ĐỀ TÀI: MSCs trong liệu pháp gen chỉnh hình

“MSCs trong liệu pháp gen chỉnh hình” Nghiên cứu ứng dụng liệu pháp gen dựa vào tế bào gốc 1. CÁCH TIẾP CẬN 1.1. Liệu pháp gen 1.1.1. Khái niệm liệu pháp gen Liệu pháp gen là một ứng dụng mới của y học hiện đại trong điều trị bệnh ở người. Trong khi thuốc truyền thống là các hóa chất được sản xuất ngoài cơ thể, liệu pháp gen thực hiện theo cách khác: trực tiếp đưa gen chữa bệnh vào các tế bào người bệnh để sản xuất và giải phóng yếu tố chữa bệnh. Liệu pháp gen được thực hiện nhờ kỹ thuật di truyền nhằm thay đổi hay bổ sung chức năng gen bệnh bằng cách cung cấp một bản sao của gen bình thường (như sự tạo các protein điều hòa hệ thống miễn dịch, giúp tiêu diệt tế bào ung thư) hay điều chỉnh hoạt động của các gen khác . Để có được thành công của liệu pháp gen cần tập trung nghiên cứu hai yêu cầu: sự phân bố của gen liệu pháp trong tế bào đích và khả năng hoạt động tốt của gen trong tế bào [6]. Liệu pháp gen có vai trò quan trọng trong điều trị các bệnh di truyền và các bệnh mắc phải, ung thư, AIDS. 1.1.2. Các hướng nghiên cứu của liệu pháp gen Liệu pháp gen được nghiên cứu theo hai hướng chính. Hướng thứ nhất là trực tiếp chuyển gen vào người bệnh (in vivo) hay hướng sử dụng các tế bào sống như là phương tiện để chuyển gen mong muốn (ex vivo). Cả hai hướng đều có những ưu, nhược điểm riêng [13]. Hướng thứ nhất rất đơn giản, gen được cài trực tiếp vào tế bào người bệnh nhờ các phương tiện chuyển gen, điển hình là virus. Các virus được biến đổi di truyền để không cũn tớnh độc thường được sử dụng như là phương tiện chuyển gen vào tế bào theo như cách xâm nhập thông thường của virus. Phương pháp này hạn chế các dạng tế bào được nhiễm. Ví dụ, một số virus chỉ có thể nhiễm vào các tế bào đang phân chia tích cực. Điều này hạn chế tác dụng của chúng trong điều trị bệnh tim hay não, bởi những cơ quan này gồm các tế bào không phân chia. Gen cũng có thể được chuyển vào tế bào nhờ đóng gói trong liposomes [3],[16]. Hạn chế nữa theo hướng này là cho hiệu suất thấp. Gen chuyển cài ngẫu nhiên vào NST bệnh nhân hay không cài vào phụ thuộc vào mô nhận. Hơn nữa, cỏc mụ, cơ quan đích không phải luôn dễ nhận các gen được đưa vào trực tiếp. Hướng thứ hai là sử dụng các tế bào sống để đưa gen liệu pháp vào cơ thể. Theo cách này, các tế bào mang - thường là tế bào gốc, được lấy ra khỏi cơ thể và Đinh Thị Thu Hằng, Email: hangdinhbio@gmail.com / Tel: 0904194391 1 “MSCs trong liệu pháp gen chỉnh hình” gen liệu pháp được đưa vào tế bào gốc thông qua phương tiện tương tự như trên, tạo các tế bào biến đổi di truyền. Các tế bào được kiểm tra, tạo điều kiện sinh trưởng, phân chia và đưa trở lại người bệnh [6]. Hướng này có ưu điểm là: quá trình đưa gen liệu pháp vào tế bào diễn ra ngoài cơ thể - trên đĩa (in vitro) - cho phép các nhà nghiên cứu kiểm soát, thao tác chính xác hơn trong cơ thể (in vivo) bởi họ có thể chọn lọc và làm việc chỉ với những tế bào chứa gen tái tổ hợp, tạo yếu tố liệu pháp với số lượng hiệu quả. Thứ hai, qua thao tác di truyền, ta có thể nghiên cứu tỷ lệ tạo thành các yếu tố liệu pháp. Các tế bào có thể được lập trình để sản xuất tăng đều sản phẩm liệu pháp [3], [16]. Hình 1. Hai hướng cơ bản của liệu pháp gen Liệu pháp gen cũn cú một hướng là sử dụng kỹ thuật đối nghĩa bằng sự can thiệp RNA (RNA interference - RNAi) để giảm sự