Luận văn: Tế bào gốc

Luận văn: Tế bào gốc

giới thieu về công nghệ tế bào.

Công nghệ tế bào trong chữa trị bệnh ở người chính là áp dụng công nghệ tế bào gốc trong chữa trị bệnh.

Tế bào gốc là các tế bào chưa biệt hóa, có thể tự tái tạo (self renew) và phân chia nhiều lần Trong những điều kiện sinh lý/thực nghiệm nhất định, tế bào gốc có thể cảm ứng biệt hóa thành các tế bào có chức năng chuyên biệt như tế bào cơ tim, tế bào tuyến tụy, tế bào bào da, tế bào máu, tế bào thần kinh…

Ứng dụng tế bào gốc:

1.4.1 Ghép tế bào gốc trị liệu (stem cell therapy):

Là dùng tế bào gốc để thay thế, sửa chữa các phần cơ thể bị bệnh và tổn thương bằng các tế bào mới khỏe mạnh Kỹ thuật này còn được gọi là kỹ thuật ghép tế bào trị liệu (cell transplantation therapy) hay kỹ thuật thay thế tế bào trị liệu (cell replacement therapy).

1.4.1.1 Quy trình ứng dụng tế bào gốc trị liệu bao gồm các khâu sau:

- Sản xuất dòng tế bào gốc:

+ Thu tế bào gốc: từ phôi hoặc từ tổ chức trưởng thành.

+ Nuôi cấy các tế bào gốc này trong labo nhằm nhân lên về mặt số lượng.

- Với tế bào gốc phôi, cần nuôi cấy nhân tạo trong các điều kiện môi trường lý hóa thích hợp để định hướng biệt hóa thành các tế bào mong muốn

- Ghép tế bào gốc, đưa các tế bào gốc này vào các khu vực tổn thương cần sửa chữa.

1.4.1.2 Ứng dụng tế bào gốc trưởng thành trong điều trị:

Trên lâm sàng, tế bào gốc trưởng thành đã được sử dụng trong điều trị các bệnh tự miễn, tai biến mạch máu não, suy giảm miễn dịch, thiếu máu, nhiễm Estein-barr virus, tổn thương giác mạc, các bệnh máu và bệnh gan, tạo xương không hoàn chỉnh, tổn thương tủy sống, liền vết thương da, điều trị ung thư (kết hợp với hóa chất và tia xạ), u não, u nguyên bào võng mạc, ung thư buồng trứng, các khối u đặc, ung thư tinh hoàn, đa u tủy, lơ-xê-mi, ung thư vú, u nguyên bào thần kinh, u lympho Non-Hodgkin, carcinoma tế bào thận, tái tạo cơ tim sau cơn đau tim, đái đường type I, tổn thương xương và sụn, bệnh Parkinson…

1.4.1.3 Ứng dụng tế bào gốc phôi trong điều trị

Tuy có nhiều triển vọng, hiện nay các tế bào gốc phôi chưa được dùng trong tế bào gốc trị liệu trên người Các bệnh có thể được điều trị bằng ghép các tế bào có nguồn gốc từ tế bào gốc phôi người bao gồm bệnh Parkinson, đái đường, chấn thương tủy sống, suy

tim… Vấn đề là khi điều trị cho các bệnh này yêu cầu các tế bào gốc phôi phải được định hướng biệt hóa thành các chủng loại tế bào đặc thù trước khi ghép.

Một ưu điểm của dùng tế bào gốc phôi so với tế bào gốc trưởng thành là các tế bào gốc phôi có khả năng tăng sinh không giới hạn trên in vitro và có khả năng sinh ra nhiều chủng loại tế bào hơn khi được định hướng biệt hóa Ưu thế này sẽ tăng lên nếu như trong quá trình ghép tế bào/mô, các tế bào gốc phôi không gây kích hoạt quá trình thải ghép do miễn dịch Có thể tránh tính sinh miễn dịch của các tế bào phát triển từ tế bào gốc phôi người bằng chuyển gen cơ thể nhận vào các tế bào gốc phôi làm cho chúng mang các phân tử kháng nguyên hòa hợp tổ chức (MHC) lớp I của cơ thể nhận, hoặc bằng kỹ thuật chuyển nhân để tạo ra các tế bào gốc phôi đồng nhất về gen với người nhận mô ghép

Nhược điểm của dùng tế bào gốc phôi cho ghép trị liệu là dễ hình thành các khối u teratoma Điều này làm cho tế bào gốc phôi chưa được sử dụng trong ghép tế bào gốc trị liệu trên lâm sàng Hiện đã có một số phương pháp nhằm loại bỏ các tế bào gốc phôi không biệt hóa trước khi ghép cho phép có thể tránh việc hình thành các khối u teratoma trên cơ thể nhận.

