Tế bào gốc và các ứng dụng trong y học

TẾ BÀO GỐC VÀ CÁC ỨNG DỤNG TRONG Y HỌC

PGS.TS.BS. Trần Công Toại

Mục tiêu:1. Biết được các khái niệm về tế bào gốc2. Phân loại được một số nhóm tế bào gốc3. Biết được các nguồn tế bào gốc được thu nhận hiện nay4. Biết được một số ứng dụng tế bào gốc trong y học5. Hiểu được tầm quan trọng ứng dụng tế bào gốc trong y học và tiềm năng ứng dụng trong

tương lai

I. CÁC KHÁI NIỆM

Tế bào gốc là những tế bào chưa biệt hóa, có khả năng phân chia vô hạn trong các tổ chức sống, có nguồn gốc từ phôi, thai hay mô cơ thể trưởng thành. Dưới điều kiện thích hợp hay có tín hiệu kích thích, tế bào gốc sẽ biệt hóa thành các tế bào có hình dạng và chức năng chuyên biệt như tế bào cơ tim, tế bào da, tế bào thần kinh, tế bào máu. Tế bào gốc đang là nguồn hy vọng của loài người trong việc phát triển liệu pháp tế bào để chế ngự các bệnh hiểm nghèo như ung thư máu, mất trí nhớ (Azheimer), liệt rung (Parkinson), tiểu đường, dị tật tim, bệnh thiểu năng miễn dịch di truyền… Các hoạt động nghiên cứu tế bào gốc đang được tiến hành tại hầu hết các Viện, Trung tâm Sinh học và các Công ty Y sinh trên thế giới. Hàng chục ngàn công trình về tế bào gốc đã được công bố bao gồm các lĩnh vực khác nhau như nghiên cứu cơ bản về đặc điểm sinh học và tiềm năng tế bào gốc; nghiên cứu công nghệ phân lập sản xuất tế bào gốc và nghiên cứu ứng dụng lâm sàng.

Tế bào gốc được định nghĩa như sau: Tế bào gốc (Stem cell) là những tế bào có khả năng tự làm mới và biệt hoá tạo thành những tế bào biệt hoá cao. Cần phân biệt tế bào gốc (Stem cell) là loại tế bào có khả năng phân chia và biệt hóa tạo ra các loại tế bào sinh dưỡng như tế bào sừng, tế bào thần kinh, tế bào máu… Một loại tế bào khác có tên là tế bào mầm (Germ cell) là loại tế bào có khả năng phân chia biệt hóa thành tế bào sinh dục như tinh trùng hoặc trứng.

Tế bào gốc là những tế bào chưa biệt hóa, không có một chức năng chuyên biệt cụ thể nào. Chúng là những tế bào có khả năng biệt hóa cao tùy theo nguồn gốc mà chúng có khả năng biệt hóa thành bất kỳ dòng tê bào mong muốn nào phụ thuộc vào điều kiện của môi trường nuôi cấy. Do có những đặc tính quan trọng này mà tế bào gốc trở thành một lĩnh vực đầy hứa hẹn trong việc cung cấp nguồn tế bào cho điều trị [4-10]. Một khi có được các dòng tế bào gốc, chúng ta có thể tiến hành cấy ghép vào mô của người bệnh có sự thiếu hụt hoăc giảm chức năng của dòng tế bào này để tái tạo mới, phục hồi một phần hay hoàn toàn các chức năng bị suy giảm hoặc đã mất. Cho đến nay, trên thế giới đã có nhiều mô hình nghiên cứu thành công trên động vật thực nghiệm trong việc sử dụng tế bào gốc điều trị một số bệnh tim mạch [11-18], hệ thống tạo máu [19-26], tiểu đường [27-31] và bệnh lý của hệ thần kinh [32-34]. Những phương pháp này đã và đang bước đầu được ứng dụng điều trị trên người. Bí quyết then chốt đảm bảo sự thành công, bền vững của hướng điều trị này chính là công nghệ tế bào trong đó các công nghệ: phân lập, nhân khối và bảo quản dài ngày và nghiên cứu tìm ra các điều kiện biệt hóa chuyên biệt đóng vai trò then chốt nhất. Bên cạnh đó các kỹ thuật cao nhằm đưa nguồn tế bào gốc đến đúng cơ quan, đúng vị trí thương tổn cần tái tạo, phục hồi cùng với các tiêu chuẩn kỹ thuật nhằm lượng giá hiệu quả điều trị thay thế có vai trò hết sức quan trọng. Tất cả các kỹ thuật, công nghệ trên hợp thành một dây chuyền công nghệ hoàn chỉnh nhằm ứng dụng tế bào gốc vào trong y học lâm sàng. Nếu chúng ta kết hợp công nghệ tế bào gốc và công nghệ gien với việc đưa gien lành vào tế bào gốc của người bệnh rồi cấy ghép trở lại cho bệnh nhân thì sự ứng dụng của tế bào gốc lại càng lớn hơn nhiều và có thể nói là không có giới hạn [27].

Về mặt chức năng ta có các loại tế bào gốc:

Tế bào gốc toàn năng (Totipotent) là những tế bào có khả năng phân chia, biệt hóa thành cá thể mới ví dụ tế bào gốc từ phôi 1-3 ngày sau thụ tinh.

Tế bào gốc đa năng (Pluripotent) là những tế bào có khả năng phân chia biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau ví dụ: tế bào gốc từ phôi nang 5-14 ngày sau thụ tinh.

Tế bào gốc đa tiềm năng (Multipotent) có khả năng như tế bào gốc đa năng, tuy nhiên nguồn tế bào gốc này xuất phát từ người trưởng thành hoặc máu cuống rốn…

Tế bào gốc đơn năng (Monopotent) là tế bào gốc chỉ phân chia biệt hóa tạo ra một loại tế bào biệt hóa cao như tế bào sừng ở da, tế bào rìa giác mạc…

Về nguồn gốc tế bào có hai loại tế bào gốc hiện nay đang được ứng dụng: 1. Tế bào gốc từ người trưởng thành (Adult stem cell) là những tế bào chưa biệt hoá được tìm thấy trong các mô đã biệt hoá, có khả năng tái tạo và biệt hoá thành các mô này; 2. Tế bào gốc từ phôi (Embryonic stem cells = ES) là tế bào nguyên phát từ phôi, có khả năng biệt hoá thành nhiều loại tế bào khác nhau. Trong 2-3 năm gần đây, một số tác giả đã chứng minh không có sự khác nhau về chức năng giữa hai loại tế bào này.

Lĩnh vực tạo ra cấu trúc thay thế một phần cơ thể có rất sớm khi khám phá sự phát triển mô như một qui luật. Việc tái cấu trúc một mô sống bao gồm cả da, mạch máu gồm ba loại tế bào, tuyến giáp, tế bào mỡ và những mô khác đã được báo cáo từ năm 1979-1986 do E. Bell và cộng sự. Trước thời kỳ đó các mô ghép được lấy từ ngân hàng mô, các mô ghép đồng loại sống cần có tương hợp mô hoặc ức chế miễn dịch sau ghép để chống thải ghép

Hiện nay một số loại tế bào được chú ý nhiều nhất là các tế bào gốc từ người. Vào năm 1998 các nhà nghiên cứu đã cải tiến kỹ thuật nuôi cấy tế bào gốc phôi (ES=Embryonic Stem Cell) người trong ống nghiệm. Tập thể các nhà nghiên cứu chỉ rõ, ngày nay có thể nuôi tế bào ES người trên môi trường huyết thanh tự do trên các lớp mỏng dinh dưỡng. Nuôi cấy dài ngày tế bào ES người có hoạt tính telomerase và giữ được độ dài của telomere, dấu hiệu khác của tăng sinh tế bào.

Tổng quát, các tế bào đa tiềm năng có thể được biệt hoá in vitro từ tế bào ES và EG (Embryonic Germ Cell = Tế bào mầm từ phôi) người không tương đương nhau về khả năng tăng sinh và biệt hoá (tế bào ES thu nhận từ khối tế bào lớp trong của túi phôi sau 5 ngày thụ tinh, tế bào EG thu nhận từ tế bào sinh dục sơ khai 5-10 tuần sau thụ tinh). Tế bào ES có khả năng tăng sinh trên 300 quần thể kép trong khi các tế bào thu nhận từ thể phôi-sinh ra từ EG-đạt tối đa 70-80 quần thể.