biểu hiện của một gen mong muốn (chính xác thỡ đõy không hoàn toàn thuộc liệu pháp gen nhưng vì kỹ thuật đối nghĩa là liệu pháp dựa trên di truyền học nên thường được xếp vào nhóm này). Với RNAi, RNA can thiệp nhỏ (siRNA) được tổng hợp hóa học và đưa trực tiếp vào tế bào hay được biểu hiện từ các vector DNA. Cơ sở của liệu pháp này là tất cả các bệnh ở người có nguyên nhân từ sự tạo protein không thích hợp hay sự biểu hiện protein không đúng lúc. Các bệnh này có thể được điều trị tận gốc bằng cách ngăn chặn sản phẩm không mong muốn ngay ở giai đoạn đầu tiên. Trong khi thuốc truyền thống được tạo ra để điều trị bệnh gây ra trên đối tượng là protein thì thuốc đối nghĩa hoạt động ức chế sự dịch mã của cỏc đớch mRNA đặc trưng tạo protein gây bệnh. Ví dụ, trong trường hợp ung thư, các phân tử đối nghĩa gồm sợi Đinh Thị Thu Hằng, Email: hangdinhbio@gmail.com / Tel: 0904194391 2 “MSCs trong liệu pháp gen chỉnh hình” oligonucleotide đối nghĩa mạch đơn (ASO) và siRNA cho thấy sự ức chế biểu hiện gen ở mức phiờn mó. Hiện tượng này được gọi là gen yên lặng sau phiờn mó. [6], [9]. 1.2. Liệu pháp gen dựa trên tế bào - tế bào gốc 1.2.1. Tế bào gốc Tế bào gốc là các tế bào nguyên thuỷ, chưa có đặc tính như các tế bào đó chuyờn hoỏ. Chúng có thể biến đổi thành các dạng tế bào khác nhau trong cơ thể. Vì thế, trong việc chữa bệnh, tế bào gốc có thể thay thế cho các tế bào bị tổn thương hoặc chết đi.Tế bào gốc có hai đặc tính quan trọng phân biệt với các dạng tế bào khác. Thứ nhất, chúng là các tế bào chưa biệt hóa mà có khả năng tự làm mới bản thân trong giai đoạn dài thông qua quá trình phân chia. Thứ hai là trong môi trường sinh lý thích hợp và các điều kiện thí nghiệm, chúng có thể được cảm ứng để trở thành các tế bào với chức năng đặc trưng như tế bào xung động của cơ tim hay tế bào sản xuất insulin của tuyến tụy. 1.2.2. Phân loại tế bào gốc Các nhà khoa học chủ yếu làm việc trên hai loại tế bào gốc từ động vật và người là: các tế bào gốc phôi (embryonic stem cell) và các tế bào gốc trưởng thành (adult stem cell), chúng có chức năng và đặc tính khác nhau. Tế bào gốc phôi là những tế bào từ khối tế bào chưa biệt hóa của túi mầm (blastocyst) (phôi thai từ 3-5 ngày tuổi). Nhờ đặc tính có thể phát triển thành mọi loại tế bào (không có ngoại lệ), các tế bào gốc phụi cú tiềm năng phát triển to lớn. Song đây cũng là vấn đề gây nhiều tranh cãi về đạo đức. Trong khi đó, tế bào gốc trưởng thành là những tế bào chưa biệt hóa nằm trong các tế bào biệt hóa ở mô của cơ thể. Chúng chỉ có thể biệt hóa thành các tế bào có quan hệ gần gũi hoặc có thể chỉ một loại tế bào. Các tế bào gốc trưởng thành có tác dụng thay thế cho các tế bào bị mất qua sự hao mòn và hỏng hóc do thương tật. Thông thường các tế bào gốc trưởng thành xuất hiện ít hơn hơn so với các tế bào gốc phôi [6]. Từ những cơ sở nghiên cứu trên chuột, năm 1998 các nhà khoa học đã phân lập được tế bào gốc từ phôi người và phát triển các tế bào in vitro. 