1.4.2 Công nghệ mô (tissue engineering)

Có thể coi công nghệ mô là một ứng dụng của tế bào gốc trị liệu Các tiến bộ gần đây trong nghiên cứu công nghệ mô và tế bào gốc cho thấy có thể thiết lập tế bào thành các cấu trúc không gian ba chiều dùng để sửa chữa mô tổn thương Sửa chữa tổ chức bằng công nghệ mô có thể được thực hiện bằng cách nuôi cấy tế bào gốc và sau đó ghép vào mô tổn thương

Trong công nghệ mô có thể sử dụng tế bào gốc trưởng thành để phát triển thành mô ghép hoặc có thể dùng tế bào gốc phôi tạo ra trong kỹ thuật nhân

bản phôi vô tính để sản xuất ra các mô ghép phù hợp về mặt miễn dịch (sơ đồ B) Một hướng khác có khả năng tạo ra mô ghép phù hợp với bệnh nhân từ nguồn tế bào gốc phôi là dùng kỹ thuật chỉnh sửa gen mã hóa phân tử hòa hợp tổ chức chính (MHC) (sơ đồ A)

1.4.3 Các ứng dụng tế bào gốc phôi không liên quan đến ghép:

Các ứng dụng không liên quan đến ghép chủ yếu được thực hiện trên tế bào gốc phôi Có thể kể đến một số ứng dụng sau:

- Nghiên cứu những sự kiện sớm xảy ra trong quá trình phát triển phôi thai người như các nguyên nhân có thể gây sinh ra trẻ dị tật bẩm sinh và các bất thường nhau thai dẫn đến sảy thai

- Khám phá ảnh hưởng của các bất thường chrosome trong giai đoạn sớm của quá trình phát triển Ảnh hưởng này có thể là sự hình thành sớm các khối u ở trẻ em mà qua nghiên cứu người ta thấy rằng các tế bào khối u này chủ yếu có nguồn gốc từ phôi.

- Thử nghiệm các thuốc điều trị Hiện nay trước khi thử một thuốc mới trên người tình nguyện, thuốc đó phải được qua thử nghiệm tiền lâm sàng Trong thử nghiệm tiền lâm sàng có sàng lọc thuốc trên các mô hình động vật – ví dụ các thử nghiệm trên in vitro có dùng tế bào chuột, hoặc các thử nghiệm in vivo liên quan đến việc đánh giá độc tính cấp và độc tính bán trường diễn của thuốc Mặc dù các nghiên cứu dược lấy phương pháp thử nghiệm trên các mô hình động vật làm căn bản, biện pháp này không phải lúc nào cũng cho phép phỏng đoán chính xác các tác dụng có thể có của thuốc trên các tế bào người Vì lý do này việc nuôi cấy tế bào người thường được sử dụng trong các thử nghiệm tiền lâm sàng Các dòng tế bào người này thường được duy trì in vitro trong thời gian dài và như vậy thường mang các đặc tính biệt hóa hơn các tế bào trong cơ thể Các khác biệt này có thể gây khó khăn trong việc phỏng đoán tác dụng của thuốc trong cơ thể nếu chỉ dựa trên các đáp ứng của các dòng tế bào người trên in vitro Chính vậy nếu các tế bào gốc phôi có thể được định hướng biệt hóa thành các loại tế bào đặc thù cho sàng lọc thuốc, các tế bào đặc thù này có lẽ sẽ mô phỏng tốt hơn đáp ứng của các tế bào/mô trong cơ thể với thuốc và như vậy cũng cung cấp các mô hình sàng lọc thuốc an toàn, kinh tế và hiệu quả hơn.

- Sàng lọc các chất có khả năng gây độc Lý do sử dụng tế bào gốc phôi người trong sàng lọc độc chất cũng giống như lý do dùng chúng vào việc thử thuốc như đã nêu trên Độc chất thường có tác dụng khác nhau trên các loài động vật khác nhau, điều này nói lên tầm quan trọng cần có các mô hình in vitro phù hợp nhất cho đánh giá tác dụng của độc chất trên các tế bào người

- Nghiên cứu các phương pháp mới về công nghệ gen (genetic engineering) Hiện tại việc chỉnh sửa gen cho các tế bào gốc phôi chuột trên in vitro có thể được thực hiện một cách dễ dàng nhờ các kỹ thuật như kỹ thuật tái tổ hợp gen Đây là một phương pháp thay thế hoặc thêm các đoạn gen, bằng cách này các phân tử DNA mong muốn được đưa vào bộ gen và sau đó đặc tính được biểu hiện Dùng phương pháp này có thể đưa vào dòng tế bào gốc phôi các gen định hướng tế bào gốc phôi biệt hóa thành các tế bào đặc thù hoặc các gen giúp cho tế bào bộc lộ các sản phẩm protein mong muốn Về cơ bản, nếu các kỹ thuật đó có thể phát triển với các tế bào gốc phôi người, nó có lẽ là cuộc cách mạng trong công nghệ gen và tế bào gốc trị liệu.

Tế bào gốc tạo máu

Tế bào gốc tạo máu được xếp vào loại tế bào gốc trưởng thành Đây là các tế bào được tách ra từ máu hoặc tủy xương, chúng có khả năng tự tái tạo (self renew), có thể biệt hóa thành các tế bào đặc thù, có thể di chuyển từ tủy xương vào máu, và có thể trải qua quá trình apoptosis để loại bỏ đi các tế bào không cần thiết.

Các nghiên cứu cơ bản về tế bào gốc tạo máu nở rộ vào những năm 1960 Trong thời gian này các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy có hai loại tế bào gốc tạo máu Hai loại này về thực chất chính là hai giai đoạn biệt hóa khác nhau của tế bào gốc tạo máu:

- Các tế bào gốc tạo máu dài hạn (long-term hematopoietic stem cells): đây là các tế bào gốc tạo máu ít biệt hóa hơn, nói cách khác là “non” hơn, có khả năng tự tái tạo và tính đa năng cao Trên thực nghiệm các tế bào này có thể khôi phục hoàn toàn chức năng tạo máu của chuột bị chiếu xạ liều chí tử sau vài tháng Một ví dụ về tế bào gốc tạo máu dài hạn là các tế bào gốc tạo máu mang CD34+, tế bào này có thể biệt hóa thành tất cả các chủng loại tế bào máu khác nhau Trong điều kiện bình thường, các tế bào gốc tạo máu dài hạn có khả năng tự tái tạo trong suốt đời sống cá thể Hiện nay thuật ngữ “tế bào gốc tạo máu” thường được dùng để đề cập tới loại tế bào gốc tạo máu dài hạn này.

- Các tế bào định hướng/tiền thân ngắn hạn (short-term progenitor or precursor cell): đây là các tế bào tạo máu đã khá trưởng thành, không mang CD34, là tiền thân của các tế bào đã biệt hóa đầy đủ của cùng một loại dòng tế bào máu, ví dụ tế bào định hướng dòng hồng cầu, tế bào định hướng dòng lympho, mẫu tiểu cầu… Các tế bào định hướng/tiền thân ngắn hạn cũng có khả năng tăng sinh, biệt hóa thành các tế bào máu nhưng so với các tế bào gốc tạo máu dài hạn chúng có giới hạn về tính đa năng Ví dụ một tế bào tiền thân hồng cầu có lẽ chỉ có thể tạo thành một tế bào hồng cầu.

1.7.1 Các nguồn lấy tế bào gốc tạo máu:

- Tủy xương: Là nguồn truyền thống để lấy tế bào gốc tạo máu Người hiến tế bào

gốc được gây mê, chọc và hút tủy xương ở vùng xương chậu Mật độ tế bào gốc trong tủy xương không nhiều, trung bình trong 100,000 tế bào tủy xương có một tế bào gốc tạo máu, các tế bào khác là tế bào thân, tế bào gốc thân, tế bào định hướng dòng máu và các tế bào hồng cầu, bạch cầu trưởng thành

