Công nghệ tế bào gốc

Phân loại tế bào gốc Vào thời điểm tháng 1/2008, sau khi kết quả các công trình của Shinya Yamanaka ĐH Tokyo của Nhật Bản và James Thompson ĐH Wisconsin của Mĩ được công bố chính thức,

1 Tế bào gốc (stem cell) là gì?

 Tế bào gốc là những tế bào không (hoặc chưa) chuyên hóa trong mô sống, chúng có khả năngtrở thành các tế bào chuyên hóa với các chức phận sinh lí Trong điều kiện

in vivo hay in vitro, mỗi tế bào gốc có thể tự làm mới với các tính năng riêng biệt

mới

 Một tế bào gốc đòi hỏi ít nhất phải có 2 đặc tính sau:

o Tính tự làm mới (self-renewal): tế bào đó có khả năng tiến hành một số lượng lớn chu

kì phân bào nguyên nhiễm, mà vẫn duy trì trạng thái không biệt hóa

o Tính tiềm năng không giới hạn (unlimited potency): tế bào đó có khả năng biệt hóa thành bất kì kiểu tế bào trưởng thành nào Trên thực tế đặc tính này chỉ đúng với các

tế bào gốc toàn năng, tuy nhiên một tế bào gốc đa năng (hay tế bào tiền thân) cũng nhiều khi được gọi là tế bào gốc

Introduction to stem cell

Phân loại tế bào gốc

 Vào thời điểm tháng 1/2008, sau khi kết quả các công trình của Shinya

Yamanaka (ĐH Tokyo của Nhật Bản) và James Thompson (ĐH Wisconsin của Mĩ) được công bố chính thức, cũng như thuyết tế bào gốc ung thư được nhiều nghiên cứu thẩm định –chia tế bào gốc thành 5 nhóm chính:

 tế bào gốc phôi (thu nhận từ phôi giai đoạn tiền làm tổ-Blastocyst)

 tế bào gốc nhũ nhi (thu nhận từ thai, mô cuống rốn, máu cuốn rốn, nhau thai, dịch ối, màng lót dây rốn,…)

 tế bào gốc trưởng thành (thu nhận từ cơ thể trưởng thành)

 tế bào gốc vạn năng cảm ứng (Induced Pluripotent stem cell iPS) có thể tạm

hiểu là tế bào gốc phôi nhân tạo hay tế bào gốc nhân tạo

 Tế bào gốc ung thư (Cancer Stem cell_CSC) được coi là nguồn gốc của các khối u và chúng chỉ có trong các khối u

Tên gọi Số tb biệt

hóa

Toàn năng (totipotent) Tất cả Hợp tử (trứng được thụ tinh) hay blastomere Tất cả những tb trong cơ thể

Vạn năng (pluripotent) Tất cả trừ

những tế bào màng phôi

Những tế bào thu nhận từ lớp ICM Những tb thu nhận từ lớp phôi

Đa năng (multipotent) Nhiều Tế bào gốc tạo máu (Hematopoietic cell) Tb cơ tim, cơ, xương, tb gan và tất cả tb máu

Vài tiềm năng

3 Tế bào tiền thân thần kinh đệm Hai kiều tb tầhn kinh hình sao và thần kinh đệm ít gai

Hai tiềm năng

(bipotent)

2 Tế bào cơ chất hai tiềm năng từ gan thai chuột Tb lympho B và macrphage

Đơn năng (unipotent) 1 Cơ chất dưỡng bào (mast cell precursor) Dưỡng bào

Không tiềm năng 0 Những tế bào đã biệt hóa hoàn toàn (hồng cầu ) Không phân chia

Tên gọi tế bào gốc theo tiềm năng biệt hóa

Tb sinh trứng

Tụy Trung mô Gan Biểu mô Thần kinh Tạo máu Dạ dày Mắt

Tế bào gốc phôi (embryonic stem cell_ES)

 Tế bào gốc phôi được thu nhận trực tiếp từ phôi (embryo) của người và động vật có

vú, chúng có khả năng phân chia vô hạn trong nuôi cấy và biệt hóa thành các tế bào khác nhau từ ba lớp phôi, chúng tiềm năng biệt hóa lớn nhất

 Nhóm này gồm các tế bào được thu nhận từ lớp sinh khối bên trong(ICM_nguồn tb

quan trọng nhất vì nó được hiểu rõ nhất), các tế bào mặt trong của lớp dưỡng bào tropholast, các tb mầm sinh dục (EG), từ phôi sớm ( trước blastocyst) Do vậy, đây là nhóm tb vạn năng.

Tế bào gốc phôi (embryonic stem cell_ES)

 Hầu hết các tế bào thu nhận từ phôi là các tế bào gố vạn năng( pluripotential), chúng

được định nghĩa là những tế bào phải thỏa mãn 3 điều kiện sau đây:

này sẽ tạo nên dạng phôi khảm

hay động vật có vú khác), các tb nay sẽ hình thành khối u quái

tb có nguồn gốc phát triển từ ba lá phôi

.Dựa vào tính chất trên người ta có thể kiểm tra tính vạn năng của các tb.

Tế bào gốc phôi (embryonic stem cell_ES )

 Nguồn phôi cho thu nhận tb gốc hiện tại chủ yếu có từ công nghệ IVF hay

ICSC Bằng một trong hai kỹ thuật này, từ các tinh trùng và trứng, nhiều

phòng thí nghiệm có thể tạo ra phôi một cách chủ động phôi được nuôi, ủ và thu nhận tb gốc ở giai đoạn cần thiết

 Ngoài ra còn phát triển các nguồn tb gốc từ phôi chuyển nhân, chuyển gen

hay phôi tạo dòng hoặc nhân bản đây là hướng đi mới để tạo nguồn tb gốc phôi sử dụng trong điều trị bệnh

tế bào gốc nhũ nhi

 Thường được thu nhận ở các mô của thai bỏ, hay các phần phụ của thai nhi sau khi sinh Gồm máu dây rốn, dây rốn (màng lót quanh mạch máu, lớp

Wharton's jelly, màng lót dây rốn), nước ối, mô nhau thai, máu nhau thai

 Có thể thu nhận tbg thần kinh, các tb tiền thân thần kinh từ não của thai bỏ

=> các tb này có tiềm năng ứng dụng lớn trong cấy ghép điều trị bệnh, tuy nhiên vấn đề đạo lý luôn là cản trở lớn nhất

 Nguồn tbg thu từ những phần bỏ sau khi sinh chủ yếu là các tbg tạo máu, tbg trung mô => ứng dụng cứu sống hàng trăm triệu người bệnh trên khắp thế giới

tế bào gốc nhân tạo ( tế bào gốc vạn năng cảm ứng_Artificial stem cell)

 Đây là loại tbg do chính con người tạo ra nhờ kỹ thuật thao tác gen.Chúng có các ưu điểm hơn hẳn tbg phôi và tbg phôi trưởng thành:

 không vi phạm đạo lý và pháp lý ( không cần trứng hay phôi người)

 các đặc tính sinh học tương đương với tbg phôi thường (khả năng tăng sinh vô hạn và khả năng biệt hóa)

 dễ dàng thu nhận ( có thể tạo ra từ bất kỳ mô nào đó của cơ thể)

 thao tác dễ dàng, ít tốn thời gian

 không cần lượng mẫu lớn trên bệnh nhân

 cấy ghép không gây phản ứng miễn dịch.

tế bào gốc ung thư

 Các tbg ung thư được tạo ra bởi các đột biến từ các tbg bình thường; từ

các tb tiền thân bị đột biến các tế bào tiền thân này (cũng còn gọi là các tb khuếch đại chuyển-TAC), có thể có khả năng khuếch đại nhưng chúng thường không có khả năng tự làm mới như một tbg Để trở thành tbg ung thư, một tế bào tiền thân phải có sự tích tụ các đột biến gây nên sự lặp lại, tạo đặc tính tự làm mới.

Tế bào gốc và tiềm năng ứng dụng

Một số ứng dụng điển hình

 Ghép các tbg tạo máu trong điều trị các tình trạng khác nhau của sự suy thoái

hệ thống tạo máu

 Chữa trị các bệnh thuộc hệ thần kinh

 Tái tạo da sau chữa trị bỏng

 Tái tạo mô-cơ xương

 Nghiên cứu liệu pháp tbg

 ứng dụng vào các thủ thuật ghép tủy xương

 Chữa trị các bệnh tự miễm dịch, suy giảm miễn dịch.

cấấy ghép tếấ bào gốấc

cấy ghép tế bào gốc phôi

 Điều trị bằng cấy ghép tế bào ES đã được ghi nhận ở nhiều bệnh: Parkinson, tiểu

đường, chấn thương cột sống, sự suy thoái dòng tb purkinje (degeneration), loạn dưỡng

cơ Duchenne's, bệnh tim và sự tạo xương

 Để điều trị cho mỗi loại bệnh, tb ES của người phải được điều khiển để biệt hóa thành các tb có chức năng chuyên biệt trước khi chúng được cấy ghép

 Thuận lợi của việc sử dụng tb ES là khả năng tăng sinh in vitro vô hạn và khả năng có thể biệt hóa với phổ rộng các loại tb thông qua điều khiển các ES được cấy ghép có thể tồn tại, hợp nhất và có chức năng trong cơ thể nhận

 Bất lợi tiềm ẩn của ES trong cấy ghép là chúng có xu hướng cảm ứng, hình thành khối u (teratomas), dù là u lành tính

CHIẾN LƯỢC GHÉP TẾ BÀO GỐC

 Khi cấy ghép tbg, chúng phải được thu nhận và làm giàu thông qua nuôi cấy, hay các phương pháp khác để sau đó đưa vào cơ thể bệnh nhân; các tbg này sẽ biệt hóa và khôi phục lại những tổn thương, mất mát trong bệnh nhân

 Ví dụ, sự hủy hoại các tb tiết insulin trong tụy làm giảm mức insulin trong máu gây bệnh tiểu đường; chữa trị bệnh này cần bổ sung các tb chuyên hóa tiết insulin; sau đó tiến hành cấy các tb đã chuyển hóa chức năng này vào mô tụy của bệnh nhân.

cấy ghép tế bào gốc trưởng thành

Finding cures and protecting life the sience of stem cell

công ngh mô và c y ghép c quan ệ ấ ơ

 Công ngh mô là vi c s d ng các tb chuyên bi t c quan đ nuôi c y trên ệ ệ ử ụ ệ ơ ể ấ

m t giàn giáo (scaffold) ex vivo, các giàn giáo đ ộ ượ c thi t k đ làm tăng ế ế ể

c ườ ng s tái sinh đ n đ c các tb c trú t i v trí c y ghép nó ự ơ ộ ư ạ ị ấ

 Hai ng d ng d th y nh t c a tbg trong công ngh mô là tái t o da có liên ứ ụ ễ ấ ấ ủ ệ ạ

quan đ n s hình thành c u trúc c a các phi n hai chi u, th hai là s hình ế ự ấ ủ ế ề ứ ự thành x ươ ng

S TÁI T O DA TRONG KHÔNG GIAN HAI CHI U Ự Ạ Ề

V t b ng m t da hoàn ế ỏ ấ toàn

Nuôi t bào fibroblast lên scaffold ế

scaffold Công ngh da và nh ng b m t khác ệ ữ ề ặ

T y x ủ ươ ng

Tăng sinh ex vivo

T bào g c x ế ố ươ ng

Bám vào các ti u ph n hydroxyapatite/tricalcium ể ầ phosphoate

C y in vivo vào các khi m khuy t đo n x ấ ế ế ạ ươ ng

Các m x ộ ươ ng trong không gian ba chi u đ ề ượ c t o t tb g c ạ ừ ố

Chi n l ế ượ c dùng t bào g c trong li u pháp gen ế ố ệ

 Liệệu pháp gen có thệể đượệc phát huy bằằng cách sưể duệng tbg biệến đổểi di truyệằn như mổệt vector mang gen chuyệển Hai khiệếm khuyệết lợến cuểa liệệu pháp gen là:

khằn trện bợểi chúng là cuểa baển thân, các tệế bào này khó biệ thaểi loaệi.

liệệu pháp gen

điều trị bệnh tự miễn

 Bệnh tự miễn được biết là kết quả từ sự hoạt hóa sai lạc của hệ thống miễn dịch, thông qua sự

kết hợp của các nhân tố môi trường và di truyền với nhau, dẫn tới sự thất bại trong các cơ chế duy trì tính kháng miễn dịch.

 Chữa trị bệnh tự miễn bằng cách ghép tbg tạo máu.

 Điều biến miễn dịch trong bệnh tự miễn bằng các tbg trung mô.

b o qu n tếấ bào gốấc ả ả

 Các tếế bào ph i đ ả ượ c câết gi trong tr ng thái nguyến v n theo th i gian nhăềm đ dành, s ữ ạ ẹ ờ ể ử

d ng sau này ( ng d ng tr li u hay nghiến c u), thì vi c b o qu n tếế bào đ ng v t còn có ụ ứ ụ ị ệ ứ ệ ả ả ộ ậ nhiếều ý nghĩa th c ti n khác: ự ễ

1 Gi m thi u s biếến đ i ki u gen, bi u hi n gen, đ m b o n đ nh di truyếền ả ể ự ổ ể ể ệ ả ả ổ ị

2 Ngăn ng a s lão hóa tếế bào ừ ự

3 Ngăn c n quá trình bi t hóa tếế bào ả ệ

4 Gi m r i ro nhi m vi khu n và s chếết tếế bào ả ủ ễ ẩ ự

5 Gi m s nhi m chéo gi a các dòng tếế bào khác nhau trong in vitro ả ự ễ ữ

6 Gi m r i ro biếến đ i câếu trúc và s thay đ i hình thái ả ủ ổ ự ổ

7 Gi m chi phí nuối câếy ả

8 Thu n l i cho vi c phân lo i, t o dòng ậ ợ ệ ạ ạ

9 Thu n l i cho vi c b o tốền gen ậ ợ ệ ả

10 Thu n l i cho vi c v n chuy n ậ ợ ệ ậ ể

11 Thu n l i cho vi c th ậ ợ ệ ươ ng m i hóa ạ

12 Gi m thi u các thao tác, nuối câếy khống câền thiếết nhiếều dòng tb cùng m t lúc, cùng m t n i, ả ể ộ ộ ơ

tiếết ki m th i gian và cống s c ệ ờ ứ

đông lạnh

 Về nguyên lý chung, đông lạnh tb là quá trình đưa tb từ điều kiện sinh lý (370C, 5%CO2) và với môi trường dịch sinh lý, xuống điều kiện nhiệt độ rất thấp (-1960C, trong nitơ lỏng) ở dung dịch

là môi trường đông lạnh (còn gọi là chất bảo quản đông lạnh-cryoprotectant).

 Tại điều kiện này, mọi hoạt động sống, các quá trình chuyển hóa và phát triển của tb dùng lại nhưng chúng không chết, nhờ đó người ta có thể giữ tb ở trạng thái tiềm sinh trong một thời gian dài.

 Hầu như công nghệ này cho phép lưu trữ lâu dài các nguồn vật liệu sinh học sống, mà không làm

hư hỏng chúng trong thời gian ít nhất là vài nghìn năm, nhưng có lẽ còn lâu hơn thế, vào thời điểm này, đây là cách lý trưởng để giúp tb có khả năng sống sót in vitro một cách tốt nhất

đông khô (freeze drying)

 Đông khô là một quá trình khử nước, thường được sử dụng để ngăn chặn sự chết, hay làm dễ dàng cho việc bảo quản, vận chuyển vật liệu

 Kỹ thuật đông khô được tiến hành trước hết với việc đông lạnh vật liệu, và sau đó làm giảm áp suất xung quanh đồng thời thêm nhiệt đủ để cho phép làm đông lạnh nước trong vật liệu, tạo nên hiện tượng thăng hoa trực tiếp từ phase rắn thành phase khí

 Có 3 giai đoạn quan trọng trong một quá trình đông khô hoàn chỉnh: đông lạnh, làm khô sơ cấp và làm khô thứ cấp trong điều kiện chân không Sau khi đông khô hoàn thành độ ẩm còn sót lại trong sảm phẩm chừng 1-4%

đông khô

 Các thành công trong đông khô tế bào động vật như tb hồng cầu,

tiểu cầu, tinh trùng đã kích thích các nghiên cứu đông khô tế bào gốc nhiều đối tượng tbg đã được nghiên cứu bảo quản bằng cách đông khô: như tbg thu từ mỡ, từ máu cuống rốn hay cả máu cuống rốn.

ngân hàng tế bào gốc

 Với khả năng phân chia, tự làm mới của tbg, ngân hàng tbg không chỉ

làm công việc bảo quản đông lạnh và giải đông kgi cần mà còn phải thao tác in vitro các dòng tb hiện hữu.

 Ngân hàng phải đảm bảo nhằm có được các dòng tbg tốt nhất, thuận lợi

cho người sử dụng:

 Tinh sạch: tb không bị nhiễm

 Hữu danh: tb phải được định danh là loại tb gì.

 ổn định: kiểu gen và kiểu hình của dòng tb phải được giữ ổn định trong suốt quá trình phát triển, cấy truyền in vitro và lưu giữ chúng.

Đạo lý sinh học trong nghiên cứu và ứng dụng tế bào gốc

 Việc nghiên cứu, ứng dụng tbg mặc nhiên đã nảy sinh nhiều vấn đề cần thảo

luận, bàn cãi, trong đó đặc biệt nổi cộm là đạo lý sinh học

 Các ràng buộc pháp quy tập trung chủ yếu ở 3 khâu quan trọng, cho dù các

nghiên cứu ấy tiến hành ở tb người hay tb động vật:

 Vật liệu ban đầu (nguồn thu nhận và cách thức thu nhận tbg)

 Các tbg ấy được sử dụng như thế nào và với mục đích gì.

 Mức độ và giới hạn sử dụng tbg.

t o phôi blastocyst cho nghiên c u ạ ứ

ngu n tr ng ng ồ ứ ườ i cho, ph c v nghiên ụ ụ

s n xu t các th kh m ng ả ấ ể ả ườ ằ i b ng cách tiêm tbg đ ng v t ộ ậ

s d ng lâm sàng các tbg ử ụ

s d ng các tb iPS đ ử ụ ượ c t o ra nh ạ ờ retrovirus.

nuôi c y phôi ng ấ ườ i quá 14 ngày.

sinh s n th kh m đ ng v t-tb ng ả ể ả ộ ậ ườ i.

SCNT cho s n xu t thai ng ả ấ ườ ể i đ sau đó thu nh n ậ

c quan ơ

SCNT cho s n xu t con ng ả ấ ườ i.

s n xu t các th kh m ng ả ấ ể ả ườ i-tb ng ườ ớ i v i phôi blatocyst

s n xu t th kh m ng ả ấ ể ả ườ i-đ ng v t ộ ậ

Đ n v i nghiên c u và ng d ng tb g c có đ o lý ế ớ ứ ứ ụ ố ạ

 Một nghiên cứu mang tính đạo lý sẽ được sự ủng hộ từ phía cộng

đồng, xã hội và kể cả pháp luật.

 Mặc dù tiềm năng to lớn của tbg trong y học, nông nghiệp và bảo tồn

đã được chứng minh, song vẫn cần phải suy tính cẩn thận khi nhà khoa học quyết định nghiên cứu và ứng dụng chúng trong các lĩnh vực nhạy cảm này.

 Nhóm SH 10SH1D

 Khoa KHƯD

 Tư liệu: Công Nghệ Tế Bào Gốc-Phan Kim Ngọc, Phạm Văn

Phúc, Trương Định