1.2.3. Liệu pháp gen dựa trên tế bào gốc Đến nay, khoảng 40% của hơn 450 thử nghiệm lâm sàng liệu pháp gen tiến hành ở Hoa Kỳ được dựa trên tế bào. Trong đó, xấp xỉ 30% là sử dụng tế bào gốc người, đặc biệt trong tế bào gốc tạo máu [6]. Lý do chính để sử dụng tế bào gốc Đinh Thị Thu Hằng, Email: hangdinhbio@gmail.com / Tel: 0904194391 3 “MSCs trong liệu pháp gen chỉnh hình” trong liệu pháp gen dựa trên tế bào do chúng là một tập hợp các tế bào có khả năng tự làm mới, do đó giảm hay không cần thiết những quá trình lặp lại của liệu pháp gen [6]. Một số nghiên cứu liệu pháp gen sử dụng những tế bào gốc được tiến hành không chỉ cho mục đích liệu pháp mà còn để tìm những tế bào chết sau khi chúng được đưa trở lại bệnh nhân. Các nghiên cứu nhằm xác định nơi tế bào gốc kết thúc và liệu chúng có thực sự tạo sản phẩm mong muốn với chất lượng như thế nào và kéo dài bao lâu. Các thử nghiệm liệu pháp gen dựa trên tế bào gốc cho mục đích liệu pháp có khoảng 1/3 số lượng tập trung trên các bệnh ung thư (buồng trứng, nóo, vỳ, u tủy, bệnh bạch cầu và ung thư mô bạch huyết), 1/3 là HIV (HIV-1) và 1/3 là các bệnh đơn gen (bệnh Gaucher, hội chứng suy giảm miễn dịch phối hợp trầm trọng - severe combined immune deficiency (SCID), bệnh thiếu máu Fanconi, bệnh Fabry). Hiện nay, chỉ tế bào gốc máu người được sử dụng trong thử nghiệm liệu pháp gen. Tuy nhiên, một vài dạng khác của tế bào gốc đang được nghiên cứu như tế bào gốc hình thành cơ - cỏc nguyên bào cơ, tế bào gốc hình thành xương - tế bào tạo xương và tế bào gốc thần kinh. Việc thử nghiệm liệu pháp gen đối với tế bào gốc máu do những nguyên nhân: Thứ nhất, mặc dù số lượng tế bào gốc máu ít nhưng chúng có thể được lấy khỏi cơ thể dễ dàng thông qua hệ tuần hoàn và tủy xương của người trưởng thành hay máu dây rốn của trẻ sơ sinh. Hơn nữa, thao tác thí nghiệm với tế bào gốc máu dễ dàng và đưa trở lại bệnh nhân đơn giản (qua tiêm). Làm việc với tế bào gốc máu sẽ dẫn đến cải biến nhiều dạng khác nhau của tế bào máu. Nguyên nhân là khi tế bào gốc máu biệt hóa, gen liệu pháp tồn tại trong các tế bào như lymphocyteT và B, các NK, monocyte, các đại thực bào, granulocyte, eosinophil, basophil và megakaryocyte. Các ứng dụng lâm sàng của liệu pháp gen dựa vào tế bào gốc máu cũng rất đa dạng, mở rộng đến cấy ghép cơ quan, các rối loạn máu, tủy xương và hệ miễn dịch [6]. Các nghiên cứu gần đây với tế bào gốc hình thành xương ứng dụng liệu pháp gen giúp sữa chữa và tái tạo xương. Các tế bào gốc xương được biến đổi di truyền để tạo yếu tố sinh trưởng xương. Mặc dù đây là ứng dụng mới nhưng nó hứa hẹn một lựa chọn hiệu quả thay thế cho những kỹ thuật ghép xương thông thường [3]. 1.3. Trong y học chỉnh hình 1.3.1. MSCs trưởng thành tủy xương cho liệu pháp gen Đinh Thị Thu Hằng, Email: hangdinhbio@gmail.com / Tel: 0904194391 4 “MSCs trong liệu pháp gen chỉnh hình” MSCs (tế bào gốc trung mô trưởng thành - adult mesenchymal stem cells) là các tế bào gốc trong cỏc mụ trung mô trưởng thành. MSCs có thể có thể biệt hóa thành nhiều dòng trung mô khác nhau gồm xương, sụn, chất béo, cơ và gân. MSCs trưởng thành có ưu thế lớn trong liệu pháp gen y học chỉnh hình. Chúng có thể được phân lập từ nhiều loại mô, chủ yếu là từ tủy xương, mô cơ và chất béo. Cũng có bằng chứng cho thấy MSCs trưởng thành có thể phân lập từ máu. Những nghiên cứu kỹ thuật di truyền đã hướng đến tìm những marker phân tử để phát hiện MSCs trưởng thành, kết hợp với các kỹ thuật đáng tin cậy giúp phân lập và nhân in vitro MSCs trưởng thành. MSCs thích hợp cho mục đích liệu pháp gen bởi an toàn hơn trong cấy ghép do khả năng tăng sinh và tạo u ung thư ít hơn so với sử dụng tế bào gốc phôi [6]. Mặt khác, tế bào gốc trưởng thành dễ định hướng thành cỏc dũng đặc trưng hơn tế bào