- Máu ngoại vi: Là một nguồn lấy tế bào gốc tạo máu dùng cho điều trị Với mục

đích ghép tế bào gốc tạo máu trên lâm sàng, vì lý do an toàn và sự thuận lợi của kỹ thuật, lấy tế bào gốc tạo máu từ máu ngoại vi thường được thực hiện nhiều hơn lấy từ tủy xương Bình thường trong máu ngoại vi chỉ có một lượng ít tế bào gốc tạo máu và tế bào máu tiền thân Để huy động các tế bào này từ tủy xương vào máu, cần tiêm cho người hiến tế bào gốc các cytokine như yếu tố kích thích quần thể tế bào hạt (G-CSF) vài ngày trước khi thu tế bào gốc Thu tế bào gốc tạo máu được thực hiện bằng cách đưa một ống vào trong ven người cho và cho dòng máu đi qua một hệ thống lọc, hệ thống này cho phép lấy ra các tế bào CD34+ và đưa trở lại cơ thể các tế bào máu khác Khoảng

5-20% lượng tế bào CD34+ thu được là tế bào gốc tạo máu thực sự, số còn lại là các tế bào máu tiền thân, các bạch cầu ở những giai đoạn trưởng thành khác nhau.

- Cuống rốn: Từ cuối những năm 1980, đầu những năm 1990 các nhà nghiên cứu

đã phát hiện ra máu cuống rốn và máu nhau thai là những nguồn giầu tế bào gốc tạo máu Đến nay ghép máu cuống rốn đã có ứng dụng rộng rãi trong điều trị bệnh máu ác tính

- Các tế bào gốc phôi hoặc tế bào mầm phôi: Trong tương lai, khi ứng dụng của

các tế bào gốc phôi trở nên rộng rãi, đây cũng sẽ là nguồn quan trong để lấy tế bào gốc tạo máu

- Hệ thống tạo huyết thai nhi (gan, lách thai): Là một nguồn tế bào gốc tạo máu

quan trọng cho nghiên cứu nhưng không phải cho sử dụng lâm sàng

1.7.2 Các ứng dụng lâm sàng của tế bào gốc tạo máu

− Điều trị bệnh lơ-xê-mi và u lympho: Các tế bào gốc tạo máu (bị ung thư)

của bệnh nhân được phá hủy bởi tia xạ và hóa chất và được thay thế bằng ghép tủy xương hoặc bằng ghép tế bào gốc tạo máu lấy từ máu ngoại vi của một người cho phù hợp Người cho phù hợp thường là anh, chị, em của bệnh nhân, những người này được thừa hưởng kháng nguyên hòa hợp tổ chức tương tự bệnh nhân, do đó có thể giảm thiểu phản ứng thải mô ghép hoặc phản ứng ghép chống chủ.

− Điều trị các rối loạn máu bẩm sinh bao gồm thiếu máu bất sản,

beta-thalassemia, hội chứng Blackfan-Diamon, thiếu máu hồng cầu liềm…

− Dùng tế bào gốc tạo máu cứu nguy cho các trường hợp hóa trị liệu và xạ trị liệu trong điều trị ung thư Biện pháp này còn được gọi là ghép tế bào gốc tự thân Với mục

đích này tế bào gốc được huy động từ tủy xương vào máu rồi được thu giữ, bảo quản trong khi bệnh nhân được điều trị hóa chất hoặc tia xạ để tiêu diệt các tế bào ung thư Khi cơ thể bệnh nhân đã thanh lọc hết hóa chất/tia xạ, bệnh nhân được nhận lại tế bào gốc tạo máu của chính mình Với biện pháp điều trị này không có vấn đề bất đồng miễn dịch dẫn đến thải ghép hoặc phản ứng mảnh ghép chống túc chủ Tuy nhiên vấn đề của ghép tế bào gốc tự thân là đôi khi các tế bào ung thư vô tình được thu gom và truyền trở lại cho bệnh nhân cùng với tế bào gốc Hiện nay có một số kỹ thuật mới phát minh cho phép tránh được điều này bằng cách tách tinh khiết và chỉ bảo quản các tế bào có CD34+, Thy-1+.

− Điều trị các bệnh lý ở cơ quan khác (nhồi máu cơ tim, Parkinson …):

Các nghiên cứu mới đây trên mô hình động vật và một số thử nghiệm lâm sàng cho thấy có thể dùng tế bào gốc tạo máu tiêm trực tiếp vào vùng tổn thương tim để tái tạo lại mô cơ tim và mạch máu tổn thương trong nhồi máu cơ tim cũng như có thể tiêm tế bào gốc tạo máu để điều trị bệnh Parkinson Các nghiên cứu theo hướng này dựa vào khả năng “mềm dẻo” của tế bào gốc tạo máu và gợi mở một tiềm năng ứng dụng mới của tế bào gốc tạo máu