy hứa hẹn trong các nghiên cứu tiền lâm sàng đối với các bệnh khác nhau. Nghiên cứu tiếp tục khám phá tiềm năng của chúng trong y học tái tạo.

MSC là gì?

MSC là các tế bào gốc trưởng thành được phân lập từ các nguồn khác nhau có thể biệt hóa thành các loại tế bào khác. Nguồn của MSC bao gồm tủy xương, chất béo (mô mỡ) và mô dây rốn.

MSC có thể tự làm mới và cũng thể hiện sự biệt hóa đa dòng. Chúng có thể bổ sung số lượng tế bào gốc của một người thông qua cấy ghép, vì chúng có thể tránh được phản ứng tiêu cực từ hệ thống miễn dịch của một người [1].

MSC đã được nghiên cứu rộng rãi về sinh học tế bào độc đáo của chúng, tiềm năng lâm sàng trên phạm vi rộng và là khối xây dựng trung tâm trong lĩnh vực kỹ nghệ mô đang phát triển nhanh chóng [4]. Các nghiên cứu lâm sàng điều tra hiệu quả của MSC trong điều trị bệnh đang ở giai đoạn phát triển sơ bộ, đặc biệt là để tìm hiểu các bệnh tự miễn dịch, bệnh thải ghép so với vật chủ và bệnh ung thư. Hiệp hội Quốc tế về Liệu pháp Tế bào (ISCT) đã đề xuất các tiêu chuẩn để xác định MSC.

Trung mô nghĩa là gì?

Thuật ngữ “trung mô” đề cập đến nguồn gốc phôi thai của các tế bào, cụ thể là các tế bào phát sinh từ lớp mầm trung bì. Lớp mầm trung bì là một trong ba lớp mầm chính hình thành trong giai đoạn đầu của quá trình phát triển phôi thai. Trung bì tạo ra nhiều loại mô liên kết khác nhau, chẳng hạn như cơ, xương, sụn và mỡ, cũng như các tế bào hình thành mạch máu, tế bào máu và hệ thống niệu sinh dục.

Những đặc điểm xác định MSC của con người?

Ủy ban tế bào gốc trung mô và mô của Hiệp hội trị liệu tế bào quốc tế đề xuất các tiêu chuẩn tối thiểu để xác định các MSC của con người.

1. Thứ nhất: Một MSC phải có tính bám dính khi được duy trì trong điều kiện nuôi cấy tiêu chuẩn.
2. Thứ hai: MSC phải biểu hiện CD105, CD73 và CD90 và không biểu hiện các phân tử bề mặt CD45, CD34, CD14 hoặc CD11b, CD79α hoặc CD19 và HLA-DR.
3. Thứ ba: MSC phải biệt hóa thành nguyên bào xương, tế bào mỡ và nguyên bào sụn trong ống nghiệm.

Mặc dù các tiêu chí để xác định MSC có thể cần phải được điều chỉnh khi xuất hiện kiến thức mới, nhưng người ta tin rằng các tiêu chuẩn tối thiểu do ISCT đề xuất sẽ dẫn đến việc mô tả đặc tính của MSC nhất quán hơn và tạo điều kiện thuận lợi cho sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu về tế bào gốc trung mô.

Hiện tại, nghiên cứu về MSC bị cản trở bởi nhiều phương pháp và cách tiếp cận khác nhau để phân lập, tăng sinh và mô tả đặc điểm của tế bào, gây khó khăn cho việc so sánh và đối chiếu các kết quả nghiên cứu. Các hướng dẫn của ISCT nhằm chuẩn hóa nghiên cứu tế bào gốc trung mô.

Tiềm năng biệt hóa của MSC

MSC là một loại tế bào gốc trưởng thành có thể biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau, bao gồm nguyên bào xương (tế bào xương), sụn (tế bào sụn) và mỡ (tế bào mỡ). MSC của con người cũng có thể biệt hóa thành các loại tế bào khác, chẳng hạn như cơ (tế bào cơ), thần kinh (tế bào thần kinh) và tế bào mô đệm.