gốc phôi. Đặc tính dễ bị ảnh hưởng và thao tác in vitro của MSCs trưởng thành từ tủy xương đã thu hút các nghiên cứu liệu pháp gen chỉnh hình với tiêu điểm là cỏc mụ thuộc bộ xương như xương, sụn, gân và dây chằng. Trong đó, mô xương cho khả năng tái sinh cao, mô dây chằng có mức thấp hơn và mô sụn là rất thấp. 1.3.2. MSCs trưởng thành tủy xương cho liệu pháp gen tạo xương Đến nay, hầu hết các nghiên cứu liệu pháp gen thực hiện để cảm ứng hình thành xương ở những vị trí gãy không liên kết. Các dạng khác nhau của MSCs gồm cỏc dòng tế bào như C3H10T1/2 và tế bào gốc từ tủy sơ cấp được sử dụng để chuyển protein tạo hình xương-2 (bone morphogenetic protein -2- BMP-2). Yếu tố sinh trưởng họ BMPs thường được sử dụng nhờ tác dụng khởi động sự biệt hóa và hình thành xương. Cụ thể, BMP-2 thường được sử dụng bởi là yếu tố cảm ứng xương in vivo cao. Các hỏng hóc của xương có thể được gắn lại bởi sự sản xuất kéo dài của các yếu tố cảm ứng xương trong vùng phụ cận vị trí hỏng làm cảm ứng sự hình thành xương. MSCs trưởng thành từ tủy xương được sử dụng cho liệu pháp gen để tái sinh xương, không chỉ bởi đặc tính dễ bị ảnh hưởng mà còn bởi khả năng hình thành nguồn tế bào gốc cho tế bào tổ tiên xương và nguyên bào xương (tế bào tạo xương). Sự biệt hóa hình thành xương bắt đầu với sự chuyển MSC trưởng thành chưa biệt hóa thành dòng tế bào tạo xương, chuyển thành các tế bào tổ tiên xương, biệt hóa dần dần thành cỏc nguyờn bào xương trưởng thành. Sử dụng MSCs biến đổi di truyền cho liệu pháp gen thông qua tế bào xương có ưu điểm là khi những tế bào này được biến đổi để biểu hiện các yếu tố sinh trưởng tạo xương như BMP-2 người Đinh Thị Thu Hằng, Email: hangdinhbio@gmail.com / Tel: 0904194391 5 “MSCs trong liệu pháp gen chỉnh hình” tái tổ hợp (rhBMP-2), tiến hành ghép in vivo, gen chuyển biểu hiện không chỉ lờn mụ trung mô chủ (ảnh hưởng paracrine) mà cũn lờn MSCs trưởng thành tái tổ hợp (autocrine). Do đó, các MSCs tái tổ hợp cũng biệt hóa và góp phần vào quá trình hình thành xương [6]. Liệu pháp gen sử dụng MSCs trưởng thành cú thờm một thuận lợi so với chuyển trực tiếp protein hay gen in vivo đó là: các MSCs trưởng thành tái tổ hợp có thể ghộp vào mô bị tổn thương in vivo và biểu hiện các gen liệu pháp trong thời gian dài. Trong khi đó, gen hay protein chuyển trực tiếp sẽ bị ảnh hưởng bởi giới hạn thời gian. Các kết quả thử nghiệm lâm sàng cho thấy, MSCs tái tổ hợp sản xuất nhiều mô xương hơn so với cách chuyển trực tiếp protein rhBMP-2. Các MSCs tái tổ hợp tạo xương hoạt động tăng sụn và xương ở đỉnh của cỏc rỡa bị hỏng, hình thành sự tái sinh liên tục giữa cỏc rỡa hỏng ban đầu và hình thành xương mới. Trong khi đó, rhBMP-2 protein chuyển trực tiếp hình thành trung tâm xương tràn lan (ổ), không liên tục [6]. Có bốn yếu tố quyết định cho quá trình tạo xương. Thứ nhất, quá trình được bắt đầu bởi các phân tử hoạt hóa sinh học như cytokines, các yếu tố sinh trưởng - tìm đến các tế bào tổ tiên xương và kích thích chúng biệt hóa. Thứ hai, cần cung cấp một giàn giáo hay lưới tạo bề mặt cho sự gắn nội bào và sự sinh trưởng tế bào, ví dụ với trường hợp gắn mảnh vỡ thông thường có thể sử dụng tơ huyết vón cục và xương vùng phụ cận. Thứ ba, tế bào phản ứng, gồm các tế bào tổ tiên xương và tế bào tạo xương, cần để tổng hợp và khoỏng húa mạng lưới xương. Cuối cùng, nguồn cung cấp mạch tốt cho