Thuật ngữ tế bào gốc (stem cell) được đề xuất cho mục đích khoa học với 3 đặc điểm để xác định: Một, tế bào gốc “tự đổi mới”, theo đó khi một tế bào gốc hoạt động nó sẽ trải qua quá trình phân chia, một tế bào con vẫn là tế bào gốc, trong khi đó tế bào kia trở nên thành một loại tế bào cụ thể bằng một quá trình gọi là “phân chia không đối xứng”. Hai, một tế bào gốc hình thành nhiều loại tế bào, làm cho nó trở nên đa năng hơn và ba, một tế bào gốc duy nhất tái tạo hoàn toàn một mô cụ thể khi nó được cấy ghép vào cơ thể.Nói dễ hiểu hơn, cơ thể con người được tạo thành từ nhiều loại tế bào. Tế bào gốc là một loại tế bào có khả năng độc đáo để phát triển thành các loại tế bào chuyên biệt trong cơ thể. Trong điều kiện thích hợp trong cơ thể hoặc phòng thí nghiệm, các tế bào gốc phân chia để tạo thành nhiều tế bào gọi là tế bào con.Các tế bào con này hoặc trở thành tế bào gốc mới nhờ tự đổi mới hoặc trở thành tế bào chuyên biệt với chức năng cụ thể hơn, chẳng hạn như tế bào máu, tế bào não, tế bào cơ tim hoặc tế bào xương. Nói chung, các mô của con người có khả năng tái tạo rất hạn chế nhưng nhờ khoa học công nghệ phát triển, nhất là trong nghiên cứu tế bào gốc và kỹ thuật mô sẽ giúp tái tạo mô dễ dàng hơn nên thế kỷ 21 là thế kỷ của y sinh học, sinh học tế bào, y học phân tử và tế bào gốc.
CÔNG NGHỆ TẾ BÀO GỐC Là nhánh công nghệ tế bào, phục vụ cho y học tái tạo I LƯỢC SỬ NGHIÊN CỨU 1963: Các tế bào tự làm tủy xương 1968: Ghép tủy xương thành cơng chuột 1981: Tìm TBG phôi từ balstocyst chuột (Nobel Prize) 1992: TBG trưởng thành não người 2001: Tạo TBG phôi chuột kĩ thuật SNCT 2006: Tạo TBG vạn cảm ứng iPSC (Nobel Prize) 2014: Tạo hECS từ aSC II CÁC KHÁI NIỆM Stem cell tế bào có khả tự tái sinh lâu dài tạo kiểu tế bào có mức độ biệt hóa cao Năng lực TBG: Khả tự làm (Self-renewal) khả biệt hóa (Differentiation) Cần phân biệt TBG với tế bào tiền thân Progenitor cell/ Precursor cell Những tế bào khả biệt hóa phân chia giới hạn, khơng có khả tự làm Đây thường tế bào trung gian q trình biệt hóa tế bào gốc Tăng sinh Biệt hóa Phản biệt hóa Chuyển biệt hóa (proliferation) (Differetiation) (Dedifferentiation) (Transdifferentiation) TB nhân đơi làm Tạo TB có cấu Chuyển tb có mức Chuyển tb có mức độ tăng số lượng (tạo trúc/ chức độ biệt hóa cao tế biệt hóa cao tb tb giống (khi phân chia bào có mức độ biệt có mức độ biệt hóa giống tb mẹ) tạo hóa thấp chức khác Không thay đổi mức tb) nhánh biệt khơng độ biệt hóa Thay đổi mức độ hóa, tức chuyển nhánh biệt hóa (khơng Xảy tất biệt hóa từ tế bào có cần chuyển TBG sinh vật Chỉ xảy sinh chức cụ thể vạn năng) Với DV bậc cao, vật bậc cao thành tb gốc tiền Tái thiết lập chương DNA dạng thẳng, Trong tự nhiên, thân trình trực tiếp tăng sinh liên khả biệt hóa Tái thiết lập chương Thường gặp điều tục làm ngắn đầu diễn trình TBG Thường kiện nhân tạo mút gây thối hóa tế chiều, tb có gặp điều kiện bào Nhưng TBG lại mức biệt hóa nhân tạo có khả giữ cao chức khả tăng cụ thể khả sinh lâu dài – tự biệt hóa làm thấp Các tế bào thể mang gen giống nhau, chức kiểu hình tế bào khác q trình điều hịa hoạt động gen quy định Như vậy, với tế bào tất gen biểu mà ứng với chức mức độ biệt hóa tế bào có gen “bật”, số gen “tắt” Trên sở đó, người ta tái thiết lập chương trình, tức bật tắt gen tương ứng để tạo tế bào với tính chất mà ta mong muốn III PHÂN LOẠI TẾ BÀO GỐC a) Dựa vào đặc điểm nguồn gốc thu nhận, ta chia thành loại TBG: + Tế bào gốc phôi + Tế bào gốc trưởng thành + Tế bào gốc vạn cảm ứng Tế bào gốc phôi (Embryonic stem cells – ESC): gồm loại tế bào lấy từ tế bào ICM phơi (có thể phơi phát triển từ trứng thụ tinh trứng chuyển nhân) Sự phát triển phôi giai đoạn sớm: Hợp tử sau hình thành di chuyển cổ tử cung để làm tổ Trong trình này, hợp tử ban đầu (1 tb) liên tực phân chia tạo phôi dâu, phôi vị làm tổ tử cung Sự hình thành phơi Sự hình thành phơi nang (Caviation) Giai đoạn 1-8 tb, tế bào có chức mức độ biệt hóa Mỗi tb tách phát triển thành thể hồn chỉnh, hay cịn gọi TBG tồn Sau tb tiếp tục phân chia hình thành phơi dâu/ phơi nang Giai đoạn gồm nhóm tb khối tb bên trophectoderm (hay trophoblast) – phát triển thành thai khối tb bên inner cell mass (ICM) – phát triển thành thể thai nhi Mỗi tb ICM biệt hóa tạo loại tb thể, hay cịn gọi TBG phơi hay TBG vạn tiềm Sự hình thành phơi vị (gastrulation) Khối tb ICM tiếp tục biệt hóa tạo thành phơi, bao gồm loại ngoại bì, trung bì, nội bì lớp mầm sinh dục Các tế bào từ phơi biệt hóa theo hướng riêng biệt phơi ngoại bì hình thành da, tb thần kinh, tb sắc tố,…; phơi nội bì biệt hóa thành tb phổi, tuyến giáp, tụy,…; phơi trung bì biệt hóa thành tb tim, xương, trơn, ống thận, máu,… Như vậy, TBG phôi định nghĩa từ khối tb bên giai đoạn phơi nang, đám tb có khả cảm ứng để biệt hóa thành loại tb thể người, hay gọi TBG vạn Tế bào gốc trưởng thành (Adult stem cells): gọi tế bào gốc đặc hiệu quan hay tế bào gốc đặc hiệu mô bao gồm tế bào gốc lấy từ mô khác phôi sau làm tổ thai, trẻ sinh người trưởng thành hay tế bào gốc lấy từ cuống rốn - Tế bào chưa biệt hóa hồn tồn - Mang đặc tính TBG: Khả tự làm khả tự biệt hóa thành tế bào khác, mức độ hạn chế - Tồn ổ “niche” tế bào gốc Ổ niche tế bào gốc: Gồm tế bào, chất phân tử tạo vi mơi trường tín hiệu cần thiết để kiểm soát hoạt động TBG - Sự tăng trưởng - Sự biệt hóa - Giảm thối hóa apoptosis Các loại tín hiệu niche: - Tương tác cell-cell - Tương tác cell-ECM - Paracrine - Tín hiệu dịch thể nội tiết - Tín hiệu thần kinh Các nghiên cứu hoàn chỉnh TBG từ buồng trứng ruồi giấm, tb mầm sinh dục (germinal stem cells) kiểm soát chặt chẽ trạng thái nguyên mà chúng nằm gần tương tác với tb mũ (cap cells) Khi tb mầm sinh dục phân chia tạo tb con, tb nằm tiếp xúc với tb mũ giữ ngun vẹn tính gốc; tb cịn lại nằm bên ngồi, không tương tác với tb mũ tiếp tục biệt hóa, tạo thành trứng Q trình kiểm sốt hoạt động điều hòa khả phân chia TBG quan trọng việc đảm bảo cân nội mô thể Khi TBG phân chia có khả năng: + Sự phân chia đối xứng (Symmetric): TBG phân chia tạo thành tb giống hệt Nếu trình tăng sinh tb giống tb mẹ → tăng số lượng TBG, cịn biệt hóa tb khác tb mẹ → giảm số lượng TBG Như phân chia đối xứng dù có diễn theo hướng dẫn đến thay đổi số lượng TBG so với ban đầu, gây cân (hình thành khối u) + Sự phân chia bất đối xứng (Asymmetric): TBG phân chia tạo thành tb con, có TBG, tb biệt hóa → số lượng TBG khơng đổi Đây tính trạng sinh lý bình thường thể, TBG phân chia tạo tb biệt hóa giúp sữa chửa mơ số lượng TBG không tăng sinh mức Cơ chế phân chia bất đối xứng: kết hợp chế chế điều hòa ngoại sinh chế điều hòa nội Cơ chế điều hòa ngoại sinh: TBG nẳm ổ TBG, phân chia tạo tb mới, tb chịu tương tác cac tín hiệu ổ niche trì tính gốc, tb cịn lại tương tác biệt hóa Cơ chế điều hóa nội tại: TBG có protein tín hiệu định số phận tb, tb phân chia, protein phân bổ không đồng cho tb con, kết tb nhận protein quy định tính gốc TBG, cịn tb biệt hóa Tế bào gốc vạn cảm ứng (Induced pluripoten stem cells – iPSC): có lực biệt hóa tương tự TBG phơi, tạo điều kiện invitro - tái thiết lập chương trình tb soma b) Phân loại tế bào gốc theo tiềm (Plasticity) - Toàn (Totipotent) - Vạn (Pluripotent) - Đa (Multipotent) - Ít tiềm (Oligopotent) - Đơn (Unipotent) c) Theo nguồn gốc (vị trí – thời điểm) thu nhận - Tế bào gốc phôi (embryonic stem cell) - Tế bào gốc sinh dục (embryonic germ cell) - Tế bào gốc nhũ nhi (fetal tissue stem cell) - Tế bào gốc trưởng thành (adult stem cell) - Tế bào gốc ung thư d) Theo kiểu tế bào biệt hóa: TBG tim, TBG thần kinh, TBG tạo máu,… IV CÔNG NGHỆ TẾ BÀO GỐC ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU TRỊ Có q trình: Thu nhận TBG Nuôi cấy, tăng số lượng Gây cảm ứng/ biệt hóa Ứng dụng y học tái tạo Các chiến lượng thu nhận TBG 1.1 Tế bào gốc vạn Nguồn: - TBG phôi (ESC) - Trứng chuyển nhân SNCT - Cảm ứng từ tế bào soma (iPSC) Xác nhận đặc tính ESC - Khả phân chia vô hạn in vitro - Khả biệt hóa thành lớp tb từ phôi khác - Khả tạo thể khảm: tiêm TBG vào phôi thai giai đoạn phơi nang khác hình thành phơi nang có đám tb ICM sinh trưởng phát triển bình thường - Khả tạo u quái - teratoma: tiêm TBG da chuột hình thành khối u quái có tồn nhiều loại tb khác Cách 1: Phân lập TBG phôi (ECS) Đây cách cổ điển Hợp tử hình thành phân chia tạo thành phơi nang, thu phôi nang phá vỡ lớp tb trophoblast kháng thể hay laser, thu nhận khối tb bên ni cấy in vitro, thiết lập dịng TBG vạn Đây dịng TBG vạn mang tính chất tự nhiên xuất phát từ hợp tử thụ tinh tự nhiên Đặc điểm: + Vạn + Khả phân chia vô hạn định + Vấn đề miễn dịch: có mang kháng nguyên bề mặt người hiến tặng phôi, gây nguy đáp ứng miễn dịch đáo thải không tương hợp + Nguồn phôi đạo đức: việc nghiên cứu TBG phơi gặp nhiều khó khăn rào cản, vấn đề đạo đức, trị, tôn giáo, gây nhiều tranh cãi Cách 2: Tạo TBG phơi nhờ kỹ thuật SCNT Trình tự: + Loại bỏ nhân từ trứng người cho + Chuyển nhân lưỡng bội từ tb soma + Nuôi cấy invitro, thu ICM → ESC Đặc điểm: + Giống ESC tự nhiên + Không gặp vấn đề miễn dịch + Nguồn phôi đạo đức ? Kĩ thuật đời mang đến bước đột phá lớn giải vấn đề miễn dịch (đây gen hồn tồn từ người bệnh) vấn đề phơi người (đây khơng phải hợp tử hình thành cách tự nhiên) Tuy nhiên vướng phải số vấn đề tính an tồn tính ứng dụng điều trị, tb hình thành cách khơng tự nhiên, có thối hóa cấu trúc NST, tích lũy đột biến, tính chất ti thể tb chất khác biệt người nhận Kỹ thuật SCNT tạo cừu Dolly 1.2 Tế bào gốc vạn cảm ứng Khởi xướng GS.Yamanaka Giả thiết kích hoạt gen quan trọng mang tính gốc tb soma giúp tái thiết lập chương trình chuyển chúng TBG phơi Trình tự: - Thu TB trưởng thành từ bệnh nhân - Tái thiết lập chương trình để chuyển chúng TBG vạn năng: Oct-3/4, Sox2, cMyc, Klf4 → gen có vai trị chính, tham gia vào nhiều q trình sinh học điều hịa tính gốc tế bào gốc phôi - Thu iPSC → Thu TBG vạn tương tự tế bào gốc phôi mà không cần quan tâm đến vấn đề trứng phơi người Cơng tình nghiên cứu người lần công bố vào năm 2006, 2007 Tuy nhiên gen có trực tiếp gián tiếp liên quan đến nhóm oncogene gây ung thư → nghi ngại tính an tồn Ngồi ra, q trình cảm ứng có hiệu suất thấp (theo công bố ~ 0,01-0,1%), tốn thời gian chi phí Các phương thức để tái chương trình TB soma + Tải nạp virus + Dùng episome + mARN + Protein tái tổ hợp PP thường dùng tải nạp virus hiệu quả, tốn cơng sức có nguy gây ung thư tích hợp gen virus vào tb vật chủ Cịn pp dùng episome hay mARN an tồn đòi hỏi kĩ thuật phức tạp, nhiều thời gian Nói chung cơng nghệ tái chương trình TB soma cần nghiên cứu nhiều để đạt hiệu mong muốn 1.3 Tế bào gốc trưởng thành thu nhận từ: phân lập trực tiếp từ thể người trưởng thành, ngoại vi hay ổ TBG Phân lập từ TBG trưởng thành (aSC) Đặc điểm - TB tự thân - Số lượng - Tiềm - Khả phân chia giới hạn Tuy khơng có tiềm TBG phơi xem an tồn gặp khó khăn việc thu nhận áp dụng vào lâm sàng Nguồn : Cuốn rốn, Tủy xương, Mô mỡ, Ổ TBG ngoại biên Ứng dụng - Ứng dụng nhiều TBG tủy xương lấy từ đầu xương lớn xương đùi, xương chậu bao gồm quần thể TBG TBG tạo máu (HSC), TBG trung mô (MSC) TBG hướng biểu mơ (EPC), HSC sử dụng nhiều với lực biệt hóa đa dạng thành tb máu, tb lympho, đại thực bào, tb hệ miễn dịch,… Thường dùng trường hợp cấy ghép tủy, điều trị ung thư leukoma, ung thư đa tủy sau hóa trị hay xạ trị (do q trình hóa trị, xạ trị hệ miễn dịch người bệnh suy giảm nhiều) - TBG máu dây rốn màng rốn nguồn dồi TBG trưởng thành Vị trí lấy từ dây rốn bánh sau sinh bao gồm nhiều loại TBG HSC, MSC,… có khả biệt hóa cao, tạo thành tb tim, cơ, xương, sụn, khớp,… Quan trọng MSC chưa có kháng nguyên bề mặt hoàn thiện nên khả phù hợp mơ hay thích nghi miễn dịch tốt, nguồn thay chi cấy ghép tủy - TBG máu ngoại vi: thu nhận từ máu ngoại vi, tách TBG kỹ thuật Aphresis Bằng cơng nghệ thuốc phát triển Mozobil dùng trị liệu u lympho non-Hodgkin’s đa u tủy xương BN tiêm Mozobil với GCSF, G-CSF yếu tố tăng trưởng làm tăng sinh TBG tủy xương, Mozobil làm tăng khả di động cuả TBG từ tủy xương máu ngoại biên, sau phân tách thu nhận kỹ thuật Apheresis, sau hồn thành hóa trị, xạ trị, TBG sẹ đưa lại vào thể người bệnh để tái hồi phục hệ miễn dịch (Có giai đoạn liệu trình: tăng di động TBG vào máu ngoại vi, thu nhận TBG, hóa trị ung thư, đưa TBG vào lại thể, phục hồi Quyết định thành công phương pháp để thu nhận nhiều tế bào gốc tốt, mục tiêu từ 2-5 triệu TBG/kg cân nặng, thực nhiều chu kỳ Apheresis để đạt số lượng mục tiêu Sau thực hóa trị, TBG đưa lại vào thể, đến tủy xương sau 10-30 ngày, TBG biệt hóa thành dịng tế bào máu) - TBG mơ mỡ: chủ yếu MSC với tiềm biệt hóa thành tb thần kinh, mỡ, nguyên bào sợi, xương sụn,…Là nguồn TBG dồi thể Quy trình: Thu mơ mỡ từ người bệnh xử lý enzym để cắt đứt liên kết mô ly tâm thu TBG nuôi cấy mt đặc hiệu để thu TBG mô mỡ - TBG ung thư: + Chiếm số lượng ít, phân chia chậm + Có tính gốc (biệt hóa tự làm mới) + Khả tái sinh khối u (khả làm tái phát ung thư sau điều trị) + Thể tính kháng thuốc tái phát khối u sau trị liệu Nghiên cứu TBG ung thư giúp ta tìm cách tối ưu điều trị ung thư