Các nhà khoa học mới bắt đầu tìm hiểu sinh học của tế bào ES và có nhiều câu hỏi then chốt vẫn chưa thể trả lời hoặc chỉ trả lời được một phần. Ví dụ như tinh chế và cải tiến hệ thống nuôi cấy tế bào ES thì điều quan trọng là các nhà khoa học cần xác định cơ chế cho phép tế bào ES người trong ống nghiệm tăng sinh mà không biệt hoá. Cơ chế điều hoà sự tăng sinh của tế bào ES người đã được biết, nó có thể áp dụng sự hiểu biết này để cải tiến những khó khăn đã tồn tại từ lâu về khả năng tự thay mới trong ống nghiệm của tế bào trưởng thành.

Cũng sẽ rất quan trọng để xác định đặc tính di truyền của tế bào ES, nó đóng vai trò quan trọng trong việc giữ lại tế bào và điều khiển sự biệt hoá của chúng hoặc xác định khả năng của chúng trong các cơ quan. Một trong những tác động của tăng trưởng túi phôi chuột trong nuôi cấy là sự thay đổi nhờ sự methyl hoá các gen chuyên biệt kiểm soát sự tăng trưởng và phát triển của phôi. Có hay không sự thay đổi tương tự trong các mẫu gen xảy ra ở tế bào ES hoặc phôi nang (Blastocyte). Nếu cũng có như vậy thì những tác động trong sự phát triển in vitro và trong các tế bào biệt hoá-thu nhận từ tế bào ES, là gì?

Vậy có thể có khả năng rằng tế bào ES người trong in vitro tồn tại ở trạng thái biệt hoá một phần hay không? Và nếu điều đó xảy ra thì làm thế nào để cố gắng tác động điều khiển sự biệt hoá của chúng hoặc giữ lại các tế bào trong trạng thái tăng sinh.

Các nhà khoa học cần xác định tín hiệu của những con đường tải nạp phải được hoạt hoá để cảm ứng tế bào ES biệt hoá theo con đường đặc biệt. Điều này bao gồm sự hiểu biết về sự tương tác Ligand-Receptor và các thành phần tương tác của hệ thống tín hiệu, cũng tốt như việc xác định gen nào hoạt động hoặc không hoạt động khi có sự biệt hoá các loại tế bào chuyên biệt.

Xác định các trạng thái trung gian của quá trình biệt hoá tế bào ES cũng rất quan trọng. Như tế bào ES người biệt hoá in vitro đã hình thành tế bào tiền thân và tế bào nguyên thủy thì có thể xác định và tách chiết được hay không? Nếu các tế bào ES hình thành các loại tế bào trung gian, sau đó có thể giữ lại và mở rộng được hay không? Các tế bào tiền thân và tế bào nguyên thuỷ sẽ được sử dụng cho liệu pháp cấy ghép? Cuối cùng các nhà khoa học cần xác định những giai đoạn biệt hóa nào của tế bào ES là tốt nhất cho những ứng dụng khác nhau. Chẳng hạn như giai đoạn nào của tế bào ES sẽ tốt nhất cho sàng lọc thuốc hoặc độc tố hoặc phân phối khả năng trị liệu của thuốc.

Một khái niệm khác cũng cần lưu ý là sinh sản vô tính (cloning) là hình thức hình thành các thể mới với chất liệu di truyền từ một tế bào sinh dưỡngVề mặt nguồn gốc có thể phân chia các tế bào gốc như: 1.1. Tế bào gốc phôi (Embryonic Stem Cells – ESCs)

Đây là các tế bào được thu nhận từ khối tế bào bên trong của phôi đang làm tổ trong suốt giai đoạn phôi nang. Chúng có khả năng biệt hóa thành hầu như tất cả các loại tế bào của cơ thể và được xem như là các tế bào gốc vạn tiềm năng. Chúng cũng có khả năng tăng sinh với một trạng thái chưa biệt hóa, nghĩa là có khả năng tự đổi mới. Ngoài các tế bào gốc được thu nhân có nguồn gốc từ phôi nang còn có các dòng tế bào gốc khác cũng được thu nhận từ phôi, chúng được gọi là các tế bào gốc mầm phôi hay tế bào mầm phôi thai (Embryonic Germ Cells – EGCs). Đây là những tế bào được thu nhận từ mầm sinh dục của thai trong khoảng từ 5 đến 10 tuần tuổi và đây là những tế bào mầm nguyên thủy sẽ phát triển thành trứng hoặc tinh trùng ở cơ thể trưởng thành.

Mặc dù các TBG thường được sử dụng để sửa chữa các tế bào bị tổn thương trong cơ thể trưởng thành nhưng có nhiều loại TBG được tìm thấy trong phôi giai đoạn sớm. Tương tự như vậy, hiện tại có những bằng chứng mới cho thấy có nhiều lợi ích sau khi ghép TBG phôi người có nguồn gốc từ tế bào thần kinh và tế bào mô cơ tim vào các mô hình động vật của bệnh Parkinson và tổn thương cơ tim (Ben-Hur et al, 2004: Kofidis et al, 2006; Singh và Williams, 2008; Liu et al, 2008). Trong mô hình chuột thí nghhiệm, người ta sử dụng các mô có nguồn gốc từ TBG phôi để điều trị các mô hình bệnh tiểu đường, bệnh parkinson (Frenck et al, 1998; Singh và Williams, 2008; Serra et al, 2002), nhồi máu cơ tim (Rufer et al, 1999), chấn thương cột sống (Reyes et al, 2001) và một số bệnh liên quan đến các rối loạn miễn dịch di truyền (Abdelkrim et al, 2009).

Đã có nhiều thí nghiệm với TBG phôi chuột trong nhiều năm qua và đạt được nhiều kết quả đáng khích lệ. Đối với việc biệt hóa TBG phôi thành hầu hết các loại tế bào quan tâm thì điều này vẫn chưa thực sự khả thi, mặc dù trong một số quần thể tế bào (như tế bào tiền thân thần kinh) có thể thường xuyên thu được từ việc nuôi cấy các TBG phôi, có thể nhân lên về số lượng và biệt hóa thành các tế bào trưởng thành. Đối với các bệnh thoái hóa thần kinh, tốt hơn là ghép tế bào thần kinh tiền thân hoặc tế bào thần kinh hoàn toàn trưởng thành. Ngược lại, gần đây có một số nghiên cứu cho rằng ngay cả khi ở trạng thái chưa biệt hóa các TBG phôi người biểu hiện mức thấp của kháng nguyên HLA lớp I sau đó tăng lên khi tế bào dần trưởng thành (Martin et al, 2005; Bajada et al, 2008). TBG phôi là những TBG đa tiềm năng có thể phát triển thành tất cả các loại tế bào có nguồn gốc từ 3 lớp mầm phôi. Do đặc tính này, các TBG phôi có tiềm năng vô cùng lớn cho liệu pháp ghép tế bào đặc hiệu cho từng người bệnh.

1.2. Tế bào gốc đa năng cảm ứng (Induced Pluripotent Stem Cells – iPS Cells)

Các tế bào iPS là kết quả của sự chuyển đổi từ một tế bào trưởng thành (tế bào sinh dưỡng) thông qua quá trình tái lập trình thành tế bào gốc đa năng. Mặc dù có tính đa tiềm năng, nhưng các tế bào này không được xem xét như các tế bào gốc phôi mặc dù chúng có tiềm năng giống nhau. Việc tái lập trình ban đầu được thực hiện bằng việc chuyển nạp với retrovirus. Hiện tại có nhiều nỗ lực trong quá trình thực hiện tái lập trình mà không cần dùng vector chuyển là retrovirus do các nghi ngờ có hại từ phương pháp này mang lại.

1.3. Tế bào gốc trưởng thành (Adult Stem Cells – ASCs)

Quần thể tế bào gốc trưởng thành đã được tìm thấy trong nhiều loại mô của cơ thể trưởng thành. Chúng được cho là rất quan trọng đối với cơ chế sửa chữa nội tại với nhiều loại mô và cơ quan của cơ thể. Nói chung, đây là các tế bào gốc khá đặc biệt. Một trong những loại tế bào gốc trưởng thành được sử dụng khá phổ biến hiện tại đó là tế bào gốc trung mô (Mesenchymal Stem Cells). Đây là loại tế bào gốc trưởng thành có mặt ở nhiều loại mô khác nhau trong cơ thể mà phổ biến nhất là trong chất nền của tủy xương hay trong mô mỡ. Trong thực tế, việc ghép tủy xương có thể được xem là trường hợp ứng dụng liệu pháp tế bào sớm nhất. Trong nuôi cấy in vitro các ASC có thể biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau. Do đó các tế bào gốc này cũng được xem có tính đa năng nhưng không phải là đa tiềm năng hay vạn tiềm năng. Các tế bào này cũng có khả năng tự đổi mới như ESCs, có thể biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau.