Theo một nghiên cứu được bình duyệt công bố trên tạp chí Stem Cell Reviews and Reports (3), các MSC đã được chứng minh là có khả năng biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau, bao gồm:

Osteoblasts (tế bào xương)

Chondrocytes (tế bào sụn)

Adipocytes (tế bào mỡ)

Myocytes (tế bào cơ)

Neurocytes (tế bào thần kinh)

Hepatocytes (tế bào gan)

Pancreatic cells (tế bào tụy)

Cardiomyocytes (tế bào cơ tim)

Endothelial cells (tế bào mạch máu)

Epithelial cells (tế bào lót bề mặt)

Trong một nghiên cứu được bình duyệt ngang hàng khác được công bố trên International Journal of Molecular Sciences, các tế bào trung mô có thể biệt hóa thành các tế bào dòng trung mô, bao gồm nguyên bào xương, tế bào mỡ và tế bào sụn là các tế bào có nguồn gốc từ ngoại bì và nội bì, chẳng hạn như tế bào thần kinh và tế bào gan, tương ứng. (4)

Điều quan trọng cần lưu ý là tiềm năng biệt hóa của MSC có thể khác nhau tùy thuộc vào nguồn tế bào gốc, điều kiện tăng sinh và vi môi trường mà chúng được nuôi cấy.

Tiềm năng biệt hóa là gì?

Sự biệt hóa xảy ra khi một tế bào ít chuyên biệt hơn trở thành một loại tế bào chuyên biệt hơn. Trong các tế bào gốc trung mô, sự biệt hóa đề cập đến quá trình tế bào gốc trở thành các loại tế bào cụ thể, chẳng hạn như tế bào cơ, tế bào thần kinh hoặc tế bào xương.

Một sự tương tác phức tạp của các yếu tố di truyền và biểu sinh kiểm soát quá trình biệt hóa. Các yếu tố di truyền bao gồm sự biểu hiện của các yếu tố phiên mã cụ thể và các phân tử tín hiệu, trong khi các yếu tố biểu sinh bao gồm những thay đổi trong quá trình methyl hóa DNA, sửa đổi histone và biểu hiện RNA không mã hóa.

Quá trình biệt hóa có thể chia thành nhiều giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên là kích hoạt các gen cụ thể, dẫn đến sự biểu hiện của các yếu tố phiên mã kiểm soát số phận của tế bào. Giai đoạn thứ hai là bắt đầu tăng sinh tế bào và hình thành các loại tế bào cụ thể. Giai đoạn cuối cùng là sự trưởng thành của các tế bào, dẫn đến sự hình thành các tế bào chức năng.

Các yếu tố khác nhau có thể ảnh hưởng đến tiềm năng biệt hóa

Các yếu tố khác nhau, chẳng hạn như môi trường vi mô, sự sẵn có của các yếu tố tăng trưởng và sự hiện diện của các tế bào khác, có thể ảnh hưởng đến quá trình biệt hóa. Ví dụ: các phân tử tín hiệu chuyên biệt, chẳng hạn như protein hình thái xương (BMP) hoặc Wingless-related integration sites (Wnts), có thể thúc đẩy quá trình biệt hóa tế bào gốc thành tế bào xương hoặc tế bào thần kinh tương ứng.

Trong trường hợp MSC hoặc tế bào mô đệm trung mô đa năng, quá trình biệt hóa có thể được tạo ra bởi các tác nhân biệt hóa như các yếu tố tăng trưởng chuyên biệt, hormone hoặc hợp chất hóa học trong môi trường nuôi cấy xác định. Tiềm năng biệt hóa của MSC có thể khác nhau tùy thuộc vào nguồn tế bào, điều kiện tăng sinh và vi môi trường mà chúng được nuôi cấy.

Chức năng của MSC là gì?

Tiềm năng biệt hóa

MSC có nhiều chức năng, bao gồm khả năng biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau, chẳng hạn như nguyên bào xương (tế bào xương), sụn (tế bào sụn) và mỡ (tế bào mỡ). Ngoài ra, MSC có thể ức chế phản ứng miễn dịch và thúc đẩy sửa chữa mô.

Đặc tính điều hòa miễn dịch

MSC được biết đến với đặc tính điều hòa miễn dịch, nghĩa là chúng có thể điều chỉnh hoạt động của hệ thống miễn dịch, giảm viêm và ức chế phản ứng miễn dịch. Đặc tính này làm cho chúng trở thành một ứng cử viên đầy hứa hẹn cho các liệu pháp dựa trên tế bào trong các điều kiện khác nhau, chẳng hạn như các bệnh tự miễn, bệnh mô ghép chống lại vật chủ và thải ghép.

Thúc đẩy sửa chữa và tái tạo mô

MSC cũng có thể thúc đẩy quá trình sửa chữa mô bằng cách giải phóng các yếu tố tăng trưởng và cytokine, giúp thu hút các tế bào khác đến vị trí tổn thương. Các yếu tố tăng trưởng và cytokine này cũng có thể thúc đẩy sự hình thành các mạch máu mới cần thiết cho quá trình sửa chữa mô.

MSC cũng đang được đánh giá trong các nghiên cứu lâm sàng và tiền lâm sàng để điều trị các bệnh như viêm xương khớp, bệnh tạo xương không hoàn hảo, bệnh Crohn, bệnh đa xơ cứng, bệnh Parkinson và nhiều bệnh khác.

Điều quan trọng cần lưu ý là mặc dù các MSC đã cho thấy kết quả đầy hứa hẹn trong các nghiên cứu tiền lâm sàng, nhưng vẫn cần nhiều nghiên cứu hơn để hiểu đầy đủ tiềm năng của chúng và phát triển các liệu pháp an toàn và hiệu quả.

MSC được tìm thấy ở đâu?

Có một số nguồn MSC, bao gồm:

1. Tủy xương là nguồn MSC được sử dụng phổ biến nhất. Tủy xương là mô xốp bên trong xương chứa các tế bào chưa trưởng thành, bao gồm cả MSC. Những tế bào này có thể được thu thập thông qua một quy trình gọi là hút tủy xương, đây là một quy trình tương đối đơn giản và an toàn.
2. Mô mỡ (Fat Tissue): MSC cũng có thể được phân lập từ mô mỡ, là mô dự trữ chất béo trong cơ thể. Mô mỡ có thể được lấy thông qua hút mỡ, một quy trình trong đó chất béo được lấy ra khỏi cơ thể bằng một ống thép không gỉ rỗng.
3. Mô dây rốn: MSC cũng có thể được lấy từ mô dây rốn, là mô kết nối thai nhi với nhau thai. Các tế bào có thể được thu thập tại thời điểm sinh và có thể được lưu trữ để sử dụng trong tương lai.
4. Máu ngoại vi: MSC có thể được tìm thấy với số lượng nhỏ trong máu ngoại vi của người trưởng thành khỏe mạnh. Những tế bào này có thể được thu thập thông qua một quy trình gọi là apheresis, tương tự như hiến máu.
5. Mô nhau thai: MSC cũng có thể được lấy từ mô nhau thai. Các tế bào có thể được thu thập tại thời điểm sinh và có thể được lưu trữ để sử dụng trong tương lai.
6. Dịch khớp: MSC có thể được tìm thấy với số lượng nhỏ trong dịch khớp của khớp. Dịch khớp có thể được lấy thông qua một thủ thuật gọi là chọc dò khớp, đây là một thủ thuật tương đối đơn giản và an toàn.
7. Tủy răng: MSC có thể được tìm thấy với số lượng nhỏ trong tủy răng của răng. Có thể lấy tủy răng thông qua một thủ thuật gọi là cắt bỏ chóp răng, đây là một thủ thuật phẫu thuật để loại bỏ chóp chân răng.

Các tế bào có nguồn gốc từ mô dây rốn, cụ thể là Wharton’s Jelly, là những MSC trẻ nhất và sơ khai nhất hiện có. Dây rốn hầu hết bị loại bỏ sau khi sinh, nguồn này không gây hại và sẵn có.

Điều quan trọng cần lưu ý là việc phân lập và tăng sinh MSC từ các nguồn khác nhau có thể khác nhau và có các thuộc tính khác nhau. Ngoài ra, việc phân lập MSC từ một số vị trí, chẳng hạn như máu ngoại vi và dịch khớp, có thể khó khăn hơn và kém hiệu quả hơn so với tủy xương, mô mỡ hoặc MSC có nguồn gốc từ mô dây rốn.

Nhược điểm của MSC là gì?

Mặc dù MSC và tế bào gốc đa năng đã cho thấy kết quả đầy hứa hẹn trong các nghiên cứu tiền lâm sàng, nhưng cũng có một số hạn chế và thách thức liên quan đến việc sử dụng chúng trong nghiên cứu:

1. Tính không đồng nhất: MSC từ các nguồn khác nhau, chẳng hạn như tủy xương và mô mỡ, có thể có các đặc tính khác và có thể không hoàn toàn thay thế cho nhau. Điều này có thể gây khó khăn cho việc so sánh kết quả từ các nghiên cứu khác nhau.
2. Sự thay đổi trong quá trình phân lập và tăng sinh: Việc phân lập và tăng sinh của MSC từ các nguồn khác nhau có thể khác nhau và có thể có các đặc tính khác, gây khó khăn cho việc sao chép kết quả từ nghiên cứu này sang nghiên cứu khác.
3. Khả năng biệt hóa hạn chế: Mặc dù MSC có thể biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau, nhưng khả năng biệt hóa của chúng có thể khác nhau tùy thuộc vào nguồn tế bào, điều kiện tăng sinh và vi môi trường mà chúng được nuôi cấy.
4. Kiểm soát chất lượng: Cần có các phương pháp tiêu chuẩn hóa để phân lập, tăng sinh và mô tả đặc điểm của MSC, có thể giúp đảm bảo chất lượng và tính nhất quán của các tế bào được sử dụng trong nghiên cứu.
5. An toàn và hiệu quả: Mặc dù MSC đã cho thấy kết quả đầy hứa hẹn trong các nghiên cứu tiền lâm sàng, nhưng vẫn cần nhiều nghiên cứu hơn để hiểu tiềm năng của chúng và phát triển các liệu pháp an toàn và hiệu quả một cách đầy đủ.

MSC so với tế bào gốc tạo máu (HSC)

MSC và tế bào gốc tạo máu (HSC) đều là tế bào gốc trưởng thành nhưng có sự khác biệt rõ rệt.

1. Khả năng biệt hóa: MSC có thể biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau, chẳng hạn như nguyên bào xương (tế bào xương), tế bào sụn (cartilage cell) và tế bào mỡ (fat cell), cũng như các loại tế bào khác, chẳng hạn như tế bào cơ (muscle cell), tế bào thần kinh (nerve cell) và tế bào mô đệm. Ngược lại, HSC chủ yếu biệt hóa thành các tế bào máu và tế bào của hệ thống miễn dịch, chẳng hạn như hồng cầu, bạch cầu và tiểu cầu.
2. Nguồn: MSC có thể được phân lập từ nhiều nguồn khác nhau như tủy xương, mô mỡ, dây rốn, máu ngoại vi, mô nhau thai, dịch khớp, tủy răng. Còn HSC chủ yếu được lấy từ tủy xương nhưng cũng có thể được tìm thấy với số lượng nhỏ trong máu ngoại vi.
3. Đặc tính miễn dịch: MSC có đặc tính điều hòa miễn dịch, nghĩa là chúng có thể điều chỉnh hoạt động của hệ thống miễn dịch, giảm viêm và ức chế phản ứng miễn dịch. Còn HSC chịu trách nhiệm sản xuất và duy trì các tế bào của hệ thống miễn dịch, vì vậy chúng không có cùng loại đặc tính điều hòa miễn dịch.
4. Ứng dụng điều trị: MSC đã được nghiên cứu cho nhiều ứng dụng điều trị, bao gồm sửa chữa mô, y học tái tạo và liệu pháp dựa trên tế bào cho các bệnh khác nhau. Còn HSC chủ yếu được sử dụng để điều trị các rối loạn về máu như bệnh bạch cầu, ung thư hạch và thiếu máu hồng cầu hình liềm, cũng như để cấy ghép tủy xương.

Điều quan trọng cần lưu ý là MSC và HSC là những loại tế bào phức tạp và vẫn còn nhiều điều cần tìm hiểu về các đặc tính và ứng dụng điều trị tiềm năng của chúng.

MSC có thể được sử dụng cho những bệnh nào?

MSC đã được nghiên cứu cho nhiều ứng dụng điều trị, bao gồm sửa chữa mô, y học tái tạo và liệu pháp dựa trên tế bào cho các tình trạng bệnh khác nhau. Một số bệnh mà MSC đã được nghiên cứu bao gồm:

1. Viêm xương khớp: thúc đẩy sửa chữa sụn và giảm viêm trong viêm xương khớp, một bệnh thoái hóa khớp ảnh hưởng đến sụn và xương ở khớp.
2. Viêm khớp dạng thấp: đặc tính chống viêm và điều hòa miễn dịch có thể hữu ích trong điều trị viêm khớp dạng thấp. Rối loạn tự miễn dịch này gây viêm và tổn thương khớp.
3. Bệnh mảnh ghép chống lại vật chủ: đặc tính ức chế miễn dịch có thể làm cho MSC hữu ích trong điều trị bệnh mảnh ghép chống lại vật chủ. Biến chứng này có thể xảy ra sau khi ghép tủy xương.
4. Nhồi máu cơ tim: MSC đã được nghiên cứu về khả năng thúc đẩy sửa chữa mô tim sau cơn đau tim.
5. Tổn thương tủy sống: MSC đã được nghiên cứu về khả năng thúc đẩy quá trình sửa chữa các mô thần kinh bị tổn thương và tổn thương tủy sống
6. Các bệnh tự miễn: MSC đã được chứng minh là có đặc tính chống viêm và điều hòa miễn dịch, có thể hữu ích trong việc điều trị các bệnh tự miễn, chẳng hạn như bệnh đa xơ cứng và bệnh lupus.
7. Bệnh tiểu đường loại 1: MSC đã được kiểm tra về khả năng giúp bảo tồn các tế bào sản xuất insulin ở bệnh nhân tiểu đường loại 1
8. Các bệnh về phổi: MSC đã được xem xét về khả năng giúp sửa chữa mô phổi trong các bệnh như bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính (COPD) và hội chứng suy hô hấp cấp tính (ARDS).
9. Đa xơ cứng (MS): MSC đã được chứng minh là có đặc tính chống viêm và điều hòa miễn dịch, điều này có thể hữu ích trong việc điều trị MS. Rối loạn tự miễn này ảnh hưởng đến hệ thống thần kinh trung ương.
10. Bệnh Lyme: MSC đã được phân tích về khả năng giúp sửa chữa tổn thương mô và giảm viêm do bệnh Lyme, một bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn lây truyền qua ve.
11. Bệnh Parkinson: MSC đã được kiểm tra về khả năng giúp bảo vệ và sửa chữa các tế bào thần kinh trong não bị tổn thương trong bệnh Parkinson, một chứng rối loạn thoái hóa ảnh hưởng đến cử động.
12. ALS (Bệnh xơ cứng teo cơ một bên): MSC đã được nghiên cứu về khả năng giúp bảo vệ và sửa chữa các tế bào thần kinh trong tủy sống bị tổn thương trong ALS, một bệnh thoái hóa thần kinh tiến triển ảnh hưởng đến các tế bào thần kinh trong não và tủy sống.

Điều quan trọng cần lưu ý là mặc dù MSC đã cho thấy kết quả đầy hứa hẹn trong các nghiên cứu tiền lâm sàng, nhưng vẫn cần nhiều nghiên cứu hơn để hiểu đầy đủ tiềm năng của chúng và phát triển các liệu pháp an toàn và hiệu quả. Ngoài ra, việc sử dụng MSC như một liệu pháp vẫn được xem xét. Cộng đồng y tế đã biết đến sự tồn tại của MSC từ cuối thế kỷ 19. Tuy nhiên, chỉ với những tiến bộ gần đây, các bác sĩ mới có thể kích hoạt và bổ sung các tế bào này để điều trị nhiều bệnh lý khác nhau.

Tài liệu tham khảo:

(1) Ullah, I., Subbarao, R. B., & Rho, G. J. (2015, April 28). Human mesenchymal stem cells – current trends and future prospective. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4413017/.

(2) Ding DC, Shyu WC, Lin SZ. Mesenchymal stem cells. Cell Transplant. 2011;20(1):5-14. doi: 10.3727/096368910X. PMID: 21396235.

(3) Pittenger MF, Mackay AM, Beck SC, Jaiswal RK, Douglas R, Mosca JD, Moorman MA, Simonetti DW, Craig S, Marshak DR. Multilineage potential of adult human mesenchymal stem cells. Science. 1999 Apr 2;284(5411):143-7. doi: 10.1126/science.284.5411.143. PMID: 10102814.

(4) Williams AR, Hare JM. Mesenchymal stem cells: biology, pathophysiology, translational findings, and therapeutic implications for cardiac disease. Circ Res. 2011 Sep 30;109(8):923-40. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.111.243147. PMID: 21960725; PMCID: PMC3604746.

(5) Mesenchymal Stem Cells: Biology, Pathways, Translations, and Therapeutic Implications” R. Mishra and S.A. Pittenger, International Journal of Molecular Sciences, 2019.

(6) Comparison of bone marrow- and adipose tissue-derived mesenchymal stem cells: a systematic review” by L. Huang, Y. Liu, P. Cui, and L. Li, Stem Cell Reviews and Reports, 2010.

(7) Standardization of mesenchymal stem cell isolation, expansion and characterization” by C.D. Corcione, R. De Bari, and M.L. Lazzari, Journal of Cellular and Molecular Medicine, 2009.

 

Nguồn: DVCSTEM

Link: https://www.dvcstem.com/post/what-are-mesenchymal-stem-cells