Tế bào gốc vạn năng (PSCs) là gì? Nguồn gốc và ứng dụng trong y học

Tế bào gốc vạn năng là gì?

Tế bào gốc vạn năng (Pluripotent Stem Cells) là một loại tế bào gốc thường chỉ tồn tại trong quá trình hay giai đoạn phát triển phôi sớm. Điều đặc biệt của tế bào gốc vạn năng là chúng có khả năng hình thành cả ba lớp cơ bản của phôi, từ đó hình thành toàn bộ cơ thể cơ thể, bao gồm: (1)

• Ngoại bì: Hình thành nên tế bào da, tế bào thần kinh
• Nội bì: Tạo nên tế bào của hệ tiêu hóa, hô hấp, nội tiết, gan, tuyến tụy
• Trung bì: Cấu thành các tế bào sụn, cơ và xương, các tế bào hệ tuần hoàn và mô liên kết

Một cách diễn đạt khác, đây là loại tế bào gốc có khả năng biệt hóa thành mọi loại tế bào trong cơ thể. Mặc dù chúng có tiềm năng lớn trong nghiên cứu y học và ứng dụng lâm sàng, song những nghiên cứu về loại tế bào này bị hạn chế bởi các vấn đề về đạo đức và tôn giáo.

Tế bào gốc vạn năng được tìm thấy ở đâu?

Một trong những điểm đặc biệt của tế bào gốc vạn năng chính là nguồn gốc của tế bào. Chúng được tìm thấy từ nguồn nút phôi bên trong phôi nang (inner cell mass of blastocyst). Trong điều kiện môi trường thích hợp của phòng thí nghiệm, chúng có thể được lưu trữ và nuôi cấy để kích thích khả năng tăng sinh và biệt hóa vô hạn. Với các thành tựu tiên tiến của y sinh học, các nhà khoa học đã tạo được tế bào gốc vạn năng cảm ứng. Tế bào gốc vạn năng cảm ứng có những tính chất tương tự tế bào gốc vạn năng, được tạo ra từ các tế bào soma hay tế bào sinh dưỡng trưởng thành thông qua công nghệ “tái lập trình” tế bào. (2)

1. Tế bào gốc phôi (ESC)

Tế bào gốc phôi thông thường có nguồn gốc từ phôi được tạo ra bằng phương pháp thụ tinh trong ống nghiệm (IVF). Trong IVF, tế bào trứng được thu thập và sau đó được thụ tinh thành hợp tử. Các phôi này được đặt trong môi trường nuôi cấy tại phòng thí nghiệm và được ủ để phát triển trong vài ngày. Đến ngày thứ ba, hợp tử phát triển thành phôi dâu (morula) gồm 8 tế bào là các tế bào vạn năng, có thể biệt hóa thành toàn bộ phôi thai, bao gồm cả bánh nhau và thai nhi. Đến khoảng ngày thứ năm, hợp tử sẽ phát triển thành phôi nang, phôi ở giai đoạn tiền cấy ghép bao gồm khoảng 100 – 200 tế bào. Ở giai đoạn này, khối tế bào bên trong phôi nang là quần thể tế bào gốc vạn năng.

2. Tế bào gốc vạn năng cảm ứng (iPSC)

Tế bào gốc vạn năng cảm ứng hay tế bào gốc vạn năng nhân tạo là những tế bào được tái lập trình từ tế bào soma, mang khả năng biệt hóa tương tự tế bào gốc vạn năng. Vào năm 2006, Yamanaka and Takahashi đã thành công khi dùng tế bào soma (tế bào sinh dưỡng) và chuyển đổi nó thành tế bào có khả năng biệt hóa tương tự tế bào vạn năng bằng cách tăng biểu hiện bốn yếu tố phiên mã có tên OCT4, SOX2, KLF4 và c-MYC để tắt các gen đặc hiệu của tế bào soma và bật các gen được biểu hiện bởi các tế bào vạn năng. Những tế bào được lập trình lại này gọi là tế bào gốc vạn năng cảm ứng (iPSC).

Việc có thể tạo ra các tế bào iPSC từ bất kỳ người hiến tặng khỏe mạnh nào hoặc từ bệnh nhân khiến chúng trở thành một công cụ đặc biệt mạnh mẽ để thử nghiệm thuốc, nghiên cứu nguyên nhân gốc rễ và cơ chế gây bệnh.

Tế bào gốc vạn năng được nuôi cấy như thế nào?

Tế bào gốc vạn năng hứa hẹn nhiều tiềm năng cho nghiên cứu y sinh, việc nhân tế bào và duy trì in vitro các tế bào này ở trạng thái chưa biệt hóa là điều cần thiết.