Như vậy, còn rất nhiều việc cần phải làm để hiểu rõ được đặc điểm của các loại tế bào gốc khác nhau và các yếu tố liên quan trong quá trình biệt hóa thành một loại tế bào khác của các tế bào gốc. Điều này cho thấy các phân tử hòa tan, các tương tác giữa tế bào – tế bào và tế bào với môi trường ngoại bào (vi môi trường) nơi mà các tế bào gốc hoạt động tác động lên rất nhiều đến các hoạt động của tế bào gốc, giúp chúng tăng sinh, biệt hóa hay duy trì trạng thái không biệt hóa của mình trong thời gian dài để hoạt động trở lại sau đó.

Hình: Sơ đồ phân loại tế bào gốc (Nguồn: V. Ramakrishna, P. B. Janardhan and L. Sudarsanareddy (2011), Stem Cells and Regenerative Medicine – A Review, Annual Review & Research in Biology, 1(4): 79-110)

Quần thể TBG trưởng thành đã được miêu tả rất chi tiết trong tủy xương ở chuột và người, nơi chúng luôn biệt hóa để thay thế các tế bào máu ngoại vi bị mất đi. Từ các nghiên cứu về hệ thống tạo máu đã xác định một quần thể TBG có khả năng tự đổi mới và tạo ra nhiều loại tế bào của các dòng tế bào khác nhau mà ngày nay được biết đến như là các TBG tạo máu. Khả năng của các TBG tạo máu bên trong tủy xương phát triển thành tất cả các thành phần tế bào của máu đã được khai thác rộng rãi trong lâm sàng để ghép tủy xương và ghép tế bào gốc tạo máu. Một số báo cáo gần đây cho thấy các TBG này có thể biệt hóa thành các tế bào khác với loại mô mà TBG được thu nhận (chuyển biệt hóa). Ngoài các TBG tạo máu ra, hiện tại các loại TBG trưởng

thành có thể được tìm thấy trong nhiều loại mô khác nhau. Như trong hai loại mô cơ và mô thần cũng là nguồn cung cấp TBG trưởng thành (Jackson et al, 1999; Galli et al, 2000; Ma et al, 2008), trong khi đó tủy xương được xem như là nhà máy sản xuất ra các tế bào tiền thân của mô cơ (Ferrari et al, 1998). Ngoài ra, chất nền tủy xương có chứa các TBG trung mô (Liechty et al, 2000; Abdelkrim et al, 2009) cũng có thể phát triển thành tế bào bào thần kinh và thần kinh đệm (Mezey et al, 2000; Woodbury et al, 2000; Ma et al, 2008) cũng như biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác, thậm chí là chúng có khả năng chuyển biệt hóa (khả năng biệt hóa thành các loại tế bào khác với nguồn gốc lá mầm phôi). Thật vậy, khả năng phát triển thành nhiều dòng tế bào khác nhau của các TBG trung mô và TBG tạo máu bên trong tủy xương là đối tượng được nghiên cứu rất nhiều và thảo luận rất sôi nổi (Liechty et al, 2000; Weissman, 2000; Gardner, 2007; Gorden, 2008; Bajada et al, 2008).

4. Tế bào gốc từ tế bào phôi chuyển gien: Tế bào trứng được loại bỏ nhân và sau đó được chuyển nhân của một tế bào trưởng thành đã biệt hóa bất kỳ. Tế bào trứng được chuyển nhân sẽ phân chia và phát triển như một trứng đã được thụ tinh. Các tế bào gốc phôi chuyển gien là các tế bào toàn năng, giống hệt như tế bào gốc phôi được tạo ra do thụ tinh. Đây là cách mà các nhà khoa học tạo ra tế bào phôi song tránh được sự trở ngại của vấn đề đạo đức. kỹ thuật này tạo ra một bước đột phá trong việc tạo tế bào gốc phôi toàn năng. Tuy nhiên, do trở ngại về kỹ thuật làm cho nghiên cứu này có nhiều hạn chế [35].

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC Tế bào gốc là những tế bào chưa biệt hóa, có khả năng phân chia vô hạn trong các tổ chức

sống, có nguồn gốc từ phôi, thai hay mô cơ thể trưởng thành. Dưới điều kiện thích hợp hay có tín hiệu kích thích, tế bào gốc sẽ biệt hóa thành các tế bào có hình dạng và chức năng chuyên biệt như tế bào cơ tim, tế bào da, tế bào thần kinh, tế bào máu. Tế bào gốc đang là nguồn hy vọng của loài người trong việc phát triển liệu pháp tế bào để chế ngự các bệnh hiểm nghèo như ung thư u, mất trí nhớ (Azheimer), liệt rung (Parkinson), tiểu đường, dị tật tim, bệnh thiểu năng miễn dịch di truyền và nhiều bệnh khác. Các hoạt động nghiên cứu tế bào gốc đang được tiến hành tại hầu hết các Viện, Trung tâm Sinh học và các Công ty Y sinh trên thế giới. Hàng chục ngàn công trình về tế bào gốc đã được công bố bao gồm các lĩnh vực khác nhau như nghiên cứu cơ bản về đặc điểm sinh học và tiềm năng tế bào gốc; nghiên cứu công nghệ phân lập sản xuất tế bào gốc và nghiên cứu ứng dụng lâm sàng.

Với những hiểu biết đã tích lũy, tần số nghiên cứu và đầu tư hiện nay, có thể nói công nghệ tế bào gốc đang ở ngưỡng hình thành một cuộc cách mạng mới trong Y học tái tạo trong những năm đầu của thế kỷ 21.

- Năm 1968, ca ghép tủy xương đầu tiên (tế bào gốc trưởng thành) đã thành công trong việc chữa trị bệnh khiếm khuyết miễn dịch kết hợp trầm trọng (Severe Combined Immunodeficiency Disorder - SCID).

- Từ năm 1970, các tế bào gốc trưởng thành đã được sử dụng thành công để điều trị bệnh khiếm khuyết miễn dịch và leukemia.

- Trong nhiều năm, tế bào phôi người đã được sử dụng để nuôi cấy virus trong các nghiên cứu vaccin và thuốc để chữa bệnh cho người. Năm 1954, John Enders lần đầu tiên đã sử dụng các tế bào phôi để nuôi virus Polio.

- Năm 1998, lần đầu tiên đã phân lập được tế bào gốc phôi người. James Thomson (Đại học Wisconson - Madison) đã phân lập các tế bào từ khối tế bào bên trong của phôi nang và đã phát triển các dòng tế bào gốc phôi người đầu tiên. John Gearhart (Đại học Johns Hopkins) đã thu được tế bào gốc phôi người từ các tế bào mô sinh dục của thai.

- Năm 2000, Pera, Trounson và Bongso (Singapore và Úc) đã biệt hóa tế bào gốc phôi người từ khối tế bào bên trong của phôi nang. Tế bào gốc phôi phát triển nhanh chóng trong điều kiện nuôi cấy in vitro, duy trì kiểu nhân bình thường, có khả năng biệt hóa thành các dòng tế bào khác nhau thu từ ba lớp phôi.

- Năm 2001, tiếp tục nghiên cứu biệt hóa tế bào mầm phôi người thành các dòng tế bào khác nhau, nhiều nhóm nghiên cứu đã báo cáo các phương pháp để định hướng sự biệt hóa tế bào gốc phôi trong điều kiện nuôi cấy in vitro, bao gồm những tế bào tụy tạng, tế bào thần kinh, tế bào cơ tim.

- Tháng 5 năm 2004, A. Melton và cộng sự đã biệt hóa 17 loại tế bào khác nhau từ tế bào gốc phôi thu nhận từ khối tế bào bên trong của blastocyst người.

Riêng về lãnh vực ứng dụng tế bào gốc trong điều trị tổn thương bề mặt nhãn cầu, nhiều công trình nghiên cứu đã được công bố.

- Năm 2000, Koizumi NJ và cộng sự đã nuôi cấy tế bào rìa giác mạc và ghép tự thân trên thỏ. Cùng năm này, Chen HJ và cộng sự cũng đã thành công trong sử dụng màng ối ghép điều trị loét giác mạc nặng. Một nhóm nghiên cứu của tác giả Tsai RJ đã báo cáo thành công trong nghiên cứu tái tạo giác mạc tổn thương bằng ghép tế bào biểu mô limbal tự thân.

