Tuỷ xương là khoảng được lấp đầy bởi các ống tuỷ của xương dài và trong các hốc của xương dẹt. Tổng trọng lượng tuỷ xương ở người trưởng thành khoảng 2600g. Về cấu tạo mô, tuỷ xương gồm hệ thống những xoang mạch xen kẽ với những khoang tạo máu.
Trong khoang tạo máu chứa một quần thể đa dạng các tế bào máu ở các giai đoạn phát triển và biệt hoá. Trong đó có nhiều loại tế bào gốc khác nhau. Tế bào gốc là thuật ngữ dùng để chỉ một loại tế bào đặc biệt, duy nhất có khả năng tự tái tạo mới và biệt hoá thành những tế bào chuyên biệt trong những điều kiện nhất định, khi nhận được những tín hiệu kích thích chúng trở lên hoạt động. Chúng tự tái tạo và biệt hoá bằng cách phát triển thành hai loại tế bào con khác nhau. Một loại tế bào sinh sản qua nhiều lần phân chia để tạo ra
tế bào tiền thân (progenitors), những tế bào này biệt hóa để tạo thành mô trưởng thành. Còn loại tế bào con thứ hai vẫn ở trạng thái không hoạt động ban đầu, chúng giữ nguyên kiểu hình và tất cả những khả năng của tế bào mẹ ban đầu cho tới khi có những tín hiệu hoặc hiện tượng kích hoạt mới xảy ra để đáp ứng tăng sinh biệt hoá [82],[130],[132].
Máu tủy xương có nguồn tế bào gốc dồi dào, ưu điểm chính của máu tuỷ xương là dễ lấy, ít liên quan với các bệnh lây truyền và có thể xử lý, ghép ngay trong mổ. Những kỹ thuật để phân lập hay nuôi cấy tế bào gốc từ tuỷ xương invitro có thể bằng cách tách trực tiếp dựa trên tính chất các marker bề mặt tế bào hoặc bằng phương pháp hút và ly tâm gradient tỷ trọng [69],[94], [106].
Hình 1.3. Quá trình tạo mô mới từ tế bào gốc của tuỷ xương
Hiện nay, trong máu tuỷ xương có hai loại tế bào gốc được nghiên cứu và ứng dụng trên lâm sàng nhiều nhất là tế bào gốc tạo máu (hematopoietic stem cells) và tế bào gốc trung mô (mesenchymal stem cells) [82],[131]:
- Tế bào gốc tạo máu: Có khả năng biệt hoá thành các tế bào của hệ thống miễn dịch và tuần hoàn, đảm nhiệm quá trình duy trì tái tạo máu hằng định, sản xuất ra hàng tỷ tế bào máu mỗi ngày. Tế bào gốc tạo máu được sử dụng trong ghép để điều trị một số bệnh máu như: leukemia, lymphoma, myeloma và thalassemia...
- Tế bào gốc trung mô: Máu tuỷ xương có nguồn tế bào gốc trung mô dồi dào, 1 ml tuỷ xương có khoảng 40 triệu tế bào có nhân và 2.000 tế bào tiền thân (hoặc 1 tế bào tiền thân/20.000 tế bào có nhân). Chúng là những tế bào đệm của tuỷ xương, có đặc tính của những tế bào gốc vạn năng, được tìm thấy trong chất đệm của tuỷ xương không tạo máu. Khả năng của tế bào gốc trung mô nguồn gốc tuỷ xương rất đa dạng. Trong quá trình chu chuyển của tế bào hoặc đáp ứng với những kích thích nhất định, chúng có thể biệt hoá thành nhiều loại tế bào như nguyên bào xương, nguyên bào sụn, nguyên bào sợi, tế bào mỡ, tế bào cơ tim, tế bào beta của đảo tụy, tế bào thần kinh và được ứng dụng điều trị rộng rãi trong nhiều chuyên ngành [97].
Những marker bề mặt của tế bào gốc trung mô tuỷ xương được nhận biết bằng những phương pháp miễn dịch tế bào, sử dụng những kháng thể đơn dòng tương ứng: Stro-1(+), CD105(+) hay SH2(+), CD73(+), CD90(+) hay Thy-1(+), CD45(-) [34], [40],[74],[95], [102], [115].
Friedenstein [52],[53] khi nuôi cấy các tế bào từ tuỷ xương thấy chúng tạo thành cụm tế bào có khả năng tạo xương và sụn (CFU-F). Nuôi cấy tuỷ xương dài ngày cũng cho thấy các tế bào này thể hiện đặc tính của dòng tế bào mỡ và nguyên bào xương. Jones E.( 2007) [77] cũng tìm thấy các marker bề mặt và khả năng tạo cụm CFU-F khi nuôi cấy tế bào gốc tủy xương trong phòng thí nghiệm. Pittenger [trích theo 9] thấy các tế bào phân lập từ máu tuỷ
xương có khả năng duy trì ổn định tình trạng không biệt hoá khi nuôi cấy dài ngày invitro và các colony từ những tế bào đơn lẻ ban đầu có thể được cảm ứng để biệt hoá thành dòng tế bào tạo xương, sụn, mỡ khi có các tín hiệu phù hợp. Kuznetsov [trích theo 126] thấy dòng tế bào đệm tuỷ xương có khả năng tạo colony khi có các yếu tố PDGF, TGF-β, EGF, BFGF (yếu tố phát triển nguyên bào sợi cơ bản-basic fibroblast growth factor).
Hình 1.4. Quá trình tái tạo mô xương mới từ tế bào gốc
* Nguồn: theo Muschler G.F. (2004) [98]