Nuôi cấy tế bào gốc có khả năng biệt hóa cao đi liền với ba thách thức lớn như: rủi ro sinh khối u, rủi ro miễn dịch và tính đa dạng trong quần thể tế bào. Ví dụ, tế bào gốc vạn năng cảm ứng (iPSC) và tế bào gốc phôi (ESC) đòi hỏi điều kiện đặc biệt, phải được nuôi cấy trên các đĩa có phủ lớp nguyên bào sợi phôi chuột bất hoạt (mất khả năng tăng sinh) để tạo môi trường, cung cấp những tương tác tế bào, các chất nền và yếu tố tăng trưởng ngoại bào, đảm bảo ổn định điều kiện nuôi cấy, nhằm hạn chế quá trình biệt hóa không kiểm soát của các tế bào gốc vạn năng. Việc nuôi cấy tế bào gốc vạn năng của con người (hPSC) có nhiều quy trình giống như nuôi cấy tế bào động vật có vú tiêu chuẩn, bao gồm: rã đông, cấy tế bào vào bình nuôi cấy, thay đổi môi trường, di chuyển và bảo quản lạnh. (3)

Quy trình nuôi cấy tiêu chuẩn được mô tả ở trên sử dụng nhiều loại sản phẩm từ động vật. Nhưng bất kỳ việc sử dụng hPSC nào trên lâm sàng đều sẽ yêu cầu loại bỏ các sản phẩm này vì chúng có nguy cơ phơi nhiễm với virus và các mầm bệnh khác có nguồn gốc từ động vật hoặc có nguy cơ gây các đáp ứng miễn dịch với protein lạ. Nhiều phương pháp đã được công bố để nuôi cấy hPSC trong môi trường hoàn toàn không có động vật, sử dụng các chất nền được xác định và thay thế huyết thanh bằng các yếu tố tăng trưởng.

Ứng dụng của tế bào gốc vạn năng

Hiện nay, y học tái tạo là một lĩnh vực đầy tiềm năng và đang phát triển rất nhanh. Với mục tiêu là sử dụng tế bào gốc để thay thế cho các mô, cơ quan bị tổn hại do chấn thương, bệnh tật, lão hóa hoặc khuyết tật bẩm sinh. Nhờ khả năng biệt hóa thành nhiều loại cơ quan khác nhau, tế bào gốc vạn năng được kỳ vọng sẽ là nguồn cung cho các liệu pháp dựa trên tế bào. Tiềm năng của tế bào gốc này trong việc nghiên cứu, ứng dụng thử nghiệm và điều trị lâm sàng vô cùng đa dạng:

• Phục hồi chức năng vận động sau chấn thương tủy sống, cơ xương khớp
• Hỗ trợ các bệnh lý mạn tính như đái tháo đường, suy gan, suy tim,…
• Cải thiện chức năng tim mạch trong trường hợp cơ tim thiếu máu cục bộ
• Phục hồi tổn thương não bộ và hệ thần kinh trong trường hợp mắc bệnh Alzheimer, Parkinson, bại não,…
• Cải thiện khả năng nhìn của mắt trong trường hợp bị viêm võng mạc sắc tố
• Ứng dụng trong thẩm mỹ giúp trẻ hóa da mặt, trẻ hóa tuổi sinh học,…

Tìm hiểu các vấn đề ứng dụng tế bào gốc vạn năng

Tế bào gốc phôi (ESC) là nguồn tế bào gốc vạn năng có nhiều ưu điểm. Tuy nhiên, có những hạn chế đối với việc sử dụng ESC trong liệu pháp thay thế tế bào. Hạn chế lớn nhất về mặt khoa học là khả năng tạo khối u vì tính kém ổn định của bộ gene tế bào gốc vạn năng; và khả năng biệt hóa quá lớn cùng quần thể tế bào có sự đa dạng gây khó khăn trong việc kiểm soát hướng phát triển, biệt hóa của khối tế bào trị liệu. Một hạn chế nữa về mặt đạo đức, vì phôi sẽ chết đi trong quá trình phân lập ESC.

Tế bào gốc vạn năng cảm ứng (iPSC) có một ưu điểm lớn khi không vướng phải vấn đề về đạo đức hay về miễn dịch, chỉ chỉnh sửa gene tế bào soma tự thân để tạo ra dòng tế bào có tính chất tương tự tế bào gốc vạn năng từ phôi. Tuy vậy, liệu pháp tế bào gốc vạn năng cảm vẫn đối mặt với những thách thức về tính an toàn, hiệu lực, tính ổn định di truyền và khả năng tạo khối u.

Tóm lại, tế bào gốc vạn năng kỳ vọng là một lĩnh vực được giới y khoa quan tâm nghiên cứu, ứng dụng. Tuy nhiên, đây là một lĩnh vực đòi hỏi trình độ chuyên môn rất cao của khoa học và công nghệ, các nghiên cứu, ứng dụng vẫn cần nhiều thời gian hơn để đưa ra những kết luận chính xác. Với những ứng dụng đã được triển khai, nếu có, người bệnh cần được điều trị tại những cơ sở y tế đã được cấp phép về ứng dụng này.