- Năm 2002, Jun Shimazaki đã nuôi cấy tế bào vùng rìa giác mạc người trên màng ối để điều trị các bệnh lí bề mặt nhãn cầu.

- Năm 2005, Ang và cộng sự đã báo cáo nuôi cấy tế bào biểu mô kết mạc trên màng ối. Sau đó tiến hành ghép trên 22 bệnh nhân. Kết quả cho thấy tất cả bệnh nhân đã hồi phục sau 14 tháng điều trị.

- Gần đây, năm 2007 Kazunari Higa và cộng sự đã tạo được tấm biểu mô giác mạc trên màng ối và ghép điều trị trên thỏ. Kết quả cho thấy tấm biểu mô giác mạc vẫn duy trì được tính gốc của tế bào sau khi ghép.Nhận định chung về tình hình nghiên cứu và triển khai ứng dụng tế bào gốc trên thế giới

- Đầu tư trong nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tế bào gốc đang liên tục tăng lên, cuộc cạnh tranh nhằm giành vị trí dẫn đầu thế giới về tế bào gốc đang diễn ra gay gắt giữa các nước, đặc biệt làn sóng nghiên cứu về tế bào gốc phôi nguời đã nhanh chóng lan tỏa từ Châu Âu sang Châu Á với những cải tiến đáng ghi nhận.

- Năm 2004, Nhật Bản đã khánh thành các phòng thí nghiệm hiện đại nhất thế giới với các chương trình nghiên cứu cơ bản mô hình tế bào gốc tại Viện Sinh học phát triển Riken. Trong 2 năm qua, chính phủ Hàn Quốc đã đầu tư 27 triệu đô la cho vấn đề tế bào gốc. Tại Singapore, chính phủ đã đầu tư mạnh mẽ cho nghiên cứu tế bào gốc, trong đó có tổ hợp phòng thí nghiệm Biopolis rộng 18.000m2 và đã đầu tư 22 triệu đô la cho Công ty ES Cell International, công ty đang sở hữu 6 dòng tế bào gốc và đang tập trung nghiên cứu ứng dụng chúng trong điều trị bệnh tiểu đường. Australia, Trung Quốc, Nhật Bản, Ấn Độ, Thái Lan,… cũng coi nghiên cứu tế bào gốc là một đòn bẩy của công nghệ sinh học.

- Những đầu tư và chương trình nghiên cứu này cho thấy tầm quan trọng của nghiên cứu cơ sở khoa học công nghệ làm nền tảng cho việc phát triển liệu pháp tế bào gốc trong điều trị.

- “ Liệu pháp tế bào gốc sẽ vẫn là một giấc mơ nếu chúng ta không thể hiểu và kiểm soát các tiến trình kích thích tế bào gốc, biến chúng thành những loại tế bào chuyên biệt.” (Theo GS Julia Goodfellow, giám đốc điều hành BBSRC (Hội đồng nghiên cứu công nghệ sinh học và khoa học sinh học Anh)

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚCNghiên cứu về tế bào gốc là một lãnh vực mới mẻ ở nước ta, chỉ mới bắt đầu tiến hành

trong vòng 1 thập niên trở lại đây, rất ít công trình được đăng tải, đặc biệt là những công trình ứng dụng tế bào gốc vào mục đích điều trị và các mục đích thực tế khác. Ngoại trừ một số đề tài nghiên cứu về tế bào gốc phôi động vật (Nguyễn Mộng Hùng và CS năm 2004, Đỗ Khắc Hiếu và CS năm 2005) hầu hết các nghiên cứu đều tập trung vào tế bào gốc người trưởng thành hoặc tế bào gốc từ máu cuống rốn.

- Nghiên cứu qui trình nuôi cấy tế bào sừng tự thân trên màng nền collagen để điều trị bỏng sâu và các vết thương mất da, đề tài nghiên cứu cấp nhà nước do Viện Bỏng quốc gia thực hiện.

Tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, các nghiên cứu về tế bào gốc đã tiến hành từ nhiều năm qua. Các nghiên cứu đã bắt đầu tiếp cận đến việc nuôi cấy và ứng dụng tế bào gốc từ nhiều nguồn khác nhau bao gồm: tế bào gốc thu nhận từ

phôi, tế bào gốc thu nhận từ thai và tế bào gốc trưởng thành trên hai đối tượng chuột và người. Một số dòng tế bào đã thu nhận như tế bào gốc phôi thu nhận từ blastocyst chuột, tế bào mầm thu nhận từ cầu sinh dục chuột, tế bào gốc trung mô từ tuỷ xương chuột, nguyên bào sợi thu nhận từ da quy đầu người, màng ối người…Phan Kim Ngọc và CS (2,5,6,7,11,12,18) đã nghiên cứu có kết quả việc thu nhận, nuôi cấy và đánh giá tính gốc của tế bào gốc từ máu cuống rốn. Một số nghiên cứu về biệt hóa tế bào gốc thành tế bào thần kinh, tế bào sợi, tế bào mỡ, tế bào cơ tim, tế bào tiết insulin đã cho kết quả bước đầu, làm nền tảng cho những nghiên cứu hoàn chỉnh, kĩ thuật có thể ứng dụng sau này (Phạm Văn Phúc và CS, năm 2008). Trần Lê Bảo Hà (2007) đã bước đầu nghiên cứu thiết kế vi môi trường làm giá thể thu nhận tế bào gốc người.

Tại Trường Đại học y khoa Phạm Ngọc Thạch TPHCM, nhóm nghiên cứu của Trần Công Toại đã quan tâm nghiên cứu ứng dụng tế bào gốc, tế bào sừng vào thực tế điều trị một số bệnh (bỏng, bệnh lí giác mạc).

Bệnh viện truyền máu huyết học TPHCM là một trong những cơ sở đi tiên phong trong lãnh vực nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng tế bào gốc (tế bào gốc máu cuống rốn). Trần Văn Bé, Nguyễn Tấn Bỉnh, Huỳnh Nghĩa và CS đã có nhiều công trình được đăng tải về phân lập, nuôi cấy, ghép tế bào gốc máu cuống rốn trên các bệnh nhân bị các bệnh máu ác tính (20, 24, 25, 28, 30, 31,32).

Gần đây, Bộ khoa học và công nghệ cũng như một số trường đại học, viện nghiên cứu, bệnh viện đã quan tâm nhiều hơn đến lĩnh vực nghiên cứu tế bào gốc. Dần dần ở nước ta đã hình thành một số phòng thí nghiệm và một số nhóm nghiên cứu về tế bào gốc ở Đại học quốc gia TPHCM, Trường Đại học Y khoa Phạm Ngọc Thạch, Trường Đại học Y Hà Nội, Bệnh viện 108, Bệnh viện truyền máu huyết học TPHCM…Một số đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước đang được triển khai, đạt được một số kết quả bước đầu khả quan. Tại công ty dược Mekophar đã xây dựng ngân hàng máu cuống rốn và tế bào biểu mô bọc cuống rốn. Ngân hàng đang đi vào hoạt động và có thể hỗ trợ cho các nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng tế bào gốc vào điều trị.

