tế bào gốc và các ứng dụng của tế bào gốc - luận văn, đồ án, đề tài tốt nghiệp

Ví dụ: khi trứng được thụ tỉnh hình thành hợp tử, hợp tử này có những lần phân chia đầu tiên để hình thành phôi thai, các tế bào con được tạo ra từ quá trình phân chia này16 tế bào đâu

Lời Mở Đâu

Tế bào gốc là một lĩnh vực nghiên cứu còn khá mới mẻ ở Việt Nam nhưng

trên thế giới công nghệ tế bào gốc đã xuất hiện cách đây cả nửa thập kỷ Những

nghiên cứu về tế bào gốc chủ yếu phục vụ cho y tế nhằm tái tạo và thay đổi các mô của cơ thể người bệnh nhờ vào công nghệ tế bào gốc Công nghệ tế bào gốc có thé

áp dụng cho mọi cơ thể sống nhưng do chi phí nghiên cứu, phân lập và nuôi cay rat đắt nên hiện nó chỉ được sử dụng hạn chế trên một số mô của một số bệnh nhân có khả năng tài chính hoặc với mục đích thực nghiệm là chính.

L.Định nghĩa và phân loại tế bào gốc

1.Định nghĩa tế bào gốc:

Tế bào gốc là tế bào có khả năng phân chia vô hạn định, và có khả năng sinh sản

và tạo nên các tế bào khác có những chức năng chuyên biệt, một khi nó được cấy

vào một môi trường thích hợp

Ví dụ: khi trứng được thụ tỉnh hình thành hợp tử, hợp tử này có những lần phân

chia đầu tiên để hình thành phôi thai, các tế bào con được tạo ra từ quá trình phân

chia này(16 tế bào đâu tiên) có hình đạng và cấu trúc đi truyền hoàn toàn giống nhau và chưa biệt hóa về cấu trúc để tạo nên các mô riêng biệt vì thế mỗi tế bào

này có thể là tế bào gốc dé hình thành bắt cứ mô nào của cơ thể tùy vào môi trường

nuôi cấy

Tế bào gốc có nhưng tính chất đặc trưng là:

Khả năng tự làm mới

- Kha nang phan chia

Kha nang tu khuéch dai

- Kha nang biét hoa

Kha nang tự biệt hóa quan trọng nhất vì mọi ứng dụng của tế bào gốc đều nhờ vào tính chất quý giá này

2.Phân loại tế bào gốc:

Có nhiều cách phân loại tế bào gốc nhưng có hai cách phổ biến nhất đó là dựa vào khả năng biệt hóa và vị trí thu nhận tế bào gốc

a)Dựa vào khả năng biệt hóa của tế bào gốc:

Trong cơ thê mỗi chỳng ta đều cú chứa tế bào gốc, từ những giai đoạn phỏt triển đầu tiờn cho đến cuối cuộc đời

Về cơ bản cú 3 loại tế bào gốc: tế bào gốc tổng năng, tế bào gốc toàn năng và tế bào gốc đa năng.

CÁC LOẠI TẾ BÀO GÓC

Loại

tế

bào

£

goc

Té

bao

gốc |Mỗi tế bào cú thể phỏt triển thành một cỏ thể mới

tống

năng

Tế bào phụi ở giai đoạn mới phỏt

triển (từ 1 đến 3 ngày)

Tế

no Tê bào cú thê hỡnh thành nờn bất cứ loại tê bào nào trong /Tê bào gôc phụi tỡm thây ở phụi bào

gôc

toàn

năng

Tế

bào

gốc

đa

năng

Tế bào đó được biệt húa, nhưng vẫn cú thể hỡnh thành |Mụ bào thai, mỏu dõy rốn và tế bao nờn một số loại tế bào khỏc gốc trưởng thành

Tất cả cóc tế bào gốc đều cú ớch trong nghiờn cứu y học, nhưng mỗi loại

đều cú cả triển vọng cũng như giới hạn riờng Tế bào gốc phụi được hỡnh

thành từ rất sớm trong quỏ trỡnh phỏt triển của con người, vớ dụ như phụi

bào, cú tiềm năng tạo ra tất cả cóc loại tế bào của cơ thê Tế bào gốc trưởng

thành chỉ cú trong những loại mụ nhất định ở người đó phỏt triển toàn diện,

từ trẻ em thành người lớn, chỉ giới hạn tạo ra một số loại tế bào chuyòn biệt

nhất định mà thụi

b) Dựa vào vị trí thu nhận tế bào gốc:

Where do stem cells come from?