các tế bào, cung cấp dinh dưỡng cho sự sinh trưởng [2], [4]. Như vậy, quá trình hình thành xương được thực hiện nhờ sự phối hợp hoạt động của nhiều yếu tố sinh học hoạt hóa. Các yếu tố này hoạt động theo một chuỗi liên tiếp, từ tác động lên sự phát triển của tế bào trung mô, tế bào sụn và BMPs cảm ứng sự biệt hóa của các tế bào gốc trung mô để thành tế bào sụn và nguyên bào xương dẫn đến hình thành xương [5]. Quá trình này sẽ mở đường cho sự phát triển những ứng dụng liệu pháp dựa trên MSC trưởng thành cho các bệnh hệ thống và xương chuyển hóa ( như chứng loãng xương) [6]. 1.3.3. Yếu tố sinh học trong sự hình thành xương - BMPs Sự hình thành xương được điều chỉnh bởi các yếu tố tạo xương, gồm yếu tố sinh trưởng từ tiểu cầu (platelet-derived growth factor-PDGF), yếu tố sinh trưởng nguyên bào sợi (fibroblast growth factors-FGFs), yếu tố sinh trưởng như insulin Đinh Thị Thu Hằng, Email: hangdinhbio@gmail.com / Tel: 0904194391 6 “MSCs trong liệu pháp gen chỉnh hình” (IGF-1) và IGF-2, yếu tố sinh trưởng chuyển dạng (TGF), yếu tố sinh trưởng màng trong mạch (VEGF-vascular endothelial growth factor) và BMPs. Những yếu tố này ảnh hưởng các điểm khác nhau trong quá trình hình thành xương, gồm tính theo hóa chất, sự sinh trưởng và biệt hóa. Tuy nhiên, BMPs có ảnh hưởng rõ rệt nhất. Đõy là nhóm giữ vai trò chính trong cảm ứng hình thành xương mới nhờ khả năng kích thích sự biệt hóa của MSCs thành tế bào sụn và nguyên bào xương. BMPs là một họ phong phú, có ít nhất 15 BMPs đã được xác định ở người và loài gặm nhấm. Đến nay, hầu hết các liệu pháp gen tiến hành trong quá trình gắn cột sống đều có sự chuyển nhiễm với BMPs [11]. BMP-2 và BMP-7 được nghiên cứu kỹ nhất ở cả mô hình động vật và thử nghiệm lâm sàng trong quỏ trỡnh gắn cột sống [11]. BMP-2 và BMP-7 có thể kích thích quá trình gắn các vị trí hỏng phân đoạn ở các động vật linh trưởng và đã được thử nghiệm lâm sàng trong điều trị trường hợp gãy xương mác và xương chày không liên kết. Các phiên bản tái tổ hợp của BMP-2 và BMP-7 đã được FDA phê chuẩn, giới hạn sử dụng trong các ứng dụng chọn lọc như thoái hóa cột sống và không dính cột sống. Mặc dù có nhiều triển vọng trong lĩnh vực tái sinh xương, việc sử dụng BMP chưa được tối ưu. Những nghiên cứu BMP phải được sử dụng ở nồng độ cao mới có hiệu quả tạo hình xương. Hiện nay, rhBMP đang được nghiên cứu về liều lượng sử dụng [2],[5],[11]. 1.3.4. Vector liệu pháp gen -Adenovirus Hầu hết các nghiên cứu liệu pháp gen cho tái sinh xương đều được tiến hành với adenovirus mặc dù cũng có sử dụng adenovirus liên hợp, retrovirus, lentivirus, DNA plasmid không cải biến. Andenovirus cú cỏc ưu điểm: khả năng tạo các sản phẩm gen chuyển ở mức cao nhất. Do đú, chỳng có hiệu quả cao trong phạm vi rộng các loại tế bào, gồm nguyên bào xương và các tế bào tổ tiên của nguyên bào xương. Mặt khác, adenovirus có ưu thế đặc biệt trong việc kết hợp với BMPs do bản thân BMPs được tạo ra bởi tế bào eukaryota và giữ lại hoạt tính sinh học đầy đủ in vivo. Quan trọng nhất, BMPs có thể được tạo ra liên tục bởi các tế bào nhiễm virus cho nên hoạt động của BMPs không bị ảnh hưởng đáng kể bởi sự suy thoái protein [11]. Phương pháp phổ biến nhất là tiêm dưới da các vector virus mang BMP cDNA. Ví dụ adenovirus chứa cDNA cho BMP-2 (Ad-BMP-2) được sử dụng trong các mô hình gắn mảnh vỡ cận lâm sàng [2]. Quá trình nhiễm của adenovirus gồm sự Đinh Thị Thu Hằng, Email: hangdinhbio@gmail.com / Tel: 0904194391 7 “MSCs trong liệu pháp gen chỉnh hình” gắn tế bào đích của các protein virus đặc trưng, sau khi nhiễm, adenovirus không gắn với genome tế bào chủ mà tồn tại trong nhân như một episome và sẽ bị suy thoái dần khi tế bào phân chia. Đến nay, hầu hết các nghiên cứu liệu pháp gen sử dụng adenovirus thế hệ thứ nhất. Mặc dù những vector này đã cải biến di truyền để mất khả năng phân chia nhưng chúng chứa hầu hết genome virus. Do đó, các tế bào nhiễm với adenovirus thế hệ thứ nhất sẽ tiết ra protein độc và tạo phản ứng miễn dịch dẫn đến loại bỏ dần virus ra khỏi cơ thể. Bởi vì nhược điểm trên, adenovirus thế hệ hai đã được phát triển bằng cách loại bỏ hầu hết hay tất cả các protein độc. Những vector này cũn có ưu điểm là cho phép cài DNA lạ có kích thước lên đến 30 kb [5] . 2. HƯỚNG NGHIÊN CỨU “Nghiên cứu quá trình tạo xương trong các phần gãy không liên kết của MSCs trưởng thành tái tổ hợp mang gen BMP-2 (Ad-BMP-2)” 2.1. Tớnh cần thiết của nghiên cứu Các thành tựu trong lĩnh vực di truyền đã tác động lớn đến tất cả các mặt trong y học thực nghiệm. Điển hình là liệu pháp gen đã được nghiên cứu và ứng dụng trong phẫu thuật chỉnh hình - liệu pháp gen chỉnh hình. Các bệnh rối loạn di truyền có thể được điều trị nhờ liệu pháp gen chỉnh hình như: bệnh tạo xương chưa hoàn toàn, bệnh viêm khớp bẩm sinh, một số dạng của chứng loãng xương, chứng loạn dưỡng cơ, bệnh ưu chảy máu, hội chứng Marfan, Ehler-Danlos và các rối loạn di truyền mụ liờn kết khác. Các bệnh rối loạn mắc phải như các dạng của chứng viêm khớp, bệnh collagen (SLE, Scleroderma), hư hại sụn, dây chằng, sửa chữa gõn, cỏc vết gãy (đặc biệt là các liên kết ngừng trệ, không liên kết và dung hợp cột sống). Liệu pháp gen còn có hiệu quả đối với các bệnh nhiễm trùng cơ xương như bệnh lao và nấm xương Coccydiodomycosis, osteosarcoma và các u khác [4]. Hàng năm, ở Hoa Kỳ có khoảng 6,5 triệu ca gãy xương và khoảng 5-10% trường hợp là xương không liên kết. Có nhiều lựa chọn y học để kích thích sự hình thành xương nhưng đều có hạn chế riêng. Ngày nay, xương autologous được sử dụng là vật liệu ghép chuẩn. Tuy nhiên nó có thể gây ra hậu quả đáng quan tõm như hình thành khối tụ máu, nhiễm trùng Mặt khác, xương autologous bị giới hạn trong điều trị những trường hợp tổn thương lớn [2]. Trường hợp điển hình nữa là Đinh Thị Thu Hằng, Email: hangdinhbio@gmail.com / Tel: 0904194391 8 “MSCs trong liệu pháp gen chỉnh hình” bệnh viêm khớp, ở Hoa Kỳ với hơn 1/3 những người 60-65 tuổi và gần một nửa những người 70-75 tuổi mắc phải. Bệnh này cũng có thể gặp ở những người trẻ, chấn thương ở những phần liên kết có thể làm hư hại sụn khớp. Sụn khớp bị hư hại là một vấn đề không thể giải quyết bằng phẫu thuật chỉnh hình truyền thống. Liệu pháp gen chỉnh hình là giải pháp hiệu quả cho những vấn đề trên. Tình hình trong nước: Hiện nay, Việt Nam là một nước đang phát triển. Quá trình xây dựng và phát triển đất nước sau hơn 30 năm hòa bình đó cú những bước tiến khởi sắc. Bên cạnh đó cũng tồn tại không ít các vấn đề nhức nhối khác, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống con người, tác động không nhỏ đến nền kinh tế-xã hội. Môi trường ô nhiễm làm gia tăng các loại bệnh tật, đặc biệt là ung thư. Việc thiếu ý thức của một số cá nhân và những lý do khách quan đã khiến cho các vụ tai nạn giao thông tăng lên với con số đáng báo động. Làm việc trong những môi trường không đảm bảo an toàn vệ sinh lao động có thể xẩy ra những tai nạn đáng tiếc, làm tổn thất đến thể xác và tinh thần. Và đặc biệt là những vết thương do hậu quả của chiến tranh vẫn còn dai dẳng. Đây là những nguyên nhân chính giải thích cho việc các bệnh viện luôn trong tình trạng quá tải với các ca điều trị chỉnh hình. Phương pháp điều trị chỉnh hình hiện nay chủ yếu là phẫu thuật, cấy ghộp mụ cùng với hóa trị liệu. Các phương pháp này không hiệu quả với những trường hợp điều trị gãy xương không liên kết. Ở Việt Nam hiện nay, nghiên cứu và ứng dụng tế bào gốc còn rất mới mẻ. Chỉ có một số trung tâm nghiên cứu lĩnh vực này như Trung tâm mụ phụi - Học viện Quân y, phòng Nghiên cứu và ứng dụng tế bào gốc - ĐH KHTN thành phố Hồ Chí Minh, Viện huyết học và truyền máu trung ương, Viện bỏng quốc gia Lê Hữu Trác và một vài bệnh viện. Chính vì vậy, kết quả đạt được từ nghiên cứu tế bào gốc chưa nhiều. Nghiên cứu tế bào gốc mới dừng lại ở việc phân lập tế bào gốc từ các nguồn khác nhau, lưu giữ, bảo quản, thành lập ngân hàng tế bào gốc. Các nghiên cứu tập trung trên đối tượng tế bào gốc máu, tủy xương, thần kinh và tế bào gốc da. Thành công gần đây trong việc sử dụng tế bào gốc kết hợp điều trị hóa chất đối với bệnh ung thư máu (ghép tế bào gốc đồng loại), ghép giác mạc từ tế bào gốc là những kết quả rất đáng khích lệ, mở ra nhiều ứng dụng y học nhờ tế bào gốc. Trong tương lai, có thể nghiên cứu sử dụng tế bào gốc để điều trị vết thương, tổn thương sụn, gãy xương và các loại bệnh như ung thư, tiểu đường… Đặc biệt, tế bào gốc còn có thể được nghiên cứu sử dụng trong lĩnh vực thẩm mỹ và chăm sóc sắc đẹp. Đinh Thị Thu Hằng, Email: hangdinhbio@gmail.com / Tel: 0904194391 9 “MSCs trong liệu pháp gen chỉnh hình” Việc nghiên cứu quá trình tạo xương của tế bào gốc trong điều trị gãy xương có ý nghĩa rất quan trọng trong y học chỉnh hình. Đặc biệt hướng nghiên cứu này là ứng dụng liệu pháp gen dựa trên tế bào gốc. Là một lĩnh vực hoàn toàn mới nên sẽ gặp không ít những khó khăn, nhưng chúng ta có hơn 15 năm trong nghiên cứu công nghệ sinh học, đặc biệt là kỹ thuật di truyền, hy vọng sẽ đạt được những thành công bước đầu. Kết quả đạt được sẽ có ý nghĩa vô cùng lớn lao, là nền tảng cho y học chỉnh hình trong điều trị các loại bệnh di truyền, ung thư, các chấn thương xương và thẩm mỹ. 2.2. Nội dung chính 2.2.1. Nghiên cứu cơ bản về tế bào gốc Bao gồm phân lập, nuôi cấy tế bào gốc in vitro, in vivo (động vật thí nghiệm), các marker tế bào như marker protein bề mặt tế bào, marker chuyển hóa (metabolic marker). 2.2.2. Nghiên cứu về MSCs trưởng thành từ tủy xương và phương pháp phân lập Sử dụng các kỹ thuật phân tử như phân tích sự biểu hiện gen và DNA microarray để phân lập MSCs nhờ marker bề mặt trên MSCs - là các kháng nguyên đặc trưng, như CD73 và CD49a. 2.2.3. Thiết lập vector chuyển gen adenovirus mang gen rhBMP-2 và tải nạp vào MSCs 2. 2.4. Nghiờn cứu sự phát triển MSCs tái tổ hợp in vitro và in vivo Biểu hiện rhBMP-2 trong MSCs (adeno-BMP-2 nhiễm vào MSCs) trên chuột và người. MSCs tái tổ hợp được cấy chuyển cục bộ và tìm đường in vivo trong những chỗ hỏng phân đoạn xung quanh (vị trí tái sinh) và ở các cơ lệch vị trí và dưới da. Phân tích in vitro và in vivo để phát hiện sự biểu hiện và chức năng của rhBMP-2, xác định lại bằng các kỹ thuật RT-PCR (phát hiện ra các bản sao BMP- 2), ELISA, Western blot (phát hiện các protein tiền thân BMP-2), bioassays, hóa sinh mô miễn dịch (để tìm ra BMP-2). Đinh Thị Thu Hằng, Email: hangdinhbio@gmail.com / Tel: 0904194391 10 [...]... MSCs trong liệu pháp gen chỉnh hình TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Bobis S., Jarocha D., Majka M (2006), Mesenchymal stem cells: charateristics and clinical applications, Folia Histochemica et cytobiologica, Vol 44 (4), p 215-230 2 Carofino B C., Lieberman J R (2008), Gene therapy applications for fracturehealing, The Joural of bone and joint... hangdinhbio@gmail.com / Tel: 0904194391 11 MSCs trong liệu pháp gen chỉnh hình 12 Prusa A R., Marton E., Rosner M., Bernaschek G and Hengstschlọger M (2003), Oct-4-expressing cells in human amniotic fluid: a new source for stem cell research?, Human Reproduction, Vol 18 (7), p 1489-1493 13 Thomas P J (2006), Use of Genetically Modified Stem Cells in Experimental Gene Therapies, Science, Vol 311(5759),... orthopedic gene therapy, Gene Therapy, Vol 11, p 417-426 7 Medvedev S P., Shevchenko A I., Elisaphenko E A., Nesterova T B., Brockdorff N and Zakian S M (2008), Structure and expression pattern of Oct4 gene are conserved in vole Microtus rossiaemeridionalis, BMC Genomics, Vol 9, p 162 8 Musgrave D S., Pruchnic R., Bosch P., Ziran B H, Whalen J., Huard J (2002), Human skeletal muscle cells in ex vivo gene... (2008), Phenotypic analysis of cell surface markers and gene expression of human mesenchymal stem cells and chondrocytes during monolayer expansion, Biorheology, Vol 45(3-4), p 513-26 4 El-Husseini T F (2004), Gene therapy for orthopaedic surgeons, Gene therapy, Vol 8(1), p i-iiv 5 Franceschi R T (2005), Biological approaches to bone regeneration by gene therapy, Journal of Dental Research, Vol 84(12),... morphogenetic protein-2, The Journal of bone and joint surgery, Vol 84B(1), p 120-127 9 Niazi G A., Riaz-ud-Din S (2006), Biotechnology and genomics in Medicine a review, World journal of medical sciences, Vol 1 (2), p 72-81 10 Perin E C., Geng Y J., Willerson J T (2003), Adult Stem Cell Therapy in Perspective, Circulation, Vol 107, p 935-938 11 Phillip F M, Bolt P M., He T C., Haydon R C (2005), Gene... Genetically Modified Stem Cells in Experimental Gene Therapies, Science, Vol 311(5759), p 335 14 Turgeman G (2001), Engineered human mesenchymal stem cells: a novel platform for skeletal cell mediated gene therapy, J Gene Med, Vol 3, p 240251 15 Zech N H (2004), Adult stem cell manipulation and possible clinical perspectives, J Reproducktionsmed Endokrinol, Vol.1(2), p 91-99 16 http://stemcells.nih.gov/info/scireport/chapter11 . MSCs trong liệu pháp gen chỉnh hình Nghiên cứu ứng dụng liệu pháp gen dựa vào tế bào gốc 1. CÁCH TIẾP CẬN 1.1. Liệu pháp gen 1.1.1. Khái niệm liệu pháp gen Liệu pháp gen là một ứng. [3]. 1.3. Trong y học chỉnh hình 1.3.1. MSCs trưởng thành tủy xương cho liệu pháp gen Đinh Thị Thu Hằng, Email: hangdinhbio@gmail.com / Tel: 0904194391 4 MSCs trong liệu pháp gen chỉnh hình MSCs. động lớn đến tất cả các mặt trong y học thực nghiệm. Điển hình là liệu pháp gen đã được nghiên cứu và ứng dụng trong phẫu thuật chỉnh hình - liệu pháp gen chỉnh hình. Các bệnh rối loạn di truyền