Chương 5 Tế bào gốc TS. Đặng Đức Long

CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC Một số khái niệm tảng: +/ Biệt hóa (differentiation): Là q trình tế bào mang đặc tính riêng biệt trở thành “được định hình” góc độ tế bào học Hay có thể hiểu q trình mà tế bào chuyên biệt trở nên tế bào chuyên biệt (về hình thái, cấu trúc, chức năng) +/ Chuyển biệt hóa (transdifferentiation) hay tính “mềm dẻo” (plasticity): khả tế bào gốc, phần “được định hình”, biệt hóa thành loại tế bào khác với loại mà “được định hình” Nói cách khác khả tế bào gốc trưởng thành mơ, tạng, hệ thống biệt hóa thành loại tế bào mơ, tạng, hệ thống khác Ví dụ tế bào gốc tạo máu biệt hóa thành tế bào thần kinh tế bào CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC Một số khái niệm tảng: +/ Chuyển biệt hóa (transdifferentiation) hay tính “mềm dẻo” (plasticity): Chuyển biệt hóa diễn in vitro điều kiện ni cấy thích hợp cho việc định hướng biệt hóa diễn in vivo tế bào gốc đưa vào tổ chức tương ứng Ví dụ tiêm tế bào gốc lấy từ máu cuống rốn vào vị trí tổn thương tim, điều kiện vi môi trường tim, tế bào gốc phục hồi tim mạch máu khu vực +/ Giải biệt hóa (dedifferentiation): q trình đặc tính “được định hình” tế bào bị đảo ngược Tức từ tế bào biệt hóa trở thành tế bào biệt hóa Trước nhiều người cho khơng thể giải biệt hóa tế bào CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC Một số khái niệm tảng: Trước người ta cho giải biệt hóa tế bào Tế bào sinh ra, biệt hóa chết q trình khơng thể đảo ngược Tuy nhiên, thành tựu nghiên cứu gần cho thấy giải biệt hóa tế bào Tính mềm dẻo tế bào gốc trưởng thành minh chứng cho khả giải biệt hóa tế bào Trong trường hợp tế bào gốc tạo máu quay trở lại giai đoạn “trẻ hơn” để khơng biệt hóa thành tế bào máu mà biệt hóa thành tế bào khác (thần kinh, ) CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC 5.1 Khái niệm: Tế bào gốc tế bào chưa biệt hóa, tự tái tạo (self renew) phân chia nhiều lần Trong điều kiện sinh lý/thực nghiệm định, tế bào gốc cảm ứng biệt hóa thành tế bào có chức chuyên biệt tế bào tim, tế bào tuyến tụy, tế bào bào da, tế bào máu, tế bào thần kinh… 5.2 Xếp loại tế bào gốc: 5.2.1 Xếp loại theo đặc tính hay mức độ biệt hố: bốn loại tế bào gốc: toàn (hay thuỷ tổ), vạn năng, đa đơn CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC 5.2 Xếp loại tế bào gốc: 5.2.1 Xếp loại theo đặc tính hay mức độ biệt hố: 1/ Tế bào gốc tồn hay tế bào gốc thủy tổ (totipotent stem cells): tế bào có khả biệt hóa thành tất loại tế bào thể từ tế bào ban đầu Tế bào tồn có khả phát triển thành thai nhi, tạo nên thể sinh vật hoàn chỉnh Trứng thụ tinh (hợp tử) tế bào sinh từ lần phân chia tế bào trứng thụ tinh (giai đoạn - tế bào – blastosomer) tế bào gốc tồn năng, có khả phân chia biệt hóa tất dịng tế bào để tạo nên thể sinh vật hoàn chỉnh CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC 5.2 Xếp loại tế bào gốc: 5.2.1 Xếp loại theo đặc tính hay mức độ biệt hoá: 2/ Tế bào gốc vạn (pluripotent stem cells): tế bào có khả biệt hóa thành tất tế bào thể Nó có nguồn