Blastocyst

At this stage of development, the the embryo ermbryonic s are pluripotent pluripotent L

\V

—

They are located in the various tissues

of the organism They have

alled multipotent

1 Fertilization: Sự thụ tỉnh

2 8-Cell embryo: Phụi gồm cú § tế bào Trong giai đoạn phỏt triển này, tế bào

gốc phụi được coi là tế bào gốc tổng năng (Totipotent stem cells); mỗi tế bào

này cú tiềm năng phỏt triển thành một con người

3 Blastoeyst: Phụi bào Trong giai đoạn phỏt triển này, tế bào gốc phụi được

coi là tế bào gốc toàn năng (Pluripotent stem cells); mỗi tế bào này cú tiềm

năng phỏt triển thành bat kỳ tế bào nào trong co thé

4 Fetus: Bào thai Trong giai đoạn phỏt triển này, tế bào gốc phụi được coi là

tế bào gốc toàn năng (Pluripotent stem cells); mỗi tế bào này cú tiềm năng

phỏt triển thành bất kỳ tế bào nào trong cơ thé

5 Tế bào góc cũng tỡm thấy nơi cơ thể trưởng thành Chỳng duy trỡ và chữa

trị cơ thể Chỳng được định vị tại nhiều tế bào trong cơ thể Cỏc tế bào gốc

trưởng thành cú tiềm năng nhận lấy những tớnh chát riờng biệt, hầu cú thể tạo

nờn cóc tế bào cú số lượng hạn định trong cỏc mụ Chỳng được coi như là cỏc

Hiện nay cóc khoa học gia vẫn chưa xỏc định được hết mọi tế bào gốc trưởng thành trong cóc cơ quan quan trọng của cơ thể Một số mụ như nóo, mặc dự cú tế

bào gốc tồn tại nhưng chyng lại khụng hoạt động, do đú chỳng khụng sẵn sàng phản ứng với tế bao bi chan thương hay tôn hại Hiện thời cóc nhà khoa học cũng đang tỡm kiếm cóch thức kớch thớch những tế bào gốc đang hiện diện để chỳng phot triển và tạo ra đỳng loại tế bào cần thiết nhằm thay thế tế bào bị hủy hoại

I Coch nuui cay va biét hua tê bào gôc

1 NUéI CAY TE BAO GOC

1.1 Thanh phan mui truong

Mụi trường nuụi cấy tế bào gốc gồm cỏc thành phần sau: muối vụ cơ,

carbohydrate, acid bộo, amino acid, vitamine, yếu tố vi lượng, huyết thanh Mỗi

thành phần cú chức năng khỏc nhau

Muối vụ cơ: giữ cõn bằng ỏp suất thẩm thấu của cóc tế bào, điều hũa điện thế màng

Carbohydrate, acid bộo, amino acid: cung cấp cóc chất đỉnh đưỡng thiết yêu giỳp

tế bào phõn chia Trong đú, carbohydrate là nguồn cung cấp năng lượng chớnh cho

tế bào, thường là glucid

Vifamine: cú thê liờn quan đến trạng thỏi biệt húa của tế bào trong sự điều hũa chức năng, hay hoạt động như một chất chống oxy húa Vitamin nhúm B cần cho

sự tăng sinh va phỏt triển của tế bào Thụng thường vitamine sử dụng trong mụi trường là riboflavin, thiamine và biotin

Yếu tố vi lượng: bao gồm kẽm, đồng, selenium trong du selenium là chat giyp toch coc gốc oxy tự do