Tại TPHCM, việc Bộ khoa học công nghệ và Sở khoa học công nghệ đã đầu tư xây dựng phòng thí nghiệm trọng điểm chuyên về nghiên cứu ứng dụng tế bào gốc là một tín hiệu đáng mừng. Chắc chắn phòng thí nghiệm này sẽ là một trong những chỗ dựa giúp các nhà khoa học tại TPHCM và trong cả nước đẩy mạnh nghiên cứu tế bào gốc đạt hiệu quả tốt hơn

Năm 2007 Sở khoa học công nghệ TPHCM đã phê duyệt và cấp kinh phí thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu ứng dụng tế bào vùng rìa giác mạc và bước đầu biệt hóa tế bào gốc máu cuống rốn người” do Trần Công Toại và Phan Kim Ngọc làm chủ nhiệm (). Trong khuôn khổ đề tài này, 20 bệnh nhân bị các bệnh lí về giác mạc (hội chứng Steven-Johnson, sẹo giác mạc, mộng thịt,..) đã được điều trị bằng phương pháp tế bào gốc và đã đạt hiệu quả tốt. Như vậy, đề tài do Sở khoa học công nghệ TPHCM quản lí này có một số nội dung tương tự với đề tài độc lập cấp nhà nước “Nghiên cứu quy trình sử dụng tế bào gốc để điều trị một số bệnh lí bề mặt nhãn cầu”. Đăng kí thực hiện đề tài cấp nhà nước này là rất cần thiết cho sự phát triển sự nghiệp nghiên cứu ứng dụng tế bào gốc vào điều trị các bệnh lí ở người. Đây cũng là cơ hội để nhóm nghiên cứu chúng tôi tiếp tục hoàn thiện các kĩ thuật về tế bào gốc phục vụ điều trị các bệnh lí giác mạc. Cụ thể là: hoàn thiện quy trình phân lập nuôi cấy, xác định tính gốc, biệt hóa tế bào gốc biểu mô vùng rìa giác mạc và biểu mô niêm mạc miệng; so sánh hiệu quả và chất lượng của tế bào gốc vùng rìa giác mạc và tế bào gốc biểu mô niêm mạc miệng; hoàn thiện quy trình kĩ thuật ghép; đánh giá hiệu quả và tiêu tốn (cost-benefit); đào tạo và hình thành đội ngũ các nhà khoa học và kĩ thuật viên có thể duy trì và phát triển các nghiên cứu ứng dụng tế bào gốc trong y học tái tạo.

II. CÁC NGUỒN THU NHẬN TÊ BÀO GỐC

() Trần Công Toại, Phan Kim Ngọc. Nghiên cứu ứng dụng tế bào vùng rìa giác mạc và bước đầu biệt hóa tế bào gốc máu cuống rốn người. Đề tài nghiên cứu Sở Khoa học Công nghệ TP.HCM. 2007– 2009

Dựa trên các giai đoạn phát triển từ trứng thụ tinh cho đến giai đoạn phát triển thành các thể hoàn chỉnh mà có thể thu nhận tế bào gốc.

Tùy thuộc vào nguồn thu nhận mà chúng ta có thể đạt được nguồn tế bào gốc phôi hoặc tế bào gốc người trưởng thành và từ nguồn gốc tế bào này mà có thể nuôi cấy, biệt hóa tạo những dòng tế bào và hoặc mô tương ứng.

Do thời lượng có hạn xin giới thiệu một loại tế bào gốc dễ thu nhận và hiện có nhiều tính năng ưu việt đó là tế bào gốc máu cuống rốn người.

Từ thập niên 70 của thế kỷ trước, máu cuống rốn người bắt được được lưu ý vì mang một số đặc tính tiềm năng, nguồn cung cấp tế bào gốc dồi dào với số lượng không nhỏ nếu biết tận dụng. Vì vậy, máu cuống rốn dược xem như nguồn tế bào gốc dự trữ tối ưu.

Nguồn gốc tế bào máu cuống rốnSự hình thành tế bào máu xuất phát từ trung bì phôi thai. Những tế bào non sơ khai của

dòng hồng cầu và những tế bào tạo máu mang CD34+ được tìm thấy đầu tiên ở túi nõan hòang sau 18,5 ngày thụ tinh. Những tế bào tiềm năng của hai dạng lympho và dạng tủy được tìm thấy ở vùng động mạch chủ-tuyến sinh dục-trung thận vào ngày 24-34 sau thụ tinh. Màng nội mạch có khả năng tạo máu nằm ở mặt lưng động mạch chủ cũng có nguồn gốc động mạch chủ-tuyến sinh dục-trung thận. Có mối liên quan chặt chẽ giữa tạo máu và tạo mạch, vì chúng cùng được tạo ra từ 1 loại tế bào gốc. Những tế bào gốc di chuyển khắp cơ thể theo dòng máu do đó những tế bào tạo máu từ túi nõan hòang hay vùng động mạch chủ-tuyến sinh dục-trung thận đến gan. Vào tuần thứ 7 của sự phát triển phôi, gan là cơ quan chính của sự tạo máu của thai, sau đó các tế bào gốc từ gan sẽ di chuyển vào tủy xương thành cơ quan tạo máu vào tháng 4-5 của thai. Từ tháng thứ 6, tủy xương là cơ quan đảm nhận tạo máu chính thức mặc dù sự tạo máu vẫn còn ở gan và lách đến sau sanh 1 tuần.

Cấu trúc và sự phát triển của cuống rốn, máu cuống rốnCuống rốn tạo sự liên kết giữa mẹ và thai nhi. Cuống rốn cấu tạo gồm một tĩnh mạch rốn

và 2 động mạch rốn được bao quanh bởi lớp thạch mô nhầy Wharton và bên ngòai là màng ối. Ở mặt cắt ngang cuống rốn, cho thấy 3 vùng phân biệt giữa tế bào đệm và chất nền gồm: lớp dưới màng ối, lớp thạch Wharton lớp áo giữa và lớp ngoại mạc bao quanh các mạch máu.

Vùng mô nhầy Wharton dồi dào với các phân tử của chất nền đệm như collagen loại I, III, VI, lamina, heparin sulfate proteoglycan. Mô nhầy được bao quanh bởi các tế bào đệm, là những tế bào mảnh mai có hình dạng như sợi cơ. Những sợi cơ này gồm vimentin và actin giống desmin. Vào giai đoạn đầu cuống rốn chỉ được cấu tạo vimentin và desmin. Cấu trúc và thành phần của máu cuống rốn là mô đệm có tính đàn hồi cao giúp bảo vệ mạch máu khỏi áp lực và dễ dàng cho sự trao đổi chất giữa máu cuống rốn và dịch ối.

Cuống rốn có nguồn gốc từ lớp trung bì ngòai phôi. Sau giai đoạn phôi nang, khối tế bào bên trong sẽ tạo thành thượng bì phôi. Các tế bào thượng bì phôi sẽ đi qua đường nguyên thủy tạo nên trung bì. Trung bì ngoài phôi sẽ tăng sau vài giai đoạn tạo phôi tạo thành trung bì lá nuôi, trung bì ối và cuống phôi. Chính vì vậy lớp trung bì ngoài phôi cấu tạo nên màng đệm, màng ối, túi noãn hoàng và cả cuống rốn.

Phân loại tế bào máu cuông rốn Tế bào gốc tạo máu

Các marker bề mặt tế bào được sử dụng để xác định dạng tế bào và giai đoạn phát triển. Kháng nguyên CD34 là glycoprotein biểu hiện dạng tế bào gốc tạo máu và tế bào đầu dòng khác âm tính đối với kháng nguyên CD34. Trong máu cuống rốn trưởng thành, tế bào CD34 chiếm 1% số tế bào có nhân tương tự như trong tủy xương. Tuy nhiên, đối với tuổi thai nhỏ số lượng tế bào CD34 lên tới 11% sau đó số lượng tế bào giảm dần khi tuổi thai tăng. Marker CD34 không thể phân biệt giữa tế bào gốc và tế bào đầu dòng, do đó phải sử dụng kết hợp nhiều marker khác nhau. Tế bào gốc tạo máu trong máu cuống rốn: tế bào hình thành dòng bạch cầu hạt và đại thực bào, tế bào đầu dòng hồng cầu, tế bào đầu dòng tiểu cầu.

Tế bào trung môCó thể biệt hóa thành: xương, sụn, gân, mỡ, mô liên kết hỗ trợ cho tế bào gốc tạo

máu biệt hóa. Phân lập tế bào trung mô chính dựa vào những tế bào bám trên chai nuôi và phát triển trong điều kiện đặc biệt hoặc sử dụng các marker tương ứng.

Tế bào gốc sinh dưỡng không giới hạn:Gần đây Kogler và cộng sự đã xác định một số ít tế bào gốc mà tính CD45 và

HLA lớp II trong máu cuống rốn, tế bào này không biệt hóa trong điều kiện bình thường nhưng trong những điều kiện đặc biệt nó tăng sinh rất mạnh có thể biệt hóa thành những dòng tế bào của ngoại bì, trung bì và nội bì.

Tế bào gốc giống tế bào gốc phôi trong máu cuống rốn Theo báo cáo của McGuckin và cộng sự trong số những tế bào bám của máu

cuống rốn, có một số tế bào gốc phôi và các phản ứng miễn dịch cũng cho thấy giống tế bào gốc phôi. Những tế bào này có thể biệt hóa thành tế bào thần kinh, gan, tụy, xương, mỡ, mạch máu.