gốc từ ba mầm phơi – trong, Ba mầm phôi nguồn gốc tất loại tế bào chuyên biệt khác thể Khác với tế bào gốc toàn năng, tế bào gốc vạn phát triển thành thai, không tạo nên thể sinh vật hoàn chỉnh mà tạo nên tế bào, mơ định Các tế bào gốc phôi lấy từ khối tế bào bên (inner cell mass) tế bào gốc vạn CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC 5.2 Xếp loại tế bào gốc: 5.2.1 Xếp loại theo đặc tính hay mức độ biệt hố: 3/ Tế bào gốc đa (multipotent stem cells): Là tế bào có khả biệt hóa thành nhiều loại tế bào thể từ tế bào ban đầu Các tế bào tạo thành nằm hệ tế bào có liên quan mật thiết, ví dụ tạo nên tế bào máu (bao gồm hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu lympho…), tạo nên tế bào hệ thống thần kinh Thường tế bào gốc trưởng thành tế bào gốc tạo máu, tế bào gốc thần kinh có tính đa năng; điều kiện định, chúng chuyển biệt hóa và trở nên có tính vạn CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC 5.2 Xếp loại tế bào gốc: 5.2.1 Xếp loại theo đặc tính hay mức độ biệt hoá: 4/ Tế bào gốc đơn (mono/unipotential progenitor cells): Tế bào gốc đơn năng, gọi tế bào định hướng đơn dòng hay tế bào đầu dòng (progenitor cells), tế bào gốc có khả biệt hóa theo dịng Ví dụ mẫu tiểu cầu, tế bào định hướng dòng lympho, tế bào định hướng dòng hồng cầu, dòng bạch cầu Trong điều kiện bình thường, tế bào gốc trưởng thành nhiều tổ chức biệt hóa có tính đơn biệt hóa thành dịng tế bào Khả biệt hóa theo dịng cho phép trì trạng thái sẵn sàng tự tái tạo mơ, thay tế bào mơ chết già cỗi tế bào mô CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC 5.2 Xếp loại tế bào gốc: 5.2.1 Xếp loại theo đặc tính hay mức độ biệt hố: CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC 5.2 Xếp loại tế bào gốc: 5.2.2 Xếp loại theo nguồn gốc phân lập: xếp loại tế bào gốc làm loại: tế bào gốc phơi (trong có tế bào gốc phơi thực thụ tế bào mầm phôi), tế bào gốc thai, tế bào gốc trưởng thành 1/ Tế bào gốc phôi (Embryonic stem cells-ESCs) tế bào mầm phôi (Embryonic germ cells) Tế bào gốc phôi tế bào gốc vạn lấy từ phôi giai đoạn sớm (4-7 ngày tuổi) Ở giai đoạn phơi có hình cầu gọi phơi túi (blastocyst) Blastocyst có cấu trúc gồm thành phần: Một lớp tế bào bên (trophoblast), khoang chứa đầy dịch nhóm có khoảng 30 tế bào vạn nằm lệch cực gọi khối tế bào bên (inner cell mass) Dùng loại enzyme đặc biệt để phân tách tế bào khối thu tế bào gốc phôi CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC 5.6 Ứng dụng tế bào gốc: Ứng dụng tế bào gốc phôi điều trị: Nhược điểm dùng tế bào gốc phôi cho ghép trị liệu dễ hình thành khối u teratoma Điều làm cho tế bào gốc phôi chưa sử dụng ghép tế bào gốc trị liệu lâm sàng Hiện có số phương pháp nhằm loại bỏ tế bào gốc phơi khơng biệt hóa trước ghép cho phép tránh việc hình thành khối u teratoma thể nhận 5.6.2 Công nghệ mơ (tissue engineering): Có thể coi cơng nghệ mơ ứng dụng tế bào gốc trị liệu Sửa chữa tổ chức cơng nghệ mơ thực cách nuôi cấy tế bào gốc sau ghép vào mơ tổn thương CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC 5.6 Ứng