Phòng khám chuyên khoa da li�u - Thạc s� bác s� Hu�nh Văn Quang

Sinh học tế bào gốc và ứng dụng

Sinh hoc te bao goc  và ứng dụng

A-Phần I

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:

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.

B- Phan II

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:

trên tính tiềm năng của chúng như sau:

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.

C- Phan III

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.

C-Ứng dụng sinh học tế bào gốc trong lâm sàng

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.

III. 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.

IV. 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.

V. 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.

• < Trước
• Tiếp tục >