Tế bào đầu dòng đa tiềm năng từ máu cuống rốn Có những đặc điểm khác với tế bào gốc tạo máu và tế bào trung mô. Sau khi cấy

3-4 tuần, những tế bào này tạo thành lớp đơn, hình dạng đồng nhất giống nguyên bào sợi. Những tế bào này có khả năng biệt hóa thành tạo cốt bào, tế bào nội mô, gan và thần kinh. Tế bào biệt hóa thành tế bào thần kinh có marker tyrosin hydroxylase, acetylcholinesterase và glutamate decarboxylase.

Số lượng các loại tế bào đầu dòng trong 1ml máu cuống rốn 8000 tế bào hồng cầu đầu dòng 13000-24000 tế bào đầu dòng tủy 1000-10000 tế bào đa năngTrong các loại tế bào gốc trưởng thành, tế bào gốc tạo máu được nghiên cứu ứng

dụng nhiều nhất. Tế bào gốc tạo máu đã được nghiên cứu từ những thập niên 60. Từ sự phát triển này dẫn đến ghép tế bào máu cuống rốn đã được ứng dụng trong điều trị các bệnh máu ác tính tại các nước trên thế giới cũng như tại Việt Nam.

Đặc điểm sinh học của tế bào gốc từ máu cuống rốnTrong các nghiên cứu cho thấy thời gian sống và tăng sinh trung bình khoảng 3

thángSo với tế bào gốc từ tủy xương, tế bào gốc từ máu cuống rốn có khả năng tăng

sinh mạnh hơn 8 lần, số lượng tế bào CD34+ hơn 4 lần, có chiều dài gen telomerase dài hơn. Do tế bào gốc trong máu cuống rốn chưa trưởng thành nên phản ứng miễn dịch đối với sự thải ghép giảm.

Máu cuống rốn có thể bảo quản lạnh trữ trong nhiều năm mà không mất khả năng sống

Ứng dụng của tế bào MCRTế bào máu cuống rốn là nguồn tế bào đa tiềm năng trong sửa chữa và tái tạo môMáu cuống rốn đã được báo cáo là nguồn tế bào gốc tạo máu, tế bào nội mô đầu dòng, tế

bào trung mô và nhiều dòng tế bào khác. Những dòng tế bào đa tiềm năng này có khả năng biệt hóa thành những tế bào của nhiều loại mô. Trên thế giới mỗi năm có hơn 100 triệu trẻ ra đời, máu cuống rốn là nguồn tế bào lớn trong điều trị. Một điều thuận lợi rất lớn là tế bào máu cuống rốn phát triển rất mạnh và chưa tiếp xúc với các yếu tồ miễn dịch.

Bốn lĩnh vực ứng dụng mạnh tế bào trung mô trong máu cuống rốn là: ghép tại chỗ, ghép toàn thân, kết hợp điều trị tế bào gốc với liệu pháp gien và sử dụng trong công nghệ mô.

Ghép tại chỗ: tiêm tại chỗ tế bào trung mô tự thân ở những bệnh nhân khiếm khuyết xương lớn cho thấy lành chỗ khuyết xương. Các báo cáo khác được thực hiện với khiếm khuyết sụn, bệnh động mạch vành và các vết thương da mạn tính. Tế bào được tiêm đã dung nạp rất tốt và các kết quả đạt được khá ngoạn mục. Tuy nhiên, các kết quả này nên được củng cố bằng các thử nghiệm lâm sàng với số lượng bệnh nhân thích hợp.

Ghép toàn thân: đã có một số thử nghiệm sử dụng tế bào trung mô đồng loại ghép trên trẻ em bị bệnh tạo xương bất toàn nhưng hiện tại kết quả vẫn chưa rõ ràng.

Kết hợp tế bào gốc và liệu pháp gien: sự biến đổi gien của tế bào gốc là mục tiêu hấp dẫn trong liệu pháp gien vì khả năng tăng sinh mạnh mẽ và thời gian sống dài hơn so với tế bào sinh dưỡng. Tế bào trung mô có thể biểu hiện các protein ngoại sinh có thể duy trì khả năng này nên ứng dụng điều trị theo phương pháp này khả thi.

Công nghệ mô: cung cấp các giải pháp thay thế để có được các mô và cơ quan cần cho việc ghép vì các cơ quan của người hiến rất hạn chế và bị thải ghép. Công nghệ mô cho phép nhận được tế bào của chính bệnh nhân, nuôi chúng trên giá ghép để hình thành những mô đặc biệt và những mô này có thể sửa chữa mô khiếm khuyết do bệnh hoặc do chấn thương. Tế bào trung mô là loại tế bào tốt để sử dụng trong công nghệ mô vì chúng có thể được nuôi cấy in vitro có khả năng tăng sinh và biệt hóa rất tốt. Một vài loại giá thể hiện tại đang được sử dụng từ vật liệu sinh học hoặc có nguồn gốc polymer được phân lập từ chất nền ngoại bào, collagen loại I hoặc fibronectin…. Đã có vài thử nghiệm được thực hiện trên động vật và ứng dụng trên người sẽ được thực hiện trong một tương lai rất gần.

Ưu điểm của nguồn tế bào gốc máu cuống rốnTế bào gốc có thể được phân lập từ phôi, mô thai, dịch ối, máu cuống rốn và từ nguồn

mô trưởng thành. Tế bào gốc từ mô trưởng thành có ở nhiều cơ quan trong cơ thể như: mắt, não, mô mỡ, mầm răng, gan, tụy, da, tủy xương, ống tiêu hóa.

Hiện nay, các nhà khoa học tập trung mối quan tâm sang tế bào gốc từ máu cuống rốn, trong đó có tế bào gốc trung mô từ máu cuống rốn do các đặc điểm sau:

Không vi phạm y đức và tín ngưỡng tôn giáo về việc sử dụng nguồn tế bào này, không gây ảnh hưởng đến mẹ và con trong quá trình thu nhận máu cuống rốn.

Nguồn cung cấp máu cuống rốn là vô tận. Máu cuống rốn dễ thu nhận, có thể lưu trữ lâu dài và sẵn sàng sử dụng nhanh

chóng khi cần. Ít gây phản ứng thải ghép khi cấy ghép Các tế bào từ cơ thể mới sinh thường ít mang các mầm bệnh

Máu cuống rốn là chất liệu tốt nhất để chuyển gen lành tính cho bệnh nhân mắc các bệnh lí di truyền

Tiềm năng tăng sinh và biệt hóa của tế bào gốc máu cuống rốn cao hơn tủy xương và máu ngoại vi

Các phương pháp thu nhận máu cuống rốnMáu cuống rốn có thể thu thập trong tử cung trước khi xổ nhau hoặc ngoài tử cung sau

khi xổ nhau sau sanh thường hoặc sanh mổ. Thu thập trong tử cung thường được thực hiện bởi bác sĩ sản khoa hoặc nữ hộ sinh. Cho đến nay chưa có báo cáo về những bất lợi trầm trọng trong cả 2 phương pháp trên vì không ảnh hưởng đến sinh lý của quá trình xổ nhau tự nhiên. Một số nghiên cứu đã thực hiện việc thu thập máu cuống rốn bằng cả 2 phương pháp trên và họ thấy rằng không có sự khác biệt về thể tích máu thu được, số lượng tế bào CD34+ cũng như số lượng tế bào có nhân. Tuy nhiên một nghiên cứu khác lại thấy rằng khi thu thập máu cuống rốn trong tử cung sẽ thu được thể tích máu và số lượng tế bào nhiều hơn đối với sanh thường và mổ lấy thai

Phương pháp tách tế bào có nhân từ máu cuống rốnLy tâm theo sự khác biệt tỉ trọng với FicollLúc đầu khi li tâm máu cuống rốn sử dụng li tâm theo nồng độ, người ta thấy rằng đã

làm mất đáng kể tế bào có nhân và tế bào đầu dòng trong máu cuống rốn. Sau đó người ta tìm ra Ficoll và nhận thấy rằng thu được lượng tế bào có nhân nhiều hơn và tốn ít thời gian hơn. Ficoll được cho vào ống li tâm sau đó cho máu lên trên, tiến hành quay li tâm. Hồng cầu và bạch cầu hạt sẽ lắng ở đáy của ống li tâm, lớp tế bào có nhân thu được nằm giữa lớp Ficoll và huyết thanh. Máu có chất chống đông đặt trên Ficoll, quay li tâm, sự di chuyển khác nhau trong quá trình li tâm, tạo nên các lớp tế bào chứa các loại tế bào khác nhau.