dụng tế bào gốc: 5.6.2 Cơng nghệ mơ (tissue engineering): Có thể coi cơng nghệ mô ứng dụng tế bào gốc trị liệu Sửa chữa tổ chức cơng nghệ mơ thực cách nuôi cấy tế bào gốc sau ghép vào mơ tổn thương Trong cơng nghệ mơ sử dụng tế bào gốc trưởng thành để phát triển thành mơ ghép dùng tế bào gốc phôi tạo kỹ thuật nhân phơi vơ tính để sản xuất mô ghép phù hợp mặt miễn dịch (sơ đồ B hình sau) Một hướng khác có khả tạo mô ghép phù hợp với bệnh nhân từ nguồn tế bào gốc phôi dùng kỹ thuật chỉnh sửa gen mã hóa phân tử hịa hợp tổ chức (MHC) (sơ đồ A) CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC 5.6 Ứng dụng tế bào gốc: 5.6.2 Công nghệ mô (tissue engineering): CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC 5.6 Ứng dụng tế bào gốc: 5.6.3 Các ứng dụng tế bào gốc phơi (khơng liên quan đến ghép): • Nghiên cứu kiện sớm xảy trình phát triển phơi thai người ngun nhân gây sinh trẻ dị tật bẩm sinh bất thường thai dẫn đến sảy thai • Khám phá ảnh hưởng bất thường chrosome giai đoạn sớm trình phát triển Ảnh hưởng hình thành sớm khối u trẻ em mà qua nghiên cứu người ta thấy tế bào khối u chủ yếu có nguồn gốc từ phơi • Thử nghiệm thuốc điều trị • Sàng lọc chất có khả gây độc • Nghiên cứu phương pháp cơng nghệ gen (genetic engineering) CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC 5.6 Ứng dụng tế bào gốc: 5.6.3 Các ứng dụng tế bào gốc phôi (không liên quan đến ghép): Giải thích thêm: - Thử nghiệm thuốc điều trị: Hiện thử loại thuốc đòi hỏi qua thử nghiệm tiền lâm sàng và lâm sàng Trong thử nghiệm tiền lâm sàng có sàng lọc thuốc mơ hình động vật – ví dụ thử nghiệm in vitro có dùng tế bào chuột, thử nghiệm in vivo liên quan đến việc đánh giá độc tính cấp độc tính bán trường diễn thuốc Mặc dù nghiên cứu dược lấy phương pháp thử nghiệm mơ hình động vật làm bản, biện pháp lúc cho phép đốn xác tác dụng có thuốc tế bào người Vì lý việc nuôi cấy tế bào người thường sử dụng thử nghiệm tiền lâm sàng CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC 5.6 Ứng dụng tế bào gốc: 5.6.3 Các ứng dụng tế bào gốc phôi (không liên quan đến ghép): Giải thích thêm: -Thử nghiệm thuốc điều trị (tiếp) Các dòng tế bào người thường trì in vitro thời gian dài thường mang đặc tính biệt hóa tế bào thể Các khác biệt gây khó khăn việc đốn tác dụng thuốc thể dựa đáp ứng dòng tế bào người in vitro Chính tế bào gốc phơi định hướng biệt hóa thành loại tế bào đặc thù cho sàng lọc thuốc, tế bào đặc thù có lẽ mơ tốt đáp ứng tế bào/mô thể với thuốc cung cấp mô hình sàng lọc thuốc an tồn, kinh tế hiệu CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC 5.6 Ứng dụng tế bào gốc: 5.6.3 Các ứng dụng tế bào gốc phơi (khơng liên quan đến ghép): Giải thích thêm: -Sàng lọc chất có khả gây độc: lý sử dụng tế bào gốc phôi người sàng lọc độc chất giống lý dùng chúng vào việc thử thuốc nêu Độc chất thường có tác dụng khác lồi động vật khác nhau, điều nói lên tầm quan trọng cần có mơ hình in vitro phù hợp cho đánh giá tác dụng độc chất tế bào người - Nghiên cứu phương pháp công nghệ gen (genetic engineering): dùng phương pháp đưa vào dịng tế bào gốc phơi gen định hướng tế bào gốc phơi biệt hóa thành tế bào đặc thù gen giúp cho tế bào bộc lộ sản phẩm protein mong muốn CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC 5.7 Tế bào gốc tạo máu: • Tế bào gốc tạo máu xếp vào loại tế bào gốc trưởng thành Đây tế bào tách từ máu tủy xương, chúng có khả tự tái tạo (self renew), biệt hóa thành tế bào đặc thù, di chuyển từ tủy xương vào máu, trải qua trình apoptosis để loại bỏ tế bào khơng cần thiết • Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy có hai loại tế bào gốc tạo máu Hai loại thực chất hai giai đoạn biệt hóa khác tế bào gốc tạo máu: Các tế bào gốc tạo máu dài hạn (long-term hematopoietic stem cells) ; Các tế bào định hướng/tiền thân ngắn hạn (short-term progenitor or precursor cell) CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC 5.7 Tế bào gốc tạo máu: Các tế bào gốc tạo máu dài hạn (long-term hematopoietic stem cells): tế bào gốc tạo máu biệt hóa hơn, nói cách khác “non” hơn, có khả tự tái tạo tính đa cao Trên thực nghiệm tế bào khơi phục hồn tồn chức tạo máu chuột bị chiếu xạ liều chí tử sau vài tháng Một ví dụ tế bào gốc tạo máu dài hạn tế bào gốc tạo máu mang CD34+, tế bào biệt hóa thành tất chủng loại tế bào máu khác Trong điều kiện bình thường, tế bào gốc tạo máu dài hạn có khả tự tái tạo suốt đời sống cá thể Hiện thuật ngữ “tế bào gốc tạo máu” thường dùng để đề cập tới loại tế bào gốc tạo máu dài hạn Các tế bào định hướng/tiền thân ngắn hạn (short-term progenitor or precursor cell): tế bào tạo máu trưởng thành, tiền thân tế bào biệt hóa đầy đủ loại dịng tế bào máu, ví dụ tế bào định hướng dịng hồng cầu, tế bào định hướng dòng lympho, mẫu tiểu cầu… CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC 5.7 Tế bào gốc tạo máu: 5.7.1 Các nguồn lấy tế bào gốc tạo máu: - Tủy xương: nguồn truyền thống để lấy tế bào gốc tạo máu Người hiến tế bào gốc gây mê, chọc hút tủy xương vùng xương chậu Mật độ tế bào gốc tủy xương khơng nhiều, trung bình 100,000 tế bào tủy xương có tế bào gốc tạo máu, tế bào khác tế bào thân, tế bào gốc thân, tế bào định hướng dòng máu tế bào hồng cầu, bạch cầu trưởng thành - Máu ngoại vi: với mục đích ghép tế bào gốc tạo máu lâm sàng, lý an tồn thuận lợi kỹ thuật, lấy tế bào gốc tạo máu từ máu ngoại vi thường thực nhiều lấy từ tủy xương Bình thường máu ngoại vi có lượng tế bào gốc tạo máu tế bào máu tiền thân CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC 5.7 Tế bào gốc tạo máu: 5.7.1 Các nguồn lấy tế bào gốc tạo máu: -Máu ngoại vi: (tiếp) Để huy động tế bào từ tủy xương vào máu, cần tiêm cho người hiến tế bào gốc cytokine yếu tố kích thích quần thể tế bào hạt (G-CSF) vài ngày trước thu tế bào gốc Thu tế bào gốc tạo máu thực cách đưa ống vào ven người cho cho dòng máu qua hệ thống lọc, hệ thống cho phép lấy tế bào CD34+ đưa trở lại thể tế bào máu khác Khoảng 5-20% lượng tế bào CD34+ thu tế bào gốc tạo máu thực sự, số lại tế bào máu tiền thân, bạch cầu giai đoạn trưởng thành khác CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC 5.7 Tế bào gốc tạo máu: 5.7.1 Các nguồn lấy tế bào gốc tạo máu: - Cuống rốn: Từ cuối năm 1980, nhà nghiên cứu phát máu cuống rốn máu thai nguồn giầu tế bào gốc tạo máu Đến ghép máu cuống rốn có ứng dụng rộng rãi điều trị bệnh máu ác tính - Các tế bào gốc phơi tế bào mầm phôi: Trong tương lai, ứng dụng tế bào gốc phôi trở nên rộng rãi, nguồn quan để lấy tế bào gốc tạo máu - Hệ thống tạo huyết thai nhi (gan, lách thai): Là nguồn tế bào gốc tạo máu quan trọng cho nghiên cứu cho sử dụng lâm sàng CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC 5.7 Tế bào gốc tạo máu: 5.7.2 Các ứng dụng lâm sàng tế bào gốc tạo máu: - Điều trị bệnh lơ-xê-mi u lympho: Các tế bào gốc tạo máu (bị ung thư) bệnh nhân phá hủy tia xạ hóa chất thay ghép tủy xương ghép tế bào gốc tạo máu lấy từ máu ngoại vi người cho phù hợp Người cho phù hợp thường anh, chị, em bệnh nhân, người thừa hưởng kháng nguyên hòa hợp tổ chức tương tự bệnh nhân, giảm thiểu phản ứng thải mô ghép phản ứng ghép chống chủ - Điều trị rối loạn máu bẩm sinh bao gồm thiếu máu bất sản, beta-thalassemia, hội chứng Blackfan-Diamon, thiếu máu hồng cầu liềm… CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC 5.7 Tế bào gốc tạo máu: 5.7.2 Các ứng dụng lâm sàng tế bào gốc tạo máu: - Dùng tế bào gốc tạo máu trợ giúp cho trường hợp hóa trị liệu xạ trị liệu điều trị ung thư Biện pháp gọi ghép tế bào gốc tự thân Với mục đích tế bào gốc huy động từ tủy xương vào máu thu giữ, bảo quản bệnh nhân điều trị hóa chất tia xạ để tiêu diệt tế bào ung thư Sau bị tác động hóa chất/tia xạ, bệnh nhân nhận lại tế bào gốc tạo máu Vấn đề ghép tế bào gốc tự thân tế bào ung thư vơ tình thu gom truyền trở lại cho bệnh nhân với tế bào gốc Hiện có số kỹ thuật phát minh cho phép tránh điều cách tách tinh khiết bảo quản tế bào có CD34+, Thy-1+ CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC 5.7 Tế bào gốc tạo máu: 5.7.2 Các ứng dụng lâm sàng tế bào gốc tạo máu: - Điều trị bệnh lý quan khác (nhồi máu tim, Parkinson …): Các nghiên cứu mơ hình động vật số thử nghiệm lâm sàng cho thấy dùng tế bào gốc tạo máu tiêm trực tiếp vào vùng tổn thương tim để tái tạo lại mô tim mạch máu tổn thương nhồi máu tim tiêm tế bào gốc tạo máu để điều trị bệnh Parkinson Các nghiên cứu theo hướng dựa vào khả “mềm dẻo” tế bào gốc tạo máu gợi mở tiềm ứng dụng tế bào gốc tạo máu ... chức não… CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC 5. 3 Nguồn lấy tế bào gốc: CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC 5. 4 Ưu nhược điểm loại tế bào gốc: 5. 4.1 Tế bào gốc phơi: Do có tính vạn dễ tăng sinh nuôi cấy, tế bào gốc phơi có... hoá: CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC 5. 2 Xếp loại tế bào gốc: 5. 2.2 Xếp loại theo nguồn gốc phân lập: xếp loại tế bào gốc làm loại: tế bào gốc phơi (trong có tế bào gốc phôi thực thụ tế bào mầm phôi), tế bào. .. hợp tế bào gốc tạo kỹ thuật nhân tạo phôi vơ tính Các tế bào gốc thân nguồn tế bào tốt cho ghép CHƯƠNG 5: TẾ BÀO GỐC 5. 6 Ứng dụng tế bào gốc: 5. 6.1 Ghép tế bào gốc trị liệu: dùng tế bào gốc