Huyết thanh: cùng cấp chất dinh đưỡng và cóc nhõn tố tăng trưởng, kớch thớch sự phục hồi cóc tổn thương của tế bào, chống oxy hua va lam tang tớnh bỏm dớnh của

tế bào lờn bề mặt bỡnh nuụi

1.2 Kỹ thuật nuụi cấy

Nuui cay sơ cấp: là quỏ trỡnh nuụi cấy được thực hiện trực tiếp từ mảnh mụ ban đầu đến khi cấy chuyền lần thứ nhất

Nuụi cấy sơ cấp gồm cóc bước: thu nhận mụ > tóch rời cóc tế bào > nuui cấy tế bào

Trong mụ, cóc tế bào liờn kết với nhau thành một khối thống nhất thung qua coc cầu nối gian bào Tỏch cóc tế bào ra khỏi mụ bằng cóch phỏ bỏ những cầu nồi gian bao nay Céc cau nói này được phỏ hủy bằng hai cóch:

(1) Tóc động cơ học: cắt nhuyễn mụ, 6p nhuyén mu va toch bang loc tế bào

(2) Dựng enzyme phõn hủy cóc cẩu nói: cầu nối gian bào cú bản chất là protein, đo đú cỏc enzyme thủy phõn protein được sử đụng để tóch tế bào, những enzyme thường được sử dụng như trypsin, collagenase, chymotrypsin

Nuui cay thir cap: là quỏ trỡnh nuụi cây được thực hiện sau lần cấy chuyền đầu tiờn

Cấy chuyền để cung cấp cóc chất đinh dưỡng tươi và khụng gian phỏt triển cho cdc dũng tế bao phot triển liờn tục

Cấy chuyền gồm cóc thao tóc: loại bỏ mụi trường cũ ~ rửa bỡnh/đĩa nuụi > tóch cóc tế bào gốc bỏm vào đỏy đĩa => pha loóng cóc tế bào gốc bằng mụi trường mới Tắt cả cóc thao tỏc này được thực hiện trong buồng thao toc vu trung Viéc toch bo mui trường cũ được tiến hành bằng nhiều cóch khỏc nhau Nếu tế bào nuụi trong bỡnh Roux hay cóc đĩa nuụi đơn giếng, chỉ cần đồ bỏ mụi trường cũ vào bỡnh chứa Nếu tế bào nuụi trong cóc đĩa đa giếng ( bốn giếng, tỏm giếng ) dựng pipette voi dau tip vu trựng hỳt hét mui trường cũ Sau đú tiến hành rửa tế bào

bằng PBS

Cóc tế bào thường được tỏch rời khỏi đỏy đĩa bằng enzyme trypsin Tuy nhiờn, một số tế bào bỏm khung thật chat non chi can dung pipette hyt va huyén phw vai lần tế bào sé toch ra

1.3 Một số quy trỡnh thu nhận và nuụi cấy tế bào gốc

Thụ nhận và nuụi cấy tế bào gốc từ túy xương chuột

Đùi chuột vừa được thu nhận

Rửa bằng dung dịch PBS

Lúc bỏ phần cơ và thịt

Rửa lại bằng dung dịch PBS

Thu nhận xương đùi chuột

Cắt bỏ hai đầu xương đùi

Rửa tủy xương bằng dung dịch

D'MEM và thu nhân huvền phư tế

Nuụi tế bào trong dụng cụ nuụi phự hợp

Thay môi trường mới sau 24 giờ

Sơ đồ 1 Quy trỡnh thu nhận tế bào gốc từ tủy xương chuột

Thu nhận và nuụi cây tê bào gôc tir mou cuéng ron

Pha mẫu máu thu được với dung dịch PBS/2mMI EDTA theo tỉ lệ 1:1

Dựng pipette hỳt 15 ml dung dịch Ficoll_Hypaque vào ống ly tốm 50ml

Rút nhẹ 30 ml hỗn hợp PBS và mỏu lờn trờn lớp dung dịch Ficoll_Hypaque sao cho không làm xáo động bề mặt

Ly tðm 30' ở 1500v\phỳt, nhiệt độ

Tỏch tế bào đơn nhân ra từ pha giữa

Rửa 2-3 lần với PBS/EDTA

Tỏi huyền phự tế bào trong môi trường nuụi

Sơ đồ 2 Quy trỡnh thu nhận tế bào gốc từ mỏu cuống rốn

2 BIET HéA TE BAO GOC

Biệt húa tế bào gốc là quỏ trỡnh biến đổi từ tế bào gốc khụng cú chức năng

chuyờn biệt thành tế bào chuyờn húa.

Nguyờn tắc chung nhất là loại bỏ cdc toc nhõn biệt húa khụng định hướng và cảm ứng tế bào gốc biệt húa thành dạng tế bào mong muốn bằng cóc toc nhén biệt húa thoch hop

Sự biệt húa tế bào gốc khụng chỉ phụ thuộc vào tiềm năng biệt húa của tế bào gốc

mà cũn phụ thuộc vào tỏc nhõn biệt húa

2.1 Cóc phương phỏp biệt húa

Dựa vào kiểu tỏc nhõn biệt húa, phõn thành cỏc phương phỏp sau:

Biệt húa bằng húa chất

Một số hormone, cytokine, vitamin, coc ion Ca" toc dong lon té bao lam té bao thay đổi sự biểu hiện của gen, đúng một số gen đang hoạt động và mở một số gen chưa hoạt động Những thay đổi này dẫn đến tế bào thay đổi theo chiều hướng phự

hợp với kớch thớch, kết quả tạo thành một kiểu tế bào chuyờn biệt nào đú Ngoài

ra, cóc nhõn tố tăng trưởng thu nhận từ cóc dịch mụ cũng được xem là chất biệt húa định hướng

Biệt húa bằng cóc chất nền

Biệt húa bằng cóc chất nền dựa vào sự tương tóc giữa tế bào và chất nền trong nuụi cấy tế bào in vitro Tế bào hoạt động nằm trong chất nền ngoại bào ECM (Extra cellular matrix) ECM cú chứa cóc hợp chất phõn tử cao như collagen, elastin, laminin, fibronectin

Ngoài vai trũ làm cấu trỳc như một giỏ thé cho cóc tế bào, ECM cũn cú vai trũ sinh

lý như một vi mụi trường của cỏc tế bào Mỗi mụ khỏc nhau cú thành phần ECM

của riờng nú Do đú, việc bổ sung ECM thớch hợp vào nuụi cấy in vitro giỳp cỏc

tế bào gốc cú thể biệt húa thành cóc tế bào mong muốn

Đồng nuụi cấy với cóc tế bào đó biệt húa

Khi thực hiện đồng nuui cay, té bao gốc và tế bào đó biệt húa tương tỏc mật thiết với nhau, dẫn đến sự truyền cóc tớn hiệu phõn tử một cóch hiệu quả gõy ra sự biệt húa ở tế bào góc

Kóch thóch vật lý

Xung điện, cóc lực cơ học và xử lý nhiệt cú thể làm tế bào gốc biệt húa Nếu làm

giảm nhiệt độ cóc tế bào cơ tim phụi chuột sẽ làm tăng sự biêu hiện của beta-TGF, tóc nhõn gõy biệt húa ở một số té bao

Cóc gốc tự do và dạng oxygen hoạt động

Cỏc gốc tự do và cóc dạng oxygen hoạt động là những chất truyền tin nội bào quan trọng trong quỏ trỡnh biệt húa của tế bào

Chuyển gen

Phương phỏp này thường được sử dụng để điều hũa sự biệt húa tế bào gốc phụi Đưa gen cần chuyển vào tế bào nhằm bổ sung một số gen hoạt động vào hệ gen

của tế bào gốc phụi, khởi động sự biệt húa tế bào gốc theo con đường tạo thành tế

bào chuyờn húa mong muốn

2.2 Một số quy trỡnh biệt húa tế bào gốc

Biệt húa tế bào gốc thành tế bào xương

Bỡnh Roux chứa tế bào gốc

BO sung LG-DMEM, FBS, khong sinh,

dexamethasone beta-glvcerolohosphate

Nuui trong 14-28 ngay

Té bao xương

Sơ đồ 3 Quy trỡnh biệt húa tế bào gốc thành tế bào xương

Biệt húa tế bào gốc thành tế bào mỡ

Bỡnh Roux chứa tế bào gốc

BO sung DMEM, FBS, khỏng sinh,

dexamethasone insulin

Nuui trong 3 ngày

Té bao m@ bat mau xanh den

đến nõu của Sudan black

Sơ đồ 4 Quy trỡnh biệt húa tế bào gốc thành tế bào mỡ

IILTỡm hiệu về tê bào gôc cuông rôn và những ứng dụng

Dõy rốn được bao bọc bờn ngoài là một lớp màng quấn quanh tô chức của dõy rồn Từ lớp màng bao dõy rồn này cú thể thu được hai loại tế bào gốc là tế bào gốc biểu mụ và tế bào gốc trung mụ

Từ tế bào gốc trung mụ màng dõy rốn cóc nhà khoa học đó biệt hoỏ được chỳng thành cóc nguyờn bào sợi (là những tế bào phớa dưới của da), tế bào

mỡ, tế bào sụn, nguyờn bào xương, tế bào giống tế bào thần kinh và những

tế bào sản sinh chat nhay mucin Tir té bào gốc biêu mụ màng dõy rốn cóc nhà khoa học đó biệt hoỏ được chỳng thành tế bào sừng (là những tế bào bề mặt da), tế bào gan và tế bào sản sinh chất nhay mucin Khi phối hợp cả hai loại tế bào gốc trung mụ và biểu mụ cóc nhà khoa học đó tạo ra những cầu trỳc tương đương da, cũn được gọi là da nhõn tạo khụng gian ba chiều

Cho đến nay, vẫn chưa cú một ứng dụng chớnh thức nào sử dụng tế bào gốc màng doy ron để điều trị trờn người Cóc nghiờn cứu trờn thực nghiệm cho thấy tế bào gốc màng dõy rồn cú khả năng thỳc đây quỏ trỡnh liền vết

thương do bỏng va coc vết thương mạn tớnh (như cóc vết loột ở bệnh nhõn tiểu đường, bệnh nhõn sau chiếu xạ, bệnh nhõn liệt bị loột cỏc vựng tỡ đó) Bờn cạnh hướng nghiờn cứu ứng dụng điều trị vết thương, cóc tế bào gốc màng đõy rốn cũng đang được nghiờn cứu đề điều trị phục hồi thớnh giỏc và thị giỏc thụng qua sửa chữa tế bào bề mặt và tế bào thần kinh, sửa chữa xương và sụn, phối hợp trị liệu gen với tế bào đề điều trị cóc bệnh như

chứng mỏu chảy khụng dung do thiếu yếu tố đụng mỏu, và điều trị bệnh tiêu

đường Cóc kết quả nghiờn cứu thực nghiệm đầy hứa hẹn mở ra triển vọng

cú thể sớm đưa tế bào gốc màng dõy rồn vào ứng dụng điều trị trờn người

Trờn thực tế cóc tế bào cuống rốn mới chỉ được sử dụng hạn chế trong việc điều tri coc bệnh liờn quan đến đa và cú một vài trường hợp ghộp tủy thành cụng Đú là những dấu hiệu hết sức đỏng mừng cho ngành y học trong việc điều trị một số căn bệnh liờn quan đến cóc loại tế bào được biệt húa từ

tế bào mỏu cuống rồn

Cóc tế bào cuống rồn cú quy trinh xử lý chung trong quỏ trỡnh điều trị như Sau:

Möu cuống rốn

được lấy trờn tĩnh

mạch cuống rốn của

nhau thai ngav sau

Cho v ào tỳi cú dung dịch chống đông, rồi bảo quản bằng dung dịch DMSO 10% ở

kiểm tra loại trừ cỎc

bệnh lõy nhiễm như

HIV, các bệnh hiểm

nghốo