GelatinMáu cuống rốn và Gelatin 3% trộn với tỉ lệ 1:1 trong ống li tâm, hồng cầu lắng xuống

đáy. Khi hematocrit của dịch nổi trong ống li tâm đạt 5-7,5% (sử dụng COBE spectra biểu đồ màu tế bào bạch cầu), hút 5-7 ml dịch nổi cho vào ống li tâm 50ml và cho vào thể tích gelatin 3% bằng thể tích máu cuống rốn. Chờ lắng xuống hút dich nổi, lập lại 4 lần. Dịch thu được cuối cùng pha loãng tỉ lệ 1:1 với Hanks’ balanced salt solution chứa 10U heparin, 24U Dnase/ml và kháng sinh sau đó li tâm thu cặn lắng tế bào. Tế bào thu được rửa lại 3 lần, tỉ lệ tế bào sống thu được từ 94-100%.

Ly giải hồng cầuPhương pháp này sử dụng dung dịch đệm có tính phá hủy màng hồng cầu nhằm thu

nhận những tế bào máu còn lại. Để chuẩn bị dung dịch ly giải hồng cầu, các hóa chất cần chuẩn bị gồm ammonium chloride 89,9g, KHCO3 10g, EDTA 0,37g.

Hiện tại phương pháp này vẫn còn ít được áp dụng trong các công trình nghiên cứu về tế bào do phương pháp này thu được cả hỗn hợp tế bào máu trừ hồng cầu, không thể thu nhận từng loại tế bào máu mà ta mong muốn. Ưu điểm của dung dịch ly giải hồng cầu là giá thành hóa chất rẻ so với các hóa chất dùng trong các phương pháp khác.

Hydroxyethyl starch (HES)Sử dụng HES 6% gây hủy hồng cầu bằng cách trộn HES máu với tỉ lệ 1:5. Sau đó quay

li tâm 50 vòng trong 5 phút ở 100C. Huyết tương giàu tế bào lympho và ít hồng cầu được loại bỏ sau đó tiếp tục li tâm 6000 vòng trong 15 phút ở 100C, hút bỏ dịch nổi. Thu thập tế bào có nhân còn lại.

Đếm dòng chảy tế bào dưới kính hiển vi quang họcMáy đếm dòng chảy tế bào có thể nhận dạng các loại tế bào khác nhau qua tia tán xạ

hay ánh sáng huỳnh quang chúng phát ra khi chảy qua 1 chùm tia laser như vậy máy này cũng có thể chọn ra các tế bào chuyên biệt trong 1 hỗn hợp.

III. CÁC ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU TRỊCó thể ứng dụng tế bào trong trong lĩnh vực điều trị trực tiếp như cấy ghép vào cơ thể

hoặc gián tiếp như sử dụng các tế bào nuôi cấy thử thuốc, thử độc tố một số loại mầm bệnh để ra

giải pháp phòng tránh trị liệu…ví dụ tạo dòng nguyên bào sợi, nguyên bào xương, nuôi cấy trên giá thể san hô hoặc tơ đem ghép lại cho bệnh nhân. Các ứng dụng nuôi cấy tạo da trong điều trị các vết thương mất da, khởi đầu các tác giả nuôi cấy tế bào sừng và dần dần cả những tế bào sắc tố, tế bào Langerhans… tạo thành biểu mô da hoàn chỉnh ghép cho bệnh nhân.

Việc cấy ghép tế bào và mô thay thế các bộ phận hư hoại của cơ thể là ước muốn của y học có từ rất lâu. Tuy vậy, các ứng dụng này cũng chỉ áp dụng vào cuối thế kỷ 20 này. Các tế bào được cấy ghép vào trong cơ thể như:

Điều trị ung thư máu, một bệnh lý gây “suy tủy” là ức chế phát triển một số dòng tế bào. Vì vậy cách điều trị là dùng hoá chất tiêu diệt các tế bào ung thư kể cả những tế bào gốc và sau đó sử dụng tế bào gốc tủy xương đồng loại ghép vào, với nguồn gốc từ tế bào tuỷ xương hoặc tế bào gốc máu ngoại biên người cho hoặc có thể sử dụng tế bào gốc từ máu cuống rốn bé ngay sau sinh;

Điều trị tổn thương các tế bào thần kinh do chấn thương hoặc do bệnh lý thoái hoá.Điều trị các bệnh lý bề mặt nhãn cầuĐiều trị các bệnh lý tim mạchĐiều trị các bệnh lý cơ, da….Liệu pháp gen có thể được phát huy bằng cách sử dụng tế bào gốc biến đổi di truyền như

một vector mang gen chuyển. Hai khiếm khuyết lớn của liệu pháp gen:(1) Các rủi ro do hệ thống mang gen có thể gây ra.(2) Sự đáp ứng thải loại miễn dịch. Sử dụng tế bào gốc đưa gen vào cơ thể, theo lý thuyết sẽ khắc phục hai khó khăn trên, bởi

chúng là của bản thân (my stem cell), nghĩa la thu nhận tế bào sinh dưỡng trưởng thành của cơ thể dùng để cho nhân, nhân này được chuyển vào tế bào trứng loại bỏ nhân và sau đó tế bào này sẽ phát triển tạo thành phôi mới. Ở giai đoạn blastocyst, các tế bào gốc ở lớp ICM được thu nhận, chúng được gọi là các my stem cell (myES).

Không giống như hệ thống mang gen của virus tiềm ẩn nhiều rủi ro, các myES hầu như an toàn, do bộ gen la của cơ thể chủ và vì vậy, các tế bào này khó bị thải loại.

IV. CÁC XU HƯỚNG PHÁT TRIỂNCác nhà khoa học đang nghiên cứu nhiều dòng, nhiều chủng loại tế bào sử dụng trong y

học nhất là trong lĩnh vực ghép với nhu cầu ngày càng tăng trong chẩn đoán và điều trị. Một cách đơn giản dùng phương pháp phân lập, bảo quản và đem ghép cho bệnh nhận, ví dụ như bảo quản tế bào gốc tuỷ xương từ máu ngoại biên hoặc từ máu cuốn rốn và ghép lại khi cần, bảo quản tinh trùng và trứng hoặc phôi ở giai đoạn sớm. Cao cấp hơn các tác giả hoàn thiện dần nuôi cấy tế bào và ghép như ghép tế bào bêta tuỵ trong điều trị bệnh nhân đái tháo đường phụ thuộc insulin, nguyên bào sợi, nguyên bào xương, tế bào sụn…trên môi trường nuôi cấy thông thường hoặc trên các giá thể san hô, sợi, titanium… giúp ngày càng nâng cao chất lượng điều trị.

Một quan điểm khác mà các nhà khoa học cũng rất quan tâm là lĩnh vực sinh sản vô tính, hoặc các mô bằng các phương pháp nuôi cấy…

Nhiều tiềm năng ứng dụng tế bào ES đã được đề nghị, không liên quan đến ghép cơ quan. Ví dụ như: tế bào ES người có thể được dùng nghiên cứu các sự kiện sớm trong sự phát triển của người. Những sự kiện vẫn chưa được giải thích trong giai đoạn đầu của sự phát triển người có thể là kết quả trong thiếu hụt bẩm sinh, quái thai, mà dẫn đầu là sự xảy thai tự phát. Bằng nghiên cứu tế bào ES người trong ống nghiệm, có thể xác định các sự kiên về di truyền phân tử, và các vấn đề có liên quan gây ảnh hưởng xấu đến tình trạng sức khoẻ để tìm ra phương pháp ngăn chăn chúng.

Các tế bào cũng có thể được dùng để thăm dò tác động của các nhiễm sắc thể bất thường trong sự phát triển sớm. Điều này bao gồm khả năng kiểm soát sự phát triển của các mô ung thư giai đoạn sớm. Tế bào ES người cũng được dùng để kiểm tra thuốc trị bệnh mới. Hiện nay trước khi thuốc mới được kiểm tra trên những người tình nguyện, chúng được đưa vào một loạt các kiểm tra khởi đầu. Điều đó bao gồm sàng lọc thuốc trên mô hình động vật ví dụ như kiểm tra in vitro mà nó liên quan đến việc đưa thuốc vào một con vật để đánh giá mức độ an toàn của thuốc.

Mặc dù kiểm tra mô hình động vật là phương pháp chính của các nghiên cứu về sử dụng thuốc nhưng nó không thể luôn luôn dự đoán được những tác động của thuốc có thể có trong tế bào người. Vì lý do này, tế bào người nuôi cấy luôn được dùng cho bước kiểm tra khởi đầu.

Với những hiểu biết đã tích lũy, tần số nghiên cứu và đầu tư hiện nay, có thể nói cộng nghệ tế bào gốc đang ở ngưỡng hình thành một cuộc cách mạng mới trong Y học điều trị trong những năm đầu của thế kỷ 21.

Tài liệu tham khảo

1 Trần Văn Bé. Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật xử lí và trữ tế bào gốc máu cuống rốn. Đề tài cấp bộ, Bộ Y tế Việt Nam. 2000: 29-33, 34-41.2 Trần Văn Bé. Nghiên cứu hoàn thiện kỹ thuật chiết tách tế bào gốc tạo máu từ máu cuống rốn để điều trị bệnh lí về máu. Đề tài cấp sở, Sở khoa học công nghệ TPHồ Chí Minh. 2004: 11-14.3 Nguyễn Trí Dũng. Sinh học phân tử tế bào. 2008; 1: 274-276.4 Nguyễn Trí Dũng. Phôi thai học người. 2005: 5-7.5 Ngô Quang Hưng, Nguyễn Hoàng Viễn Thanh. Nghiên cứu phân lập tế bào gốc máu cuống rốn ứng dụng trong nuôi cấy biệt hóa. Luận văn tốt nghiệp bác sĩ y khoa. 2007.6 Huỳnh Nghĩa. Nghiên cứu ứng dụng quy trình xử lí tế bào gốc máu cuống rốn. Luận án tiến sĩ Y học. 2007.7 Phan Kim Ngọc, Phạm Văn Phúc. Công nghệ sinh học người và động vật. Nhà xuất bản giáo dục. 2006.8 Nguyễn Thị Thùy, Thái Thi Mai Duyên. Khảo sát thể tích máu cuống rốn. Y học Việt Nam. 1998; 221: 1-6.9 Phan Việt Xuân. Thu nhận và nuôi cấy tế bào máu cuống rốn trên màng ối người. Khóa luận cử nhân khoa học-Chuyên ngành sinh học. 2007: 43-44.10 Erices A, Conget P, Minguell JJ. Mesenchymal progenitor cells in human umbilical cord blood. Br J Haematol. 2000; 109: 235-242.11 J. A. Allay, J. E. Dennis, S. E. Haynesworth, M. K. Majumdar D. LacZ and interleukin-3 expression in vivo after retroviral transduction ofmarrow-derived human osteogenic mesenchymal progenitors. Human Gene Therapy 1997; 8: 1417-1427.12 B Assmus, V. Schachinger, C. Teupe, RLehmann M. Britten, N. Transplantation of progenitor cells and regeneration enhancement in acute myocardial infarction. Circulation 2002; 106: 3009-3017.13 E. V Badiavas, V. Falanga: T. Arch. Treatment of chronic wounds with bone marrow-derived cells. Dermatol. 2003; 139: 510-516.14 Strauer BE, Bremh M. Repair of infracted myocardium by autologous intracoronary mononuclear bone marrow cell transplantation in human. Circulation. 2002; 106: 1913-1918.15 Vacanti CA, Vacanti JP. Bone and cartilage reconstruction with tissue engineering approaches. Otolaryngol Clin North Am. 1994; 27: 263-276.16 Damien CJ, Parsons JR. Bone graft and bone graft substitutes: a review of current technology and applications. J Appl Biomater. 1991; 2: 187-208.17 Orlic D. Adult bone marrow stem cells regenerate myocardium in ischemic heart disease. Ann N Y Acad Sci. 2003; 996.18 MD Daniel V. Surbek, Eva Visca. Umbilical cord blood collection before placental delivery during cesarean delivery increases cord blood volume and nucleated cell number available for transplantation. Am J Obstet Gynecol. 2000; 183: 218-222.19 D. R Diduch, L. C. Jordan, C. M. Mierisch & G. Balian. Marrow stromal cells embedded in alginate for repair of osteochondral defects. Arthroscopy. 2000; 16: 571-577.

20 Robert A. Dracker. Cord blood stem cell: How to get them and what to do with them. Journal of Hematotherapy. 1996; 5: 145-148.21 Denhardt DT, Mistretta D, Chambers AF. Transcriptional regulation of osteopontin and the metastatic phenotype: evidence for a Ras-activated enhancer in the human OPN promoter. Clin Exp Metastasis. 2003; 20 77-84.22 Gluckman E, Broxmeyer HA, Auerbach AD et al. Hematopoietic reconstitution in a patient with Fanconi's anemia by means of umbilical-cord blood from an HLA-identical sibling. N Engl J Med 1989; 321: 1174-1178.23 Alejandro Erices, Paulette Conget, Josea, J. Minguell. Mesenchymal progenitor cells in human umbilical cord blood. British Journal of Haematology , . 2000; 109: 235-242.24 R.Ian Freshney. Culture human stemcell. 2007: 159-186.25 Feng Gao, De-Quan Wu, Yan-Hua Hu, Guang-Xin Jin. In vitro cultivation of islet-like cell clusters from human umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells. Translational Research. 2008.26 Atmani H, Chappard D, Basle MF. Proliferation and differentiation of osteoblasts and adipocytes in rat bone marrow stromal cell cultures: effects of dexamethasone and calcitriol. J Cell Biochem. 2003; 2:364e72.27 Jorg Handschel, Karin Berr. Induction of osteogenic markers in differentially treated cultures of embryonic stem cells. Head & Face Medicine , :. 2008; 4.28 E. M Horwitz, P. L. Gordon, W. K. K. Koo, M. D J. C. Marx. Isolated allogeneicbone marrow-derived mesenchymal cells engraft and stimulategrowth in children with osteogenesis imperfecta. Implications forcell therapy of bone Proc Nat Acad Sci U S A. 2002; 99: 8932-8937.29 Binderman I, Fin N. Bone substitutesorganic, inorganic, and polymeric: Cell material interactions. CRC Handbook of Bioactive Ceramics. 1990: 45-51.30 Xin-Qin Kang, Wei-Jin Zang, Li-Jun Bao. Differentiating characterization of human umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells in vitro. Cell Biology International 2006; 30: 569-575.31 Langmans. Medical embryology. 2005: 101-103.32 Lasky LC, Lane T, et al. Miller J. In utero or ex utero cord blood collection: which is better? Transfusion. 2002; 42: 1261-1267.33 Meng Liu, Zhong Chao Han. Mesenchymal stem cells: Biology and clinical potential in Type 1 Diabetes Review ArticleTherapyReview ArticlReview ArticleReview Article. 2007.34 Korbling M, Estrov Z. Adult stem cells for tissue repairda new therapeuticconcept? . N Engl J Med. 2003; 349: 570-58235 Xiao M, Dooley DC. Assessment of cell viability and apoptosis in human umblical cord blood following storage. J Hematother Stem cell Res. 2003; 12: 115-120.36 F. Mancinelli, A. Tamburini, A. Spagnoli, C. Malerba, G. Suppo. Optimizing Umbilical Cord Blood Collection: Impact of Obstetric Factors Versus Quality of Cord Blood UnitsTransplantation Proceedings. 2006; 38: 1174-1176.37 Daniel R. Marshak, Richard L. Gardner. Stem cell biology. 2001: 37-60.38 Hector Mayani. Biology of human umblical cord blood-derived hematopoietic stem/progenitor cell. Stem cell. 1998; 16: 153-165.39 Zongning Miao, Jun Jin, Lei Chen. Isolation of mesenchymal stem cells from human placenta: Comparison with human bone marrow mesenchymal stem cells. Cell Biology International (2006) 2006; 30: 681-687.40 Ghen MJ, Roshan R, Roshan RO, Blyweiss DJ, Corso N, et al Khalili B. Potential clinical applications using stem cells derived from human umbilical cord blood. Reprod Biomed Online. 2006; 13: 72.

41 Kubler NR, Wurzler KK, Reuther JF. Effect of different factors on the bone forming properties of recombinant BMPs. Mund Kiefer Gesichtschir. 2000; 2: 9.42 Lau A Oh IH, Eaves CJ. During ontogeny primitive (CD34(þ)CD38(-)) hematopoietic cells show altered expression of a subset of genesassociated with early cytokine and differentiation responses of theiradult counterparts. Blood. 2000; 96: 4160-4168.43 R. Quarto, M. Mastrogiacomo, R. Cancedda, V. S. M. Kutepov, Mukhachev, A. Lavