Thư viện dữ liệu

KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ TẾ BÀO GỐC - tài liệu dịch từ Harrison's

1. Sinh học tế bào gốc

Sinh học tế bào gốc (phần 1)

I. GIỚI THIỆU 
Sinh học tế bào gốc là một ngành học mới nghiên cứu đặc điểm và các ứng dụng lâm sàng của các tế bào vạn tiềm năng. Cùng với các ứng dụng lâm sàng tiềm năng, các tế bào gốc thu được từ bệnh nhân cũng có thể được sử dụng như là mô hình bệnh để thử nghiệm tính hiệu quả của thuốc.

II. ĐỊNH DANH, PHÂN LẬP VÀ THU NHẬN TẾ BÀO GỐC.

1. Các tế bào gốc cư trú:

Định nghĩa tế bào gốc vẫn còn tương đối mơ hồ. Tế bào gốc vốn được công nhận là các tế bào không đặc trưng hoặc không biệt hóa, mà có thể cung cấp 1 nguồn tái tạo da, ruột non, và các tế bào máu trong suốt đời sống con người. Các tế bào gốc cư trú này hiện nay có thể được tìm thấy ở các cơ quan khác nhau như biểu mô, hệ tiêu hóa, tủy xương, mạch máu, não, cơ xương, gan, tinh hoàn, và tụy, dựa trên các dấu ấn đặc trưng về vị trí, hình thái và đặc tính hóa sinh của chúng.

2. Các tế bào gốc được phân lập:

Việc định danh rõ ràng tế bào gốc đòi hỏi sự phân lập và tinh sạch của tế bào, thông thường dựa trên sự kết hợp của nhiều dấu ấn bề mặt tế bào đặc trưng. Các tế bào gốc này, ví dụ như tế bào gốc tạo máu (HS), có thể được nghiên cứu chi tiết, và sử dụng trong các ứng dụng lâm sàng như cấy ghép tủy xương. Tuy nhiên, kiến thức về các dấu ấn bề mặt đặc trưng của những loại tế bào khác vẫn còn thiếu, khiến cho việc phân lập gặp nhiều khó khăn. Thách thức này đã được phần nào giải quyết trên mô hình động vật, bằng cách đánh dấu các loại tế bào khác nhau bằng các protein phát huỳnh quang, sử dụng các promoter đặc trung tế bào. Một cách làm khác cũng có thể được xem xét, đó là các tế bào gốc có thể được phân lập bằng hệ thống phân tách tế bào hoạt hóa bằng tín hiệu huỳnh quang sau khi tế bào được nhuộm bằng Hoechst 33342. Tuy nhiên, cách làm này vẫn cần phải được sử dụng một cách thận trọng vì các tế bào sau khi thu được có thể sẽ không còn thực hiện được chức năng cùa 1 tế bào gốc đặc trưng.

3. Nuôi cấy tế bào gốc:

Nhằm đạt được một số lượng tế bào đủ phục vụ cho việc phân tích và trị liệu, việc nuôi cấy và gia tăng số lượng các tế bào gốc in vitro là rất cần thiết. Mặc dù việc thu thập tế bào gốc in vitro vẫn đang là 1 trở ngại lớn cho ngành sinh học tế bào gốc, số lượng và loại tế bào gốc được nuôi cấy đã tăng lên đáng kể. Các tế bào gốc nuôi cấy được thu nhận từ tế bào gốc cư trú thường được gọi là các tế bào gốc trưởng thành để chỉ ra nguồn gốc của chúng, và để phân biệt với các tế bào gốc phôi (Embryonic stem cell - ES) và tế bào gốc sinh dục (Embryonic germ cells - EG). Tuy nhiên, với sự hiện diện của các tế bào gốc từ các mô đặc trưng thu nhận từ phôi, ví dụ như tế bào gốc từ lá phôi (trophoblast stem cells – TS), và các tế bào tương tự khác từ phôi/thai, như tế bào gốc thần kinh (neural stem cells – NS), tên gọi “tế bào gốc mô” sẽ thích hợp hơn cho nhóm này.

Các loại tế bào gốc nuôi cấy:

Tên

Nguồn gốc, Thu thập, khả năng bảo quản và các tính chất

Tế bào gốc phôi (Embryonic stem cells, ES, ESC)

Tế bào gốc phôi (ES) có thể được thu nhận bằng cách nuôi cấy túi phôi hoặc khối nội tế bào từ túi phôi trên lớp bổ trợ của MEF (nguyên bào sợi từ phôi chuột) có bổ sung LIF (leukemia inhibitor factor – yếu tố ức chế bạch cầu) hoặc không. Các tế bào ES có thể hình thành từ lá phôi ngoài. Tế bào ES phát triển thành các khúm tế bào bám chặt kên bề mặt nuôi cấy, với số lượng gấp đôi sau 12h (có LIF), duy trì kiểu gene ổn định ngay cả sau thời gian nuôi cấy và thao tác dài; chúng có thể biệt hóa thành tất cả các loại tế bào, bao gồm trứng và tinh trùng, khi được tiêm vào túi phôi. Tế bào ES có thể hình thành khúm tế bào phẳng, và số lượng nhân đôi sau 35 – 40h khi không bổ sung LIF.

Tế bào gốc sinh dục (embryonic germ cells, EG, EGC)

Tế bào EG có thể được thu nhận từ nuôi cấy các nguyên bào noãn từ phôi 8.5 đến 12.5 ngày tuổi trên lớp bổ trợ MEF có bổ sung FGF2 và LIF (m). Tế bào EG còn có thể được thu nhận từ việc nuôi cấy mô sinh dục từ phôi/thai 5-11 tuần sau khi thụ tinh trên lớp bổ trợ MEF với FGF2, forskolin và LIF (h). Tế bào EG cũng cho thấy khả năng biệt hóa vạn tiềm năng như tế bào ES khi được tiêm vào túi phôi chuột (m). Điểm khác biệt duy nhất được ghi nhận là dấu ấn của 1 số gene (ví dụ như Igf2r): dấu ấn dạng này thường sẽ được xóa đi trong giai đoạn hình thành tế bào sinh dục, và vì vậy, dấu ấn gene của các tế bào EG sẽ có khác biệt so với tế bào ES.

Tế bào gốc từ nguyên bào nuôi (trophoblast stem cells , TS, TSC)

Tế bào TS có thể được thu nhận bằng cách nuôi cấy các tế bào ngoại phôi bì dinh dưỡng của túi phôi 3.5 ngày tuổi, lớp biểu bì ngoại phôicủa phôi 6.5 ngày, và màng đệm biểu bì của phôi 7.5 ngày được nuôi trên lớp bổ trợ MEF với TGF4 (m). Tế bào TS có thể biệt hóa thành các tế bào lá phôi in vitro. TS còn có thể phát triển thành tất cả các loại tế bào phụ lá phôi khi được tiêm vào túi phôi.

Tế bào nội bì ngoài phôi (extraembryonic endoderm cells, XEN)

Tế bào XEN có thể được thu nhận bằng cách nuôi cấy khối nội tế bào ICM trong điều kiện môi trường không có ES. Tế bào XEN chỉ có thể biệt hóa thành dòng tế bào vách nội bì khi được tiêm vào túi phôi.

Tế bào gốc ung thư biểu mô phôi (Embryonic carcinoma cells, EC)

Tế bào EC có thể thu nhận từ khối u ác tính phát triển từ ung thư tinh hoàn. Tế bào EC hiếm khi cho thấy đặc tính vạn tiềm năng in vittro, nhưng chúng có thể biệt hóa thành tất cả các loại tế bào khi được tiêm vào túi phôi. Tế bào EC thường có kiểu nhân lệch bội lẻ và một số thay đổi khác trong kiểu gene.

Tế bào gốc trung mô (mesenchymal stem cells, MS, MSC)

Tế bào MS có thể được thu nhận từ tủy xương, cơ, mô mỡ, máu ngoại vi, và máu dây rốn. Tế bào MS có thể biệt hóa thành các loại tế bào trung mô, bao gồm tế bào mỡ, tế bào xương, sụn, và tế bào tim.

Tế bào gốc đa tiềm năng trưởng thành (Multipotent adult stem cell, MAPC)

Tế bào MAPC có thể được thu nhận bằng cách nuôi cấy các tế bào đơn nhân tủy xương, sau khi loại bỏ tế bào CD45+ và GlyA+, với FCS, EGF, và PDGF-BB. Tế bào MAPC là các tế bào rất hiếm, hiện diện trong khi nuôi cấy các tế bào trung mô từ tủy xương sơ sinh. MAPC cũng có thể được phân lập từ cơ và não sơ sinh. MAPC có thể biệt hóa thành tất cả các loại mô in vivo khi được tiêm vào túi phôi chuột, và có thể biệt hóa thành các dòng tế bào khác nhau có nguồn gốc từ trung bì, ngoại bì và nội bì in vitro.

Tế bào gốc từ nguyên bào tinh (spermatogonial stem cells, SS, SSC)

Tế bào SS có thể được thu nhận bằng nuôi cấy tinh hoàn sơ sinh trên tế bào bổ trợ STS với GDNF. Tế bào SS có thể trở thành tế bào sinh tinh dài hạn sau khi được cấy ghép vào tinh hoàn người nhận và cải thiện khả năng thụ tinh.

Tế bào gốc mầm phôi (germline stem cells, GS, GSC)

Tế bào GS có thể được thu nhận từ tinh hoàn trẻ sơ sinh. Tế bào GS có thể biệt hóa thành 3 lá phôi in vitro và sau đó trở thành nhiều loại mô, bao gồm cả mầm phôi, khi được tiêm vào túi phôi chuột.

Tế bào gốc mầm đa tiềm năng (multipotent adult germline stem cells, maGSC)

maGSC có thể được thu nhận từ tinh hoàn trưởng thành, và có thể biệt hóa thành 3 lá phôi in vitro và sau đó trở thành nhiều loại mô, bao gồm cả mầm phôi, khi được tiêm vào túi phôi chuột.

Tế bào gốc thần kinh (Neural stem cells NS, NSC)

Tế bào NS có thể thu nhận từ não thai và não trưởng thành (dưới màng nội mô não thất, màng nội mô não thất và vùng đồi hải mã), được nuôi cấy như là một lớp tế bào hoặc các cụm tế bào gọi là cầu thần kinh . tế bào NS có thể biệt hóa thành tế bào thần kinh và tế bào thần kinh đệm in vivo và in vitro. Gần đây, việc nuôi cấy tế bào NS đã có thể được thực hiện với sự hiện diện của FGF2 và EGF.

Tế bào gốc sinh dưỡng không hạn chế (unrestricted somatic stem cells, USSC)

USSC là các tế bào tương đối hiếm, từ máu dây rốn, và có thể được thu nhận bằng cách nuôi cấy phần tế bào đơn nhân của máu dây rốn với sự hiện diện của 30% FCS và 10-7M dexamethasone. Tế bào USSC có thể biệt hóa thành các loại tế bào khác nhau in vitro và đồng thời cũng có thể tạo thành nhiều loại tế bào khi cấy ghép in vivo vào chuột và cừu. Các tế bào USSC là các tế bào CD45- và có thể nhân rộng thành 1015 tế bào mà vẫn không mất đi tính chất vạn tiềm năng.

Việc thu nhận thành công các tế bào gốc nuôi cấy (cả tế bài gốc phôi và tế bào gốc mô) thường đòi hỏi sự hiện diện của các nhân tố tăng trưởng và điều kiện nuôi cấy thiết yếu, mô phỏng theo vi môi trường, hoặc các ổ tế bào gốc cư trú. Ví dụ, sự thu nhận tế bào TS chuột, một thời từng được cho là không thể thực hiện được, nhưng hiện nay đã có thể tiến hành bằng cách sử dụng FGF4, một phân tử được tiết ra bởi các tế bào liên kết với việc phát triển lá phôi in vivo. Vì vậy, việc nuôi cấy các tế bào gốc cư trú khác (như tế bào gốc từ ruột non) hoặc các tế bào gốc phân lập (như tế bào gốc tạo máu) cũng có thể thực hiện được bằng cách nghiên cứu các nhân tố có liên quan đến ổ sinh trưởng bình thường của chúng.

Sinh học tế bào gốc (phần 2)

I. KHẢ NĂNG TỰ THAY MỚI VÀ TĂNG SINH CỦA TẾ BÀO GỐC: 

1. Sự phân chia tế bào đối xứng và không đối xứng:

Khái niệm được chấp nhận nhiều nhất về tế bào gốc là đó là loại tế bào có khả năng đặc biệt, có thể tạo ra các tế bào khác giống hệt tế bào ban đầu (khả năng tự làm mới) và đồng thời tạo ra các loại tế bào đặc biệt khác. Khả năng tự làm mới có thể đạt được bằng hai hướng. Sự phân chia tế bào không đối xứng tạo ra 1 tế bào giống hệt như tế bào ban đầu và 1 tế bào khác với tế bào mẹ ban đầu và được coi như là tế bào tiền thân hoặc tế bào biệt hóa. Việc phân chia này sẽ không làm gia tăng số lượng tế bào gốc. Sự phân chia tế bào đối xứng sẽ tạo ra 2 tế bào con giống hệt nhau. Đối với tế bào gốc, để có thể tăng sinh in vitro, chúng cần phải phân chia đối xứng. Một mình khả năng tự làm mới sẽ không thể định nghĩa được tế bào gốc, bởi vì tất cả các dòng tế bào hình thành, như tế bào HeLa hoặc tế bào NIH3T3 đều có thể tăng sinh bằng cách phân chia đối xứng.

2. Tăng sinh không giới hạn in vitro

Các tế bào gốc cư trú thường thụ động và hiếm khi phân chia. Tuy nhiên, một khi tế bào gốc đã được nuôi cấy thành công in vitro, chúng thường đạt được khả năng phân chia liên tục và khả năng tăng sinh vượt qua khỏi giới hạn thông thường của các tế bào nuôi cấy nguyên thủy (đôi khi được gọi là vĩnh cửu). Các tính chất này chủ yếu được ghi nhận ở tế bào ES, nhưng cũng có thể xuất hiện ở các tế bào NS, MS, MAPCs, maGSCs, và USSCs, bằng cách đó, gia tăng tiềm năng sử dụng các tế bào này cho việc điều trị.

3. Sự ổn định của kiểu gene và kiểu hình

Khả năng tăng sinh chủ động có liên quan đến tiềm năng tích lũy các đột biến và các bất thường nhiễm sắc thể. Các tế bào ES chuột đã được sử dụng để tạo ra các mô hình động vật có các gene mục tiêu, và đã cho thấy là chúng có khả năng duy trì nhân bội thể và tính toàn vẹn di truyền. Ngược lại, các tế bào ES của người cho thấy chúng dễ bị ảnh hưởng hơn bởi các đột biến gene sau thời gian nuôi cấy dài. Một giới hạn khác là khả năng hình thành khối u sau khi cấy ghép các tế bào gốc đang có khả năng tăng sinh mạnh mẽ. Tế bào ES chuột có thể hình thành khối u khi được tiêm vào các mô hình động vật đã được ức chế miễn dịch.

II. TIỀM NĂNG VÀ SỰ BIỆT HÓA CỦA TẾ BÀO GốC

1. Tiềm năng phát triển

Khái niệm “tiềm năng” được sử dụng cho khả năng của 1 tế bào có thể biệt hóa thành các loại tế bào đặc trưng khác. Việc thiếu các kiến thức hiện tại về bản chất phân tử của tính tiềm năng đòi hỏi các thí nghiệm cụ thể trên tế bào gốc để có thể thấy rõ tính tiềm năng của chúng. Ví dụ, các thử nghiệm in vivo có thể được thực hiện bằng cách tiêm tế bào gốc vào túi phôi chuột hoặc vào chuột trưởng thành đã được ức chế miễn dịch và xác định bao nhiêu loại tế bào có thể được hình thành từ các tế bào đã được tiêm. Thử nghiệm in vitro có thể tiến hành bằng cách biệt hóa tế bào trong các điều kiện nuôi cấy khác nhau và ghi nhận bao nhiêu loại tế bào có thể được hình thành từ các tế bào ban đầu. Các thử nghiệm in vivo hiện nay vẫn không được phép thực hiện trên người. Cách thông thường nhất để thể hiện tính tự làm mới và tính tiềm năng là chứng minh rằng một tế bào đơn có thể thể hiện các đặc tính này in vitro. Các tế bào gốc nuôi cấy có thể được tạm xếp vào nhóm dựa trên tính tiềm năng của chúng như sau:

Tiềm năng

Giai đoạn tiền cấy ghép

Giai đoạn phôi

Giai đoạn sơ sinh

Giai đoạn trưởng thành

Toàn năng

Hợp tử (chuột, người)

 

 

 

Vạn năng

ES (chuột, người)

EG (chuột, người)

GS (chuột)USSC (người)MAPC (chuột, người)

PEC (chuột, người)maGSC (chuột)MAPC (chuột, người)

Đa năng

 

 

 

MS (chuột, người)

Vài tiềm năng

TS (chuột, người)

 

 

NS (chuột, người)

Đơn năng

XEN (chuột)

 

 

SSC (chuột)

Các tế bào hoàn thành biệt hóa

 

 

 

 

 

2. Tiềm năng và nguồn phát triển của tế bào gốc nuôi cấy 
    Có thể được tóm tắt như bảng trên.

3. Từ Toàn năng đến Đơn năng

Các tế bào toàn năng (totipotent cells) có thể hình thành một cơ thể hoàn chỉnh. Chỉ có 1 trứng đã thụ tinh (hợp tử) mới có tính chất này. Các tế bào vạn tiềm năng (pluripotent cells) (như tế bào ES) có thể hình thành hầu hết các dòng tế bào trong cơ thể (nội bì, trung bì, ngoại bì), bao gồm cả tế bào sinh dục. Tế bào đa tiềm năng (multipotent cells) (như tế bào HS) có thể hình thành nhiều dòng tế bào nhưng không thể hình thành tất cả các dòng tế bào của cơ thể. Tế bào vài tiềm năng (oligopotent cells) (như tế bào NS) có thể hình thành nhiều hơn 1 dòng tế bào nhưng bị giới hạn hơn tế bào đa tiềm năng. Các tế bào vài tiềm năng đôi khi có thể được gọi là các tế bào tiền thân; tuy nhiên, tên gọi này thường được dùng hơn để định nghĩa các tế bào biệt hóa một phần (như tế bào tiền thân dòng tủy) là các tế bào có thể phân chia thành nhiều loại tế bào khác nhau nhưng thiếu khả năng tự làm mới. Các tế bào đơn năng (unipotent cells hoặc monopotent cells), như các tế bào SS, có thể hình thành 1 dòng tế bào biệt hóa duy nhất. Các tế bào đã hoàn thành biệt hóa, như các nguyên bào sợi, cũng có khả năng tăng sinh (có thể coi như là khả năng tự làm mới), nhưng vẫn duy trì loại tế bào đó (không có tiềm năng hình thành loại tế bào khác) và do đó, không thể được coi là các tế bào đơn năng.

Sinh học tế bào gốc (phần 3)

I. TÁI LẬP CHƯƠNG TRÌNH CỦA NHÂN TẾ BÀO:

Quá trình phát triển tự nhiên tiếp diễn từ trứng thụ tinh thành tế bào gốc toàn năng đến các tế bào ngoại phôi bì vạn năng, các tế bào đa năng, và cuối cùng đến các tế bào đã biệt hóa hoàn chỉnh. Quá trình này gần giống như hình ảnh một trái banh đang lăn xuống ngọn đồi. Sự đảo ngược từ tế bào biệt hóa hoàn chỉnh trở về tế bào toàn năng hoặc vạn năng (gọi là tái chương trình nhân tế bào) vì thế có thể được xem như là một dòng chảy ngược lên đồi và không bao giờ có thể diễn ra trong điều kiện bình thường. Tuy nhiên, việc tái chương trình nhân tế bào đã được thực hiện, sử dụng cấy ghép nhân, hoặc chuyển nhân (NT), là quy trình mà trong đó, nhân của một tế bào đã biệt hóa được chuyển vào một tế bào trứng không có nhân. Mặc dù đây là một quy trình khó khăn và tỷ lệ thành công rất thấp, các động vật sống đã được tạo ra thành công, sử dụng các tế bào sinh dưỡng trưởng thành từ cơ thể hiến như cừu, chuột, và các loài động vật hữu nhũ khác. Ở chuột, người ta ghi nhận rằng các tế bào ES thu nhận được từ túi phôi tạo ra bằng việc chuyển nhân của tế bào sinh dưỡng thì hoàn toàn không khác biệt so với các tế bào ES bình thường. Quy trình NT có thể được sử dụng để tạo ra các tế bào ES đặc trưng cho bệnh nhân mang một bộ gene giống hệt bộ gene của người bệnh. Tuy nhiên, ứng dụng thành công của cách làm này vẫn chưa được ghi nhận ở người. Nếu bỏ qua các vấn đề về kỹ thuật và đạo đức, nguồn cung cấp noãn hoàng hạn chế chính là vấn đề lớn nhất của việc ứng dụng NT trên người. Trong một cách khác, tái lập trình tế bào sinh dưỡng thành công bằng cách hợp nhất chúng với tế bào ES đã được thực hiện trên chuột và trên người. Tuy nhiên, người ta vẫn chưa rõ làm cách nào để có thể loại bỏ DNA của ES từ tế bào lai. Một trong những nghiên cứu hiện nay là về biện pháp tái lập trình tế bào sinh dưỡng trực tiếp hơn bằng cách đưa các gene đặc trưng vào hoặc nuôi cấy tế bào cùng với dịch chiết của tế bào ES.

II. TÍNH MỀM DẺO CỦA TẾ BÀO GỐC HAY SỰ CHUYỂN BIỆT HÓA

Hình mẫu phổ biến trong sinh học phát triển là một khi tế bào đã biệt hóa, Kiểu hình của chúng sẽ ổn định. Tuy nhiên, một số báo cáo đã cho thấy rằng các tế bào gốc mô, loại người ta thường cho là các tế bào đa tiềm năng theo dòng, lại có khả năng biệt hóa thành các loại tế bào khác bên ngoài giới hạn dòng của nó (được gọi là sự chuyển biệt hóa). Ví dụ, các tế bào ES có thể chuyển thành các tế bào thần kinh cũng như tế bào sinh dục. Tính chất này có thể cung cấp một phương pháp để sử dụng các tế bào gốc mô thu nhận trực tiếp từ người bệnh cho các mục đích trị liệu, từ đó loại bỏ nhu cầu sử dụng tế bào gốc phôi hoặc phát triển các quy trình như tái lập trình tế bào sinh dưỡng của bệnh nhân. Tuy nhiên, nhiều tiêu chuẩn và cách đánh giá khắt khe hơn sẽ phải được áp dụng để có thể thiết lập tính mềm dẻo của tế bào gốc mô. Ví dụ, quan sát quá trình chuyển biệt hóa có thể phản ánh được sự hợp nhất tế bào, tạp nhiễm tế bào tiền thân với các tế bào ở dòng khác, hoặc sự tồn tại bền bỉ của các tế bào phôi vạn năng trong các cơ quan trưởng thành. Do đó, việc liệu sự chuyển biệt hóa có tồn tại hay không và có thể được sử dụng cho các mục đích trị liệu hay không vẫn còn phải được xem xét kỹ lưỡng.

III. CHI PHỐI SỰ BIỆT HÓA CỦA TẾ BÀO GỐC

Các tế bào gốc vạn tiềm năng (như tế bào ES) có thể biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau, nhưng trong nuôi cấy chúng thường chỉ biệt hóa thành các tế bào dị nguyên. Tuy nhiên, vì mục đích trị liệu, việc điều khiển tế bào gốc biệt hóa thành các loại tế bào đặc trưng là cần thiết (như các tế bào beta tiết insulin). Đây là một lĩnh vực rất sôi động trong nghiên cứu tế bào gốc, và các quy trình đang được phát triển để có thể đáp ứng dược mục tiêu này. Trong bất cứ hệ thống điều khiển biệt hóa tế bào nào, kiểu hình của tế bào cũng phải được đánh giá một cách chặt chẽ. Điều thú vị là các tế bào ES chuột có thể biệt hóa in vitro thành noãn hoàng cũng như tinh trùng, từ đó có thể thụ tinh thành một cơ thể sống.

IV. CÁC ĐẶC ĐIỂM PHÂN TỬ CỦA TẾ BÀO GỐC

1. Hệ gene và hệ protein

Cùng với các tiếp cận sinh học phân tử chuẩn, hệ gene và hệ protein cũng đang được ứng dụng rộng rãi để phân tích tế bào gốc. Ví dụ, các phân tích DNA đã tiết lộ mức độ biểu hiện của hầu hết các gene và nhận dạng các dấu ấn đặc trưng cho một số loại tế bào gốc. Tương tự, các dữ liệu protein của tế bào gốc cũng đã được tiếp cận bằng cách sử dụng quang phổ khối. Các phương pháp này đang bắt đầu cung cấp một phương tiện quý giá để mô tả và phân loại các loại tế bào gốc khác nhau và các cơ chế phân tử giúp cho chúng các đặc tính chuyên biệt.

2. Sự "gốc" của tế bào

Khái niệm này đã được dùng để miêu tả các đặc điểm phân tử thiết yếu của tế bào gốc. Nó cũng được dùng để chỉ ra các chương trình di truyền phổ biến thường thấy giữa các tế bào ES và các tế bào gốc mô (tế bào HS và NS). Một số gene thông thường, như là các gene đáp ứng với stress, đã được nhận dạng, nhưng việc thiếu tính thống nhất giữa các nghiên cứu khác nhau đã khiến cho khái niệm này bị nghi ngờ về tính chính xác.

3. Các gene chủ chốt có liên quan đến việc điều hòa tế bào ES

Nghiên cứu gần đây đã bắt đầu xác định các gene tham gia vào việc điều hóa chức năng của tế bào gốc. Ví dụ, các gene Pou5f1 (Oct3/4), Nanog và Sox2 điều khiển hệ thống mạng lưới chủ chốt điều hòa gene để duy trì tính tự làm mới và tính vạn năng của các tế bào ES chuột và người. Tương tự, người ta thấy rằng sự tương tác và tính cân bằng giữa các nhân tố phiên mã Pou5f1, Cdx2 và Gata6 quyết định số phận của các tế bào ES chuột: kích thích Cdx2 sẽ biệt hóa tế bào ES thành các tế bào lá phôi, trong khi kích thích Gata6 sẽ biệt hóa tế bào ES thành lớp nội bì nguyên thủy. Các phân tích này đã cung cấp các manh mối về chức năng của tế bào gốc và dẫn tới các phương thức hiệu quả hơn để thao tác trên tế bào gốc nhằm phục vụ cho việc trị liệu trong tương lai.

2. Ứng dụng của tế bào gốc

ỨNG DỤNG CỦA SINH HỌC TẾ BÀO GỐC TRONG Y HỌC LÂM SÀNG (phần 1)

I. Các ứng dụng của sinh học tế bào gốc trong y học lâm sàng:

Tổn thương cơ quan cơ thể và các đáp ứng miễn dịch kèm theo khởi đầu cho hàng loạt các quá trình sửa chữa trong cơ thể, bao gồm sự tăng sinh tế bào gốc, sự di cư và biệt hóa, thường được kết hợp với sự tăng sinh mạch máu và tái cấu trúc hệ thống ma trận ngoại bào. Các tế bào gốc nội nguyên trong mô như gan và da có một khả năng tái tạo tuyệt vời, trong khi tim và não có khả năng tự sửa chữa hạn chế hơn nhiều. Trong những tình huống hiếm gặp, các tế bào gốc lưu thông trong cơ thể có thể đóng góp vào các phản ứng tái tạo bằng cách di cư đến mô tổn thương và biệt hóa thành các loại tế bào đặc trưng cho cơ quan đó. Mục đích của liệu pháp tế bào gốc là đẩy mạnh sự thay thế tế bào trong các cơ quan đã bị tổn thương vượt khỏi khả năng tự sửa chữa của nó.

II. Các nguồn của tế bào gốc dùng cho việc tái tạo mô:

Các loại tế bào gốc khác nhau, bao gồm tế bào phôi (ES), tế bào gốc dây rốn, tế bào gốc sinh dưỡng đặc trưng cho cơ quan (như tế bào gốc thần kinh để chữa các bệnh về não) và các tế bào gốc sinh dưỡng có khả năng tạo ra các loại tế bào đặc trưng cho cơ quan mục tiêu hơn là cho cơ quan hiến (như các tế bào gốc trung mô từ tủy xương dùng cho việc tái tạo tim).

Tế bào ES tự tái tạo không ngừng, vì thế 1 tế bào đơn với các tính trạng được miêu tả cẩn thận có thể tạo nên một lượng lớn tế bào phù hợp về miễn dịch với những bệnh nhân cấy ghép tiềm năng. Tuy nhiên, cơ chế điều khiển sự biệt hóa của các tế bào này hoặc các quá trình hạn chế sự tăng sinh hàng loạt vẫn chưa được hiểu biết rõ.

Các tế bào ES của người rất khó nuôi cấy và mọc rất chậm. Tế bào ES có khuynh hướng phát triển các kiểu nhân bất thường và có khuynh hướng hình thành khối u ác nếu chúng không được biệt hóa thành các loại tế bào mong muốn trước khi đưa vào cấy ghép. Nghiên cứu về tế bào ES ở người vẫn đang trong vòng tranh cãi, và việc sử dụng chúng trong các ứng dụng lâm sàng có khả năng là không thể chấp nhận được đối với một số bệnh nhân và bác sĩ, bất chấp tiềm năng to lớn của chúng. Một số kỹ thuật chuyển nhân tế bào (“tạo dòng trị liệu”) cho thấy một cách khác để tạo nên các dòng tế bào ES có đặc tính di truyền giống hệt như bệnh nhân. Người ta còn có thể thu nhận các tế bào gốc vạn năng từ nguyên bào tinh trong tinh hoàn người trưởng thành, cung cấp một chiến lược mới để tạo nên các tế bào gốc không khác biệt về mặt di truyền.

Tế bào gốc máu dây rốn không gây nên các phản ứng mảnh ghép chống túc chủ nhiều như tế bào gốc tủy xương. Chúng ít bị giới hạn về hòa hợp HLA hơn là các tế bào gốc tủy xương trưởng thành, và chúng cũng ít khi bị nhiễm herpes virus.

Tuy nhiên, người ta vẫn chưa rõ chúng có thể tạo nên bao nhiêu loại tế bào, và các phương pháp biệt hóa chúng thành các loại kiểu hình không phải tế bào tạo máu hiện nay vẫn còn chưa phát triển. Số lượng tế bào từ một nguồn hiến cũng rất hạn chế.

Tế bào gốc đa tiềm năng đặc trưng cho cơ quan thường đã được đặc trưng hóa và có thể dễ dàng cảm ứng để biệt hóa thành các loại tế bào khác hơn. Các tế bào này có thể thu nhận được từ bệnh nhân và nuôi cấy gia tăng số lượng, từ đó có thể khắc phục được các vấn đề liên quan đến sự không đồng thuận di truyền.

Các tế bào đa tiềm năng thường dễ thu nhận được từ tủy xương nhưng khó phân lập hơn từ các mô khác, như tim và não. Các nỗ lực đáng kể vì thế đang được tận dụng để có thể thu nhận được nhiều nguồn tế bào gốc vạn năng hơn, như là các tế bào gốc trung mô tủy xương (MSCs), hoặc tế bào gốc từ mô mỡ, để sử dụng cho các chiến lược tái tạo mô.

Bằng chứng nuôi cấy mô cho thấy là các quần thể tế bào gốc này có thể tạo ra rất nhiều loại tế bào khác nhau, bao gồm tế bào cơ tim, tế bào sụn, tế bào dây chằng, tế bào xương, cơ, tế bào mỡ, gan, và thần kinh, thông qua quá trình gọi là chuyển biệt hóa.

Tuy nhiên, người ta vẫn chưa rõ là các tế bào biệt hóa này có hiệu quả như thế nào khi tái nhập vào trong các cơ quan, sống sót và thực hiện chức năng sau khi được cấy ghép in vivo. Các nghiên cứu trước đây về tế bào gốc thu nhận từ tủy xương, cấy ghép vào tim, gan, và các cơ quan khác cho thấy các tế bào này đã biệt hóa thành những loại tế bào được trưng cho cơ quan đó.

Các nghiên cứu gần đây, tuy nhiên, lại cho thấy rằng tế bào gốc đã hòa nhập vào với các tế bào nguyên thủy cư trú trong cơ quan. Các nghiên cứu sâu hơn là rất cần thiết để quyết định liệu chuyển biệt hóa của MSCs hoặc các tế bào gốc khác xảy ra ở một tần số đủ lớn để có thể trở nên hữu dụng cho liệu pháp thay thế tế bào hay không.

Bất kể nguồn gốc của các tế bào gốc sử dụng trong trị liệu tái tạo, một số vấn đề vẫn cần phải được khắc phục để có thể thúc đẩy sự phát triển của việc ứng dụng lâm sàng.

Các biện pháp này bao gồm việc phát triển các phương pháp đáng tin cậy tạo nên một số lớn các loại tế bào đặc trưng, tối thiểu hóa nguy cơ hình thành khối u hoặc sự tăng sinh không thích hợp của các loại tế bào, đảm bảo khả năng sống sót và thực hiện chức năng của các tế bào cấy ghép, khắc phục sự thải loại di truyền khi không sử dụng mảnh ghép tự thân, và làm cho việc tái hình thành mạch của mô tái tạo có thể diễn ra dễ dàng hơn. Mỗi hệ thống cơ quan có thể sẽ có những vấn đề đặc trưng của cơ quan đó mà liệu pháp tế bào gốc cũng cần phải xem xét.

 

ỨNG DỤNG CỦA SINH HỌC TẾ BÀO GỐC TRONG Y HỌC LÂM SÀNG (phần 2)

I. Các phương án thay thế bằng tế bào gốc:

Cấy ghép tế bào gốc không phải là một khái niệm mới và nó đã trở thành 1 phần của trị liệu y học. Tế bào gốc tạo máu chịu trách nhiệm cho việc thường xuyên tạo ra tất cả các thành phần máu ở người tiếp nhận cấy ghép tủy xương. Cấy ghép tế bào gốc tạo máu là tiêu chuẩn vàng mà các phương pháp cấy ghép tế bào gốc khác dựa vào. Cấy ghép tế bào đã biệt hóa cũng là một thực tiễn lâm sàng, như các cơ quan hiến tặng (gan, thận) và mô (mắt, giác mạc, da) thường được sử dụng để thay thế các cơ quan bị hư hỏng. Tuy nhiên, nhu cầu lâm sàng cho các cơ quan và mô có thể cấy ghép vượt quá nhiều lần so với nguồn cung cấp có sẵn, và đối với một số bộ phận như não, việc cấy ghép cơ quan là rất giới hạn. Tế bào gốc đã mở ra một nguồn tái tạo mới cho hầu như tất cả các cơ quan trong cơ thể.

Ít nhất 3 khái niệm trị liệu khác nhau cho việc thay thế tế bào đã được nhắc tới: (1) tiêm tế bào gốc trực tiếp vào vùng cơ quan bị thương tổn hoặc vào hệ tuần hoàn, cho phép chúng di chuyển đến mô thương tổn; (2) biệt hóa in vitro tế bào gốc, sau đó cấy ghép chúng vào một cơ quan bị thương tổn, như tế bào đảo tụy có thể được hình thành từ tế bào gốc trước khi cấy ghép vào bệnh nhân tiểu đường, trong khi tế bào cơ tim có thể được tạo ra để điều trị bệnh tim thiếu máu cục bộ; và (3) kích thích các tế bào gốc nội sinh tiến hành sửa chữa, như sử dụng các yếu tố tăng trưởng hợp lý để gia tăng số lượng các tế bào tiền thân hoặc điều khiển chúng biệt hóa thành loại tế bào mong muốn. Ngoài các phương pháp này, sự hình thành của các mô ex vivo hoặc in situ cũng cung cấp các phương tiện khác giúp tái tạo mô. Tế bào gốc cũng là các phương tiện tuyệt vời để ứng dụng vào lĩnh vực liệu pháp gene.

Hình: Các chiến lược cấy ghép tế bào gốc. 1. Tế bào gốc chưa biệt hóa hoặc biệt hóa một phần được tiêm trực tiếp vào cơ quan mục tiêu hoặc tiêm tĩnh mạch. 2. Tế bảo gốc có thể được biệt hóa ex vivo trước khi tiêm vào cơ quan mục tiêu. 3. Các yếu tố tăng trưởng hoặc những loại thuốc khác có thể được tiêm vào để kích thích quần thể tế bào gốc nội sinh.

II. Các cách tiếp cận tế bào gốc đặc trưng cho từng bệnh

1. Bệnh tim thiếu máu cục bộ và việc tái tạo tế bào cơ tim

Bởi tính phổ biến cao của bệnh tim thiếu máu cục bộ, các nhà khoa học đã không ngừng cố gắng nghiên cứu về việc thay thế các tế bào cơ tim. Trước đây, trái tim của người trưởng thành thường được xem là một cơ quan đã biệt hóa hoàn chỉnh không có khả năng tái tạo. Tuy nhiên, tim thật sự là có khả năng đạt được mức độ tái tạo thấp cũng như khả năng tái tạo thành mạch. Việc tái tạo này có thể là nhờ các tế bào gốc cư trú tại tim, và cũng có thể là do các tế bào có nguồn gốc từ tủy xương. Nếu những tế bào này có thể được miêu tả, phân lập và nhân số lượng ex vivo, chúng có thể cung cấp một nguồn tế bào gốc lý tưởng cho ứng dụng trị liệu. Để có thể sửa chữa vách tim có hiệu quả, tế bào phải được đưa vào theo đường toàn thân hay tại chỗ, và các tế bào này phải sống sót, tạo mảnh ghép, và biệt hóa thành các tế bào tim có chức năng, có thể kết hợp cơ học và điện học với các tế bào vách tim túc chủ. Phương pháp tối ưu để đưa tế bào vào cơ thể vẫn chưa xác định được, và các phương pháp thực nghiệm khác nhau đã được áp dụng như đưa vào bên trong vách tim, chuyển vào nội mô của tim, tiêm tĩnh mạch, và tiêm vào động mạch vành. Trong thử nghiệm về chứng nhồi máu cơ tim, một số cải thiện về chức năng đã có thể đạt được sau khi cấy ghép các loại tế bào khác nhau, bao gồm tế bào ES, tế bào gốc tủy xương, tế bào gốc nội mô, và tế bào gốc của mô mỡ. Cụ thể là tế bào gốc tủy xương đã được ứng dụng vào các thử nghiệm lâm sàng cho bệnh tim thiếu máu cục bộ ở người. Các thử nghiệm này chủ yếu là có quy mô nhỏ và có tính ngẫu nhiên, thường kết hợp liệu pháp tế bào và các phương pháp trị liệu phổ thông khác. Mặc dù số phận của tế bào và cơ chế mà chúng có thể thay đổi chức năng tim vẫn còn đang phải xem xét, các nghiên cứu này đã cho thấy được một số tiến triển tuy nhỏ nhưng vẫn đo được trong chức năng tim và, trong một số trường hợp, giảm kích thước vùng bị nhồi máu. Các bằng chứng vượt trội này cho thấy những lợi ích thu được không phải là từ sự hình thành trực tiếp tế bào cơ tim mà từ các hiệu quả gián tiếp của tế bào gốc trên các tế bào túc chủ. Điều này có thể thấy được qua sự phóng thích của các yếu tố tăng trưởng, kích thích hình thành mạch máu và một số cơ chế khác.

2. Bệnh tiểu đường

Sự thành công của việc cấy ghép tế bào tiểu đảo tụy cung cấp bằng chứng rõ ràng nhất cho việc sử dụng tiếp cận bằng tế bào trong điều trị tiểu đường típ 1. Tuy nhiên, nhu cầu về tụy hiến vượt quá rất nhiều lần so với số lượng hiện có, và tỷ lệ sống sót lâu dài của mảnh ghép cũng là một vấn đề lớn hiện nay. Việc tìm kiếm nguồn tế bào gốc có khả năng tự tái tạo và biệt hóa thành các tế bào tiểu đảo tụy vì thế càng được quan tâm.

Việc xoay vòng của tế bào β tụy diễn ra trong tuyến tụy bình thường, mặc dù nguồn gốc của các tế bào β mới này vẫn còn đang trong vòng tranh cãi. Các cố gắng đẩy mạnh quá trình tái tạo nội mô vẫn chưa đưa đạt được kết quả thành công, nhưng vẫn cho thấy tiềm năng phía trước. Một số lượng các loại tế bào khác nhau trở thành ứng cử viên để sử dụng trong y học tái tạo bằng tế bào gốc, bao gồm tế bào ES, tế bào tiền thân của gan, tế bào tiền thân của ống tụy, và tế bào gốc tủy xương. Liệu pháp thành công sẽ phải phụ thuộc vào việc tạo nên một nguồn tế bào có thể khuếch đại số lượng và có khả năng tổng hợp, lưu trữ và phóng thích insulin khi cần thiết, chủ yếu là khi cần đáp ứng với các thay đổi của nồng độ đường huyết. Khả năng tăng sinh của các tế bào thay thế phải được điều chỉnh kỹ càng để tránh sự gia tăng số lượng quá mức của tế bào β dẫn đến hậu quả là hạ đường huyết, và các tế bào này cũng phải vượt qua được sự thải loại miễn dịch. Mặc dù tế bào ES có thể biệt hóa thành các tế bào sản xuất insulin, chúng vẫn có lượng insulin khá thấp và có tỷ lệ chết theo chương trình cao, ngoài ra, chúng còn thiếu khả năng bình thường hóa lượng đường huyết ở mô hình động vật bị tiểu đường. Vì vậy, tế bào ES vẫn chưa phải là công cụ hữu dụng cho việc sản xuất hàng loạt các tế bào biệt hóa tiểu đảo.

Trong suốt quá trình phát triển của phôi, tụy, gan, và dạ dày đều cùng được tạo ra từ lớp trung bì trước, và sự chuyển biệt hóa từ tụy thành gan và ngược lại đã được quan sát thấy trong một số điều kiện bệnh lý. Tế bào gốc đa tiềm năng cũng cư trú trong tuyến dạ dày và ruột. Vì vậy, các tế bào tiền thân gan, tụy, và/hoặc dạ dày có thể là ứng cử viên cho liệu pháp tế bào điều trị tiểu đường.

3. Hệ thần kinh

Tế bào thần kinh đã được biệt hóa từ rất nhiều loại tế bào gốc khác nhau. Tế bào ES ở người cũng có thể được cảm ứng để tạo ra tế bào gốc thần kinh, và các tế bào này có thể tạo ra tế bào thần kinh, tế bào ít nhánh, và tế bào hình sao. Các tế bào thần kinh đã được cấy ghép vào não chuột và cho thấy có sự hình thành của các loại tế bào phù hợp, cũng như không hình thành khối u. Tế bào gốc đa năng hiện diện trong não người trưởng thành cũng có thể tạo nên tất cả các loại tế bào thần kinh chính, nhưng vẫn cần có những quy trình xâm nhập cần thiết để có thể thu nhận được tế bào tự thân. Tế bào gốc thần kinh từ bào thai của những trường hợp sẩy hoặc bỏ thai là một phương cách khác, và người ta đã bắt đầu một thử nghiệm lâm sàng sử dụng các tế bào gốc thần kinh dạng này để điều trị bệnh Batten. Sự chuyển biệt hóa của tế bào gốc tủy xương và tế bào gốc từ mô mỡ thành tế bào gốc thần kinh, hoặc ngược lại đã được ghi nhận, và thử nghiệm lâm sàng của các tế bào này cũng đã được tiến hành cho một số bệnh lý bất thường về thần kinh. Các thử nghiệm lâm sàng sử dụng dòng tế bào được bất tử hóa có điều kiện hoặc các tế bào máu dây rốn để điều trị đột quỵ cũng đang được lên kế hoạch thực hiện. Các rối loạn thần kinh thường được nhắm tới trong liệu pháp tế bào gốc bao gồm chấn thương cột sống, bệnh thoái hóa cơ, đột quỵ, chấn thương não, bệnh Batten, bệnh Parkinson. Trong trường hợp bệnh Parkinson, bệnh xuất hiện chủ yếu do việc một nguồn tế bào là các tế bào thần kinh sản xuất dopamin bị mất đi. Việc cấy ghép tế bào sản xuất dopamine biệt hóa từ tế bào gốc tạo ra một số lợi điểm, bao gồm việc tế bào gốc có khả năng di chuyển tới và phân phối khắp các mô trong cơ thể, tiềm năng điều khiển việc sản xuất dopamine, và khả năng tạo thành các tế bào có thể sản xuất ra những yếu tố có thể gia tăng khả năng sống sót của tế bào. Tuy vậy, một trong những khó khăn cần phải vượt qua là xác suất dẫn đến chứng rối loạn vận động sau điều trị.

Ít nhất một số bất thường thần kinh sau khi bị chấn thương cột sống phản ánh hiện tượng mất myelin trong sợi thần kinh, và cả tế bào ES cũng như tế bào gốc từ tủy xương đều có thể tái tạo myelin dễ dàng sau khi điều trị thử nghiệm chấn thương cột sống. Các thử nghiệm lâm sàng về tế bào gốc tủy xương cũng mới vừa được bắt đầu tiến hành, và đây có thể là loại bệnh lý đầu tiên mà ứng dụng lâm sàng của tế bào ES sẽ nhắm tới. Tế bào gốc tủy xương cũng được sử dụng để điều trị đột quỵ, chấn thương não bộ, và xơ hóa cơ, là những trường hợp mà tác dụng của nó thường được ghi nhận là do hiệu ứng của quá trình tái myelin hóa hơn là thay thế tế bào thần kinh. Hiện nay, chưa có quần thể tế bào gốc cấy ghép nào cho thấy có thể tạo nên tế bào thần kinh có khả năng kéo dài các axon qua một khoảng cách lớn để hình thành liên kết thần kinh.

4. Gan

Cấy ghép hiện nay vẫn là giải pháp hữu hiệu nhất đối với giai đoạn cuối của các bệnh gan, nhưng cách tiếp cận này rất hạn chế vì vấn đề thiếu hụt nguồn gan ghép. Thử nghiệm lâm sàng của cấy ghép tế bào gan cho thấy quy trình này có thể thực hiện thay cho việc ghép cơ quan, nhưng sự khan hiếm nguồn tế bào cũng hạn chế cách trị liệu này. Những nguồn tế bào gốc tiềm năng bao gồm tế bào gốc gan nội sinh (như các tế bào bầu dục), tế bào ES, tế bào tủy xương, và tế bào máu dây rốn. Mặc dù hàng loạt các nghiên cứu trên người cũng như trên động vật đều cho thấy rằng tế bào gốc tủy xương có thể hình thành tế bào gan, hiện tượng này phản ánh rộng rãi sự hợp nhất của tế bào cấy ghép với tế bào gan nội sinh. Tế bào ES đã được biệt hóa thành tế bào gan và ghép vào mô hình động vật có các rối loạn về gan và cho thấy là không hình thành khối u ác tính.

5. Các hệ thống cơ quan khác và tương lai của chúng

Việc sử dụng tế bào gốc trong y học tái tạo đã được nghiên cứu trong nhiều hệ cơ quan và loại tế bào khác nhau, bao gồm da, mắt, sụn, xương, thận, phổi, màng trong dạ con, mao mạch, cơ trơn, cơ vân, và các cơ quan khác. Trên thực tế, tiềm năng sử dụng tế bào gốc cho việc tái tạo các cơ quan và mô tổn thương là vô hạn. Tuy nhiên, vô số rào cản cần phải được khắc phục trước khi liệu pháp tế bào gốc có thể trở thành hiện thực lâm sàng rộng rãi. Chỉ mới có tế bào gốc tạo máu là được miêu tả đầy đủ bằng các dấu ấn bề mặt, cho phép định danh rõ ràng và có thể đưa vào ứng dụng trong lâm sàng. Con đường để biệt hóa tế bào gốc thành các kiểu hình tế bào đặc trưng vẫn chưa được biết rõ, sự di cư của tế bào cấy ghép chưa được kiểm soát, và đáp ứng của tế bào với môi trường của cơ quan bị bệnh là không thể dự đoán trước được. Các chiến lược trong tương lai có thể sử dụng phương pháp đưa vào cơ thể cùng lúc hệ thống ma trận ngoại bào nhân tạo, và/hoặc các nhân tố tăng trưởng để có thể bố trí sao cho tế bào gốc có thể biệt hóa và tổ chức hợp lý phù hợp với cơ quan túc chủ. Các kỹ thuật hình ảnh cũng rất cần thiết để có thể định vị tế bào gốc in vivo sau khi cấy ghép. Các trở ngại cực kỳ quan trọng khác bao gồm sự hình thành khối u ác tính và sự thải loại miễn dịch. Nhiều chiến lược sử dụng tế bào gốc thay thế đều sử dụng yếu tố tăng trưởng nội mô (VEGF) đưa vào cùng lúc để kích thích sự phân bố mạch máu cần thiết cho sự sống sót và thực hiện chức năng của mảnh ghép. Một số tế bào gốc còn được thiết kế thêm bằng cách gắn thêm vào một gene tự sát, nhờ đó khi có sự xuất hiện của khối u hoặc các biến chứng khác thì các tế bào này sẽ tự động bị loại bỏ. Tiềm năng của các chiến lược tế bào gốc trong cuộc cách mạng hóa chăm sóc y tế là vô tận, và các bệnh lý như nhồi máu cơ tim, tiểu đường, bệnh Parkinson và các bệnh khác là những mục tiêu rất hấp dẫn. Tuy nhiên, các chiến lược này vẫn còn đang ở thời kỳ đầu của quá trình phát triển, và để thật sự hoàn thiện hóa kỹ thuật nhằm cấy ghép lâm sàng các tế bào nằm trong tầm kiểm soát là một con đường rất khó khăn và tốn nhiều thời gian thực hiện.

III. Các vấn đề đạo đức

Việc các tế bào gốc gây nên những vấn đề tranh cãi về mặt đạo đức cần phải được quan tâm giải quyết song song với việc tiếp cận các tiềm năng khoa học và y học. Xã hội của chúng ta có rất nhiều tín ngưỡng tôn giáo, các quan niệm về quyền cá nhân, sự chịu đựng các nguy cơ và điều không chắc chắn, và ranh giới cho việc những can thiệp khoa học nên được sử dụng như thế nào để thay đổi hậu quả của bệnh tật. Ở Mỹ, chính quyền liên bang đã cho phép nghiên cứu sử dụng tế bào ES trước năm 2001, nhưng đã nghiêm cấm sử dụng quỹ liên bang cho việc phát triển các dòng tế bào ES mới ở người. Tuy nhiên, các dòng tế bào đã tồn tại này đang phát triển những điểm bất thường theo thời gian nuôi cấy và lây nhiễm chéo với protein của chuột. Điều này đã dẫn tới những tranh cãi mới xoay quanh việc có nên cho phép phát triển các dòng tế bào ES mới ở người hay không.

Để nhìn được rõ hơn các vấn đề về đạo đức liên quan tới việc sử dụng tế bào gốc, chúng ta có thể rút ra được kinh nghiệm từ các tiến bộ khoa học trước đó và từng vấp phải tranh cãi như cấy ghép nội tạng, kỹ thuật tái tổ hợp DNA, cấy ghép các thiết bị máy vào cơ thể, nghiên cứu về khoa học thần kinh và nhận thức, thụ tinh trong ống nghiệm, và chẩn đoán di truyền trước sinh. Từ những trường hợp này và những trường hợp trước đó, chúng ta có thể nhận ra được tầm quan trọng của việc hiểu và kiểm tra sinh học cơ bản trong phạm vi phòng thí nghiệm và trên mô hình động vật trước khi ứng dụng các kỹ thuật mới vào thử nghiệm lâm sàng. Khi các thử nghiệm này diễn ra, cần phải có bản cam kết hợp lệ của người tham gia, và có quy trình đánh giá cẩn thận của các nhóm kiểm định độc lập.

Cuối cùng, can thiệp y học sẽ là khả thi về mặt khoa học nhưng lại không chấp nhận được về mặt đạo đức và xã hội học bởi một vài thành viên trong xã hội. Nghiên cứu tế bào gốc đã liên tục nêu ra các vấn đề đáng suy nghĩ về định nghĩa của cuộc sống con người, và đồng thời cho thấy nỗi lo sợ sâu xa của chúng ta về khả năng cân bằng các vấn đề về sự công bằng, tính an toàn của nghiên cứu với nhu cầu thiết yếu của các bệnh nhân hiểm nghèo. Những nhà cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe và các chuyên gia với nền tảng kiến thức về đạo đức, luật pháp, và xã hội học phải cùng chung sức ngăn chặn những ứng dụng liệu pháp tế bào gốc không thích hợp hoặc chưa đủ tính thuyết phục vào thực tế, cũng như ngăn chặn việc sử dụng bất hợp pháp các nhóm dân cư thiểu số. Mặt khác, các liệu pháp này lại cung cấp những chiến lược mới cực kỳ quan trọng cho việc điều trị các bệnh lý hiểm nghèo. Một cuộc đối thoại cởi mở và thẳng thắn giữa cộng đồng khoa học, các bác sĩ, bệnh nhân, và luật sư của họ, các nhà lập pháp, và cộng đồng dân cư nói chung sẽ giúp cho việc đưa ra và tiếp cận tìm cách giải quyết các vấn đề đạo đức và cân bằng lợi ích cũng như các mối lo ngại liên quan đến vấn đề cấy ghép tế bào gốc.

3. Tế bào gốc tạo máu

Tế bào gốc tạo máu  (phần 1)

Tất cả các type tế bào trong máu ngoại vi và một số tế bào trong mỗi tổ chức của cơ thể đều được sinh ra từ tế bào gốc tạo máu (Hematopoietic Stem Cells – HSC). Nếu HSC bị tổn thương và mất chức năng (VD: sự cố nhà máy điện nguyên tử Chemobyl), người ta chỉ có thể sống sót từ 2 – 4 tuần nếu không có các phương tiện hỗ trợ đặc biệt. Với việc ứng dụng HSC trên lâm sàng, mỗi năm đã có hàng ngàn người được cứu sống. Hàng ngày những HSC sản xuất hàng chục tỷ tế bào máu từ một quần thể tế bào gốc (TBG). Vậy, các TBG thực hiện khả năng đó như thế nào, và làm thế nào chúng tồn tại nhiều thập kỷ bất chấp yêu cầu về sản lượng, cũng như làm thế nào để sử dụng chúng trong lâm sàng tốt hơn đang là vấn đề được quan tâm của y học.

Nghiên cứu sản suất tế bào máu đã trở thành kiểu mẫu cho việc làm thế nào để tạo ra và điều chỉnh các mô khác. Những nghiên cứu cơ bản về tạo máu bao gồm: xác định những cung bậc thay đổi về phân tử, đồng hành với thay đổi về chức năng; tập trung các tế bào trong những dưới nhóm chức năng; và chứng minh sự điều hoà HSC bởi vi môi trường được chuyên biệt hóa đang là những ý tưởng được thực hiện trong ngành huyết học, nhưng chúng cũng cung cấp các mô hình cho các nghiên cứu về các mô khác.

Hơn nữa, những ý tưởng này có thể không bị hạn chế đối với chức năng mô bình thường nhưng mở rộng với khối u ác tính. Những TBG là những tế bào hiếm trong quần thể các type tế bào đa dạng, và sự hoạt động của chúng được đánh giá chủ yếu trong các mô hình tái lập khả năng tạo máu trên động vật thực nghiệm. Vì thế, những gì mà chúng ta biết về TBG là chưa chính xác và dựa trên sự suy đoán từ những động vật chuyển gene.

Những chức năng chủ yếu của HSC

Tất cả các loại TBG đều có 2 chức năng chủ yếu: tự thay mới và biệt hóa. TBG hiện diện để sinh sản, bảo trì và sửa chữa tổ chức. Chúng thể hiện thành công chức năng khi chúng có thể thay thề nhiều loại tế bào trưởng thành có đời sống ngắn vượt qua các thời kỳ kéo dài.

Tiến trình tự thay mới đảm bảo một quần thể TBG có thể được duy trì vượt thời gian. Không có sự tự làm mới, TBG có thể bị suy kiệt qua thời gian và không thể duy trì được tổ chức. Tiến trình biệt hóa cung cấp những nhân tố tác động của chức năng mô: những tế bào trưởng thành. Không có sự biệt hóa thích hợp, tính toàn vẹn của chức năng mô sẽ bị tổn thương và dẫn tới suy cơ quan.

Tế bào gốc tạo máu  (phần 2)

Những đặc trưng cơ bản của tế bào gốc

Những TBG có 2 đặc trưng cơ bản: khả năng biệt hóa thành nhiều loại tế bào trưởng thành và khả năng tự thay mới. Những yếu tố thuộc về bản chất liên quan với khả năng tự thay mới bao gồm: Bmi-1, Gfi-1, PTEN, STAT5, Tel/Atv6, p21, p18, MCL-1, Mel-18, RAE28, và HoxB4.

Những tín hiệu khác cho sự tự thay mới bao gồm: Notch, Wnt, SHH, và Tie2/Ang-1. Căn cứ chủ yếu trên các nghiên cứu ở chuột, HSC biểu lộ các phân tử trên bề mặt tế bào gồm: CD34, Thy-1 (CD90), thụ thể c-Kit (CD117), CD133, CD164, và c-Mpl (CD110 – thụ thể dành cho thrombopoietin).

Trong máu, các tế bào trưởng thành có đời sống trung bình khác nhau: từ 7 giờ đối với bạch cầu đa nhân trung tính, vài tháng đối với hồng cầu, tới nhiều năm đối với các lympho trí nhớ miễn dịch.

Tuy nhiên, quần thể TBG là nguồn ổn định lâu dài trọng yếu của toàn bộ các tế bào máu và miễn dịch, duy trì khả năng sản xuất một loạt các loại tế bào từ một nguồn tế bào duy nhất và vẫn giữ được sự sung mãn vốn có qua hàng chục năm của đời người.

Vì có khả năng phân chia riêng rẽ, TBG có thể thực hiện 1 trong 3 cách thức phân chia: hình thành 2 TBG, 2 tế bào để biệt hóa, hoặc 1 TBG và 1 tế bào biệt hóa. Hai cách đầu là kết quả của sự phân chia tế bào đối xứng, còn cách sau cùng là cách phân chia tế bào bất đối xứng. Mối cân bằng giữa các cách thức này có thể thay đổi trong quá trình phát triển và tùy thuộc vào những dạng nhu cầu cụ thể trên quần thể TBG.

Sinh lý học HSC

Trong quá trình phát triển, các tế bào máu được sinh ra ở nhiều vị trí khác nhau. Ban đầu, màng phôi cung cấp những tế bào hồng cầu, sau đó có vài nơi trong phôi sản xuất các tế bào máu. Các vị trí trong phôi tham gia theo một trật tự liên tiếp, di chuyển từ dải mầm – nơi mà động mạch, mô tuyến sinh dục và trung thận đang hình thành, tới gan thai nhi, sau đó, ở tam cá nguyệt thứ 2, đến lượt tủy xương và lách. Cùng với sự thay đổi nơi cư trú, các TBG cũng thay đổi khả năng sản xuất dồi dào các tế bào của chúng, tăng mạnh sự phức tạp các loại tế bào từ những tế bào mang oxy đơn thuần đến sự hình thành các tiểu cầu hỗ trợ cho hệ thống mạch máu, các tế bào miễn dịch bẩm sinh, và cuối cùng là các tế bào miễn dịch đặc hiệu. Sự sinh sôi TBG được duy trì ở mức cao, ngay cả trong tủy xương, đến sau khi sinh một thời gian ngắn thì chúng giảm mạnh. Người ta cho rằng, các tế bào trong tủy xương được vận chuyển từ gan thai nhi tới sau khi các xương dài bắt đầu canxi hóa. Những HSC có mặt trong tuần hoàn suốt cả cuộc đời, tuy thời gian chúng xuất hiện tự do khá ngắn ngủi (vài phút ở chuột), nhưng chúng có chức năng và có thể sử dụng cho việc cấy ghép. Có một số phương pháp để tăng số lượng TBG trong tuần hoàn để tạo thuận lợi cho việc thu hoạch và truyền cho cùng hoặc khác người nhận.

Quá trình di chuyển của HSC

Người ta cho rằng quá trình di cư tới và xuất hiện ở trong tủy xương của TBG là do một loạt những tương tác phân tử. Các TBG trong tuần hoàn (thông qua CD162 và CD44) gắn vào các phân tử lectins P- và E-selectin trên bề mặt tế bào nội mô để làm chậm sự di chuyển tế bào tới hiện tượng xoay vòng. Sau đó, các cầu nối của TBG được hoạt hóa để tạo thành sự kết dính vững chắc giữa TBG và thành mạch, thông qua một chức năng đặc biệt quan trọng cho sự gắn kết giữa phân tử VCAM-1 trên TBG và phân tử VLA-4 trên tế bào nội mô. Yếu tố hóa hướng động tế bào CXCL12 (SDF1) tương tác với thụ cảm thể CXCR4 trên bề mặt TBG cũng có vai trò quan trọng trong tiến trình TBG di chuyển từ tuần hoàn tới vị trí cấy ghép trong tủy xương. Đây là điều chính yếu trong sự di chuyển phát triển của TBG từ gan thai nhi tới tủy xương, tuy nhiên chức năng của phân tử này ở người trưởng thành biểu thị mối liên quan đối với sự duy trì TBG trong tủy xương hơn là tiến trình di chuyển chúng. Sự phá vỡ tiến trình duy trì trên bằng các chất ức chế phân tử đặc hiệu của tương tác CXCR4/CXCL12, phân tách CXCL12, hoặc giảm điều hòa thụ thể có thể dẫn đến kết quả là giải phóng TBG vào trong tuân hoàn. Tiến trình này là xu hướng quan trọng đang tăng lên trong việc thu lại TBG cho điều trị vì nó cho phép thu hoạch TBG bằng cách lọc bạch cầu hơn là phải chọc tủy xương trong phòng mổ. Hiểu biết về cách thức TBG vào và ra khỏi tủy xương có thể cải thiện khả năng thu được TBG và làm cho chúng năng xuất hơn khi tìm ra cách chúng đi tới những vị trí đặc hiệu để sản xuất tế bào máu, còn được gọi là các “hốc” TBG.

Vi môi trường HSC

Ý tưởng về một vi môi trường đặc hiệu hoặc hốc TBG là giả thuyết đầu tiên để giải thích tại sao các tế bào phân lập từ tủy xương của một động vật có thể được sử dụng trong cấy ghép và lại được tìm thấy trong tủy xương của đối tượng nhận. Tuy nhiên, hốc TBG này có vai trò hơn việc chỉ là nơi cư trú cho TBG. Nó là vị trí giải phẫu với những tín hiệu điều hòa cho phép TBG phát triển mạnh để mở rộng khi cần, và cung cấp một lượng thay đổi tế bào con cháu hậu duệ. Hơn nữa, khi sự tăng trưởng của TBG không được điều hòa có thể trở thành cơ sở mơ hồ cho trạng thái bất biệt hóa và khả năng tự thay mới của chúng. Vì thế, hốc cũng phải điều hòa số lượng TBG đươc sản xuất. Theo cách này, hốc có chức năng kép vừa là vị trí nuôi dưỡng, vừa là giới hạn nghiêm khắc cho các TBG, hay nói theo cách khác: hốc hoạt động vừa như một cái tổ và vừa như một cũi.

Hốc TBG máu thay đổi với mỗi vị trí sản xuất máu trong quá trình phát triển, nhưng hầu hết đời người nó cư ngụ ở tủy xương. Với tủy xương, ít nhất có 2 vị trí có hốc: bề mặt những xương xốp, và ở trong khoảng quanh mạch. TBG có thể được tìm thấy ở cả 2 nơi bằng phân tích tổ chức học và sự điều hòa chức năng được thể hiện trên bề mặt xương. Đặc biệt, các tế bào trung mô tạo xương và các tạo cốt bào, có vai trò trong việc hình thành chức năng của HSC, và ảnh hưởng tới nơi cư trú, sự nhân lên và số lượng của chúng. Cơ sở cho phản ứng này là thông qua số lượng vị trí trung gian các phân tử, như CXCL12 (SDF1), N-cadherin, thông qua các tín hiệu cho sự sinh sôi được trung gian bởi angiopoietin 1, và các tín hiệu điều chỉnh sự tự thay mới hoặc sống sót bởi các yếu tố như các phối tử Notch, kit và Wnts. Các thành phần xương khác như glycoprotein matrix ngoại bào, osteopontin, và nồng độ ion canxi cao ở bế mặt xương xốp, góp phần vào vi môi trường độc nhất đó, hoặc hốc TBG trên những xương xốp. Cơ sở sinh lý này đã có những áp dụng thiết thực. Thứ nhất, những thuốc làm biến đổi các thành phần của hốc có thể có hiệu quả trên chức năng TBG. Ngày nay, đã biết một số hợp chất đó, trong đó có một vài hợp chất đang được thử nghiệm lâm sàng. Thứ hai là hiện nay có thể đánh giá được liệu hốc này có đóng góp vào tình trạng bệnh lý không và để kiểm tra xem liệu mục tiêu cho thuốc tác động lên hốc có thể làm thay đổi bệnh cảnh của những bệnh cụ thể không?

Khả năng vượt trội của HSC

Trong trường hợp không có bệnh tật, cơ thể không bao giờ cạn kiệt HSC. Thực vậy, một loạt những nghiên cứu cấy ghép trên chuột đã gợi ý rằng có đủ lượng TBG để tái cấu trúc thành công một vài động vật, trong đó mỗi cá thể đều có sự sản xuất tế bào máu bình thường. Trên thực tế những người nhận cấy ghép TBG dị gien cũng không bao giờ cạn kiệt tế bào máu trong suốt đời sống của họ, có thể kéo dài hàng thập kỉ, chứng tỏ thậm chí có thể truyền một lượng TBG cho họ cũng đủ. Vậy cơ chế TBG đáp ứng với các điều kiện khác nhau để tăng hoặc giảm sản xuất tế bào trưởng thành của chúng vẫn còn chưa được sáng tỏ. Rõ ràng, cơ chế feedback âm tính ảnh hưởng đến mức độ sản xuất của hầu hết các tế bào, dẫn đến việc điều hòa chặt chẽ số lượng tế bào máu bình thường. Tuy nhiên, có nhiều cơ chế điều hòa mà sự sản xuất mang tính chi phối của các tế bào tổ tiên trưởng thành hơn không thích ứng hoặc thích ứng khác nhau đối với TBG. Tương tự, hầu hết các phân tử thể hiện khả năng thay đổi kích thước của quần thể TBG có hiệu quả thấp trên tế bào máu trưởng thành hơn. VD: yếu tố tăng trưởng hồng cầu kích thích sản xuất hồng cầu từ những tế bào tiền hồng cầu đã trưởng thành hơn, mà không hiêu quả trên TBG. Tương tự yếu tố kích thích tạo khóm bạch cầu đẩy nhanh sự tăng sinh các tiền bạch cầu nhưng không ảnh hưởng tới chu trình tế bào của TBG.

Hơn nữa, có thể thay đổi sự cư trú của TBG bằng phương pháp trực tiếp bởi các phân tử thay thế (CXCL12) để buộc TBG vào trong hốc của chúng. Các phân tử thể hiện vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh sự tăng sinh của TBG, như chất ức chế kinase phụ thuộc cyclis (p21Cip1), có ít hoặc không có hiệu quả trên sự tăng sinh của các tế bào tổ tiên. HSC có những cơ chế chủ đạo khác biệt với các tế bào mà nó sinh ra.

Tế bào gốc tạo máu  (phần 3)

Sự biệt hóa HSC.

HCS nằm ở vị trí gốc của cây phả hệ tế bào, là nguồn gốc của nhiều loại tế bào trưởng thành bao gồm cả hệ thống tạo máu và miễn dịch. Những bước trưởng thành dẫn tới sự hình thành các tế bào máu biệt hóa cuối cùng và có chức năng là kết quả của cả hai quá trình: những thay đổi thuộc về bản chất trong biểu lộ gien và những thay đổi trực tiếp và qua cytokine trong những tế bào này.

Vì TBG phát triển thành tế bào tổ tiên, tế bào tiền thân và cuối cùng là các tế bào tác động trưởng thành, chúng phải trải qua một loạt các biến đổi về chức năng để đạt được các chức năng của tế bào máu trưởng thành như: khả năng thực bào hoặc hemoglobin hóa, đồng thời chúng cũng mất dần một số khả năng như tính mềm dẻo, khả năng trở thành những tế bào khác,…

VD: tế bào gốc tủy xương có thể tạo thành tất cả các tế bào dòng tủy nhưng không thể tạo thành dòng tế bào lympho. Vì thông thường trong quá trình trưởng thành của TBG tủy xương, chúng trở thành các tiền tế bào của hoặc tế bào đơn nhân và bạch cầu hạt, hoặc hồng cầu và tiểu cầu nhưng không thể thành cả hai loại này. Một số sự đảo ngược tiến trình này có thể xuất hiện sớm trong chuỗi biệt hóa nhưng chúng bị mất đi khi qua một giai đoạn nhất định. Và trong quá trình biệt hóa, chúng cũng mất đi khả năng tăng sinh. Bạch cầu hạt trưởng thành không có khả năng tăng sinh và chỉ tăng số lượng thông qua tăng sản xuất từ các tiền bạch cầu. Tế bào lympho duy trì dược khả năng tăng sinh nhưng có sự liên quan tới khả năng nhận diện các protein hoặc peptid đặc biệt bởi các thụ thể dành cho kháng nguyên đặc hiệu trên bề mặt tế bào của chúng.

Trong hầu hết các tổ chức, quần thể tế bào có khả năng tăng sinh đều là quần thể tế bào tổ tiên chưa trưởng thành . Nhìn chung, các tế bào có khả năng tăng sinh cao cũng là những tế bào có đời sống ngắn, chúng thực hiện hành trình của mình thông quá trình biệt hóa trong một chương trình phân tử rõ ràng, bao gồm sự hoạt hóa liên tiếp của các bộ gien đặc thù. Đối với bất kì loại tế bào đặc biệt nào, chương trình biệt hóa đều có khó khăn trong việc tăng tốc độ biệt hóa. Thời gian cho TBG tạo máu trở thành tế bào trưởng thành ở người khoảng 10-14 ngày (bằng chứng lâm sàng là thời gian phục hồi số lượng tế bào máu ở bệnh nhân sau hóa trị liệu tế bào).

Phả hệ của sự biệt hóa:

Những TBG là tế bào đa năng, chúng là nguồn sinh ra tất cả các tế bào con cháu, và có khả năng sản xuất tế bào đời sống ngắn (hàng tháng) hoặc tế bào có đời sống dài (hằng năm). Những tế bào tổ tiên có thể sản xuất một chuỗi tế bào có giới hạn hơn và nhìn chung là quần thể có khả năng tăng sinh cao, đời sống ngắn, cũng được biết như là những tế bào tăng cường thoáng qua. Các tế bào tiền thân là những tế bào được quy định thành một dòng tế bào máu duy nhất nhưng có khả năng tăng sinh liên tiếp. Chúng không có toàn bộ đặc tính cửa một tế bào trưởng thành đầy đủ. Những tế bào trưởng thành là sản phẩm biệt hóa cuối cùng của tiến trình biệt hóa và là những tế bào tác động trong những hoạt động đặc hiệu của hệ thống huyết học và miễn dịch. Sự phát triển thông qua những con đường được trung gian bởi sự biến đổi trong biểu lộ gien. Sự điều hòa hóa trình biệt hóa bởi các yếu tố hòa tan và sự trao đổi thông tin giữa tế bào với tế bào trong hốc tủy xương vẫn còn đang nghiên cứu. Những yếu tố phiên mã đặc trưng cho sự chuyển tiếp tế bào cụ thể được minh họa bằng các mũi tên, các yếu tố hòa tan tham gia vào các tiến trình biệt hóa có màu xanh (sơ đồ).

Tế bào gốc tạo máu  (phần 4)

Sự tự thay mới:

HSC phải cân bằng ba số phận tiềm năng của nó: chết theo chương trình, tự thay mới và biệt hóa. Nhìn chung, sự tăng sinh của tế bào không có liên quan với khả năng trải qua sự phân chia để tự thay mới ngoại trừ những tế bào trí nhớ B,T và các TBG. Khả năng tự thay mới tạo con đường cho sự biệt hóa như một lựa chọn duy nhất sau khi phân chia tế bào để các tế bào rời khỏi căn nhà TBG, đến khi chúng có cơ hội trở thành các lympho trí nhớ. Thêm vào khả năng tự thay mới này, các TBG có khả năng bổ sung những đặc tính cho cơ cấu tăng sinh phát triển. TBG trong hầu hết các tổ chức của người trưởng thành ở trạng thái “ngủ đông”. Trong hệ thống tạo máu, TBG cũng có tính kháng cytokine cao, duy trì tình trạng bất hoạt ngay cả khi các cytokine tác động lên TBG tủy xương để tăng tỉ lệ tăng sinh được tính theo giờ, không tính theo ngày. Ngược lại, người ta cho rằng những TBG phân chia theo những khoảng thời gian tính bằng tháng tới hằng năm, ít nhất cũng đã được xác định ở động vật linh trưởng không phải ở người. Sự “ngủ đông” này rất khó phục hồi in vitro, làm giới hạn khả năng phát triển HSC ở người một cách hiệu quả. Tiến trình đó có thể được kiểm soát bởi mức độ biểu lộ đặc biệt cao của các chất ức chế kinase phụ thuộc cyclin, chất ức chế TBG đi vào chu trình tế bào, ngăn sự chuyển giai đoạn G1-S. Việc điều chỉnh nồng độ các phân tử như p21Cip1 và p18INK4c trong phòng thí nghiệm đã dẫn đến kết quả: tăng sự tăng sinh TBG ( trong những nghiên ở chuột và ở một số tế bào hạn chế ở người). Những tín hiệu ngoại lai từ “hốc” cũng góp mặt để tăng cường sự bất hoạt, bao gồm sự hoạt hóa thụ thể Tie2 dành cho tyrosine kinase trên bề mặt TBG bởi angiopoietin 1 trên bề mặt nguyên tạo cốt bào.

Sự điều hòa quá trình tăng sinh tế bào gốc cũng thay đổi theo tuổi ở chuột, chất ức chế kinase phụ thuộc cyclin (p16INK4a) tích lũy trong TBG ở những động vật già hơn và có liên quan với sự thay đổi trong 5 chức năng khác nhau của TBG trong chu trình tế bào. Giảm sự biểu lộ của p16INK4a ở những động vật già hơn giúp cải thiện chu trình TBG và khả năng tái tổ chức hệ tạo máu trong cơ thể nhận và làm cho chúng giống tương tự như các động vật trẻ hơn. Các tế bào trưởng thành không bị ảnh hưởng. Vì thế, vấn đề các phân tử có chức năng đặc hiệu của TBG dần được sáng tỏ, tạo nên tiềm năng cho những tiếp cận mới để biến đổi chức năng tế bào gốc cho điều trị. Một chức năng cơ bản cửa TBG là điều hòa phân tử của quá trình tự thay mới thì vẫn cò ít hiểu biết.

Đối với y học, sự tự thay mới có lẽ là chức năng quan trọng nhất của TBG vì nó mang tính quyết định trong điều hòa số lượng TBG. Số lượng TBG là một thông số giới hạn chủ yếu cho cả hai kĩ thuật cấy ghép tự thân và dị gien. Chúng ta có khả năng sử dụng lượng TBG ít hơn hoặc phát triển số lượng có hạn TBG ở ngoài cơ thể, có thể có cơ sở để giảm tình trạng bệnh tật và chi phí cho việc thu nhận TBG và cho phép sử dụng những nguồn TBG khác. Đặc biệt máu dây rốn là một nguồn giàu TBG. Tuy nhiên, thể tích những đơn vị máu dây rốn thường rất ít, vì thế toàn bộ số lượng HSC thu được nhìn chung chỉ để ghép cho bệnh nhân nhỏ hơn 40 kilogam. Giới hạn này đã hạn chế các ứng dụng của nguồn TBG đầy hứa hẹn này. Có 2 đặc tính của những TBG máu dây rốn đặc biệt quan trọng:

  • Có nguồn gốc từ sự đa dạng của các cá thể, vượt xa khỏi nhóm người cho trưởng thành, và vì thế có thể khắc phục được sự bất đồng miễn dịch chủ yếu.
  • TBG máu dây rốn có số lượng lớn tế bào T, nhưng ngược lại chúng có liên quan tới tỉ lệ phản ứng mảnh ghép chống túc chủ thấp hơn khi so sánh với cấy ghép TBG không tương đồng từ những nguồn khác.

Nếu thông qua sự tự thay mới để phát triển đủ lượng TBG thì có thể sử dụng để cấy ghép cho người trưởng thành lớn hơn. Một cách tiếp cận khác đối với vấn đề này lả cải thiện hiệu quả ghép của TBG người cho. Công nghệ ghép đang phát triển những phương pháp bổ sung các thành phần tế bào làm tăng hiệu quả ghép. Hơn nữa, ít nhất cũng có một vài số liệu cho thấy việc tiêu diệt các tế bào NK có thể làm giảm số lượng tế bào gốc cho sự tái tạo hệ tạo máu.

Một số sự hiểu biết hạn chế về sự hiện hữu của quá trình tự thay mới cho thấy nó có liên quan tới những hoạt động của các sản phẩm của gen gây ảnh hưởng lên sự phiên mã. Các sản phẩm này bao gồm một nhóm những chất điều hòa sự phiên mã có chứa kẽm tương tác với cấu trúc nhiễm sắc thể góp phần tiếp cận nhóm gen phiên mã. Những thành phần chủ yếu bao gồm: Bmi-1 và Gfi-1, là những thành phần quan trọng trong việc tạo khả năng tự thay mới của HSC thông qua sự điều chỉnh các chất điều hòa chu trình tế bào như chất ức chế kinase phụ thuộc cyclin.Sự vắng mặt của 1 trong 2 gen này sẽ làm giảm cả số lượng và chức năng của HSC. Ngược lại, sự rối loạn điều hòa Bmi-1 lại có liên quan với Leukemia, nó có thể đẩy mạnh quá trình tự thay mới TBG dòng bạch cầu khi biểu lộ quá mức. Những chất điều hòa phiên mã khác cũng có liên quan tới sự tự thay mới, đặc biệt là yếu tố vi lượng hoặc các gen “hox”. Những yếu tố phiên mã này được đặt tên theo khả năng của chúng đối với các nhóm gen lớn chủ đạo. HoxB4 có khả năng mẫn cảm sự tự thay mới của TBG thông qua cách thức liên kết với DNA. Những yếu tố khác của họ gen Hox đã được chú ý là có ảnh hưởng trên TBG bình thường, nhưng cũng có liên quan với ung thư bạch cầu. Những tín hiệu ngoại lai có thể ảnh hưởng tới sự tự thay mới ngược với quá trình biệt hóa của chu trình TBG, bao gồm các phối tử Notch, và đặc biệt là Wnt. Những chất trung gian dẫn truyền tín hiệu nội bào cũng có liên quan tới sự điều hòa quá trình tự thay mới, nhưng thú vị là chúng không thường xuyên liên quan với những con đường được hoạt hóa bởi các thụ thể của Notch hoặc Wnt. Bao gồm PTEN, một chất ức chế con đường AKT và STAT5, cả hai chất này đều tham gia vào giai đoạn cuối của quá trình hoạt hóa các thụ thể dành cho yếu tố tăng trưởng, và cần thiết cho chức năng của TBG bình thường, trong đó có chức năng tự thay mới (ít nhất trong mô hình thí nghiệm trên chuột). Sự kết nối giữa các phân tử này còn cần xác định thêm và chức năng của nó trong điều hòa sinh lý khả năng tự thay mới của TBG vẫn còn chưa sáng tỏ.

Khả năng tự thay mới đối với một cơ quan có tương tự như ung thư ?

Mối quan hệ của TBG với ung thư là một hướng suy luận quan trọng của sinh học TBG người trưởng thành. Ung thư cũng có thể chia sẻ những nguyên lý tổ chức của những mô bình thường. Ung thư cũng có thể có cùng kiểu tổ chức phả hệ tế bào giống TBG với những đặc trưng cơ bản của TBG: tự thay mới và biệt hóa. Những tế bào giống TBG có thể là cơ sở cho sự tồn tại mãi của khối u và thể hiện như một quần thể hiếm, có sự phân chia thấp với cơ chế điều hòa riêng biệt, bao gồm cả mối liên quan với một vi môi trường đặc hiệu. Người ta đã xác định được một tiểu quần thể tế bào có khả năng tự thay mới trong ung thư. Một sự hiểu biết sâu hơn về tổ chức TBG của ung thư có thể dẫn tới những chiến lược cải thiện khả năng tấn công nhiều dạng ác tính phổ biến và khó điều trị, có tính chất dai dẳng để nhằm can thiệp vào những tế bào đang phân chia.

Ý tưởng về những TBG ung thư có tạo cho sự hiểu rõ bản chất tế bào của ung thư hay không ? Sự thật là một vài tế bào ung thư có tính chất giống với TBG nhưng không có nghĩa là cần thiết để ung thư tăng sinh như chính TBG. Hơn nữa những tế bào trưởng thành hơn có thể đạt được những đặc tính tự thay mới của TBG. Bất kỳ sự hoạt động của một gen đơn độc nào dường như cũng không đủ để tạo khả năng chuyển dạng đầy đủ một tế bào bình thường thành một tế bào ác tính thực sự. Hơn nữa, ung thư là một quá trình nhiều bước và để tập hợp được các bước phức tạp này thì tế bào khởi đầu phải có khả năng tồn tại trong những thời gian dài. Nó cũng phải có khả năng sinh ra được một lượng lớn tế bào con cháu. TBG bình thường có những đặc tính này và, bởi vì khả năng tự thay mới vốn có của nó, nó có thể biến đổi dễ dàng hơn thành một dạng ác tính. Lý thuyết này đã được kiểm tra bằng thực nghiệm trên hệ thống tạo máu. Sử dụng những lợi ích của các dấu ấn bề mặt tế bào giúp phân lập được các tế bào tạo máu trong các giai đoạn trưởng thành khác nhau: TBG, tế bào tổ tiên, tế bào tiền thân và tế bào trưởng thành. Người ta thấy rằng: khi đặt những cấu trúc gen chuyển dạng mạnh vào những tế bào trên thì những tế bào có khả năng hình thành ác tính mạnh nhất thực sự là những TBG. Điều này không chứng tỏ các TBG tạo ra tất cả các khối u, nhưng nó cũng gợi ý là các TBG có thể bị mẫn cảm để biến đổi thành ác tính, và có thể là quần thể đáng chú ý nhất trong phát triển chiến lược phòng vệ, theo dõi và điều trị những khối ác tính mới hình thành.

HSC có thể làm gì khác ?

Một số số liệu thực nghiệm cho thấy HSC hoặc những tế bào khác được di chuyển vào trong tuần hoàn cũng bởi cùng những yếu tố di chuyển HSC có khả năng thực hiện một chức năng là hàn gắn các tổn thương thành mạch và mô trong đột quị và nhồi máu cơ tim. Những số liệu này vẫn còn tranh luận và việc áp dụng cách tiếp cận này vào điều kiện tạo máu bình thường cũng cần các thực nghiệm thêm. Tuy nhiên, việc áp dụng những kiến thức về sinh học của HSC có thể mang lại những ứng dụng rộng rãi trên lâm sàng.

Vì thế, TBG thể hiện như một chiếc gươm hai lưỡi thực sự. Nó có khả năng to lớn trong làm liền tổn thương và là bản chất của sự sống. Nhưng khi không kiểm soát được, nó có thể đe dọa việc duy trì sự sống. Hiểu biết chức năng của TBG, những tín hiệu điều chỉnh hành vi của nó, và những “hốc” mô giúp điều hòa các đáp ứng của TBG đối với tổn thương và bệnh lý là nguyên lý cho sự phát triển các thuốc dựa trên cơ sở TBG đạt hiệu quả hơn. Về phương diện y tế sẽ bao gồm việc sử dụng TBG và các thuốc nhắm tới các TBG đích để tăng cường việc sửa chữa các mô bị tổn thương. Nó cũng bao gồm cả việc cân bằng thận trọng những can thiệp để kiểm soát những TBG có thể bị rối loạn chức năng hoặc ác tính.

CÁC ẤN PHẨM KHOA HỌC

Bài giới thiệu về tế bào gốc và dịch vụ lưu giữ tế bào gốc dây rốn trên Tạp chí sức khoẻ số tết 2010

THƯ VIỆN ẢNH VÀ VIDEO.

Chương trình bác sỹ gia đình số 1

Loading the player...

Chương trình bác sỹ gia đình số 2

Loading the player...

Chương trình 7 ngày công nghệ.

Loading the player...

Ứng dụng tế bào gốc chữa bệnh.

Loading the player...

Tế bào gốc là gì

Loading the player...

Tế bào gốc hoạt động như thế nào

Loading the player...

Video ngắn giới thiệu về tế bào gốc

Loading the player...

SCTV4 - Sắc màu cuộc sống

Loading the player...
Trở lại trang trước
Hồ Chí Minh : 297/5 Lý Thường Kiệt, phường 15, Quận 11, Tp HCM

Điện thoại: [028] 38 686 546 - Fax: [028] 38 650 394
Hà Nội : Tầng 15 toà nhà Charmvit, số 117 Trần Duy Hưng,
quận Cầu Giấy, Hà Nội
Điện thoại: [024] 35 14 35 35 - Fax: [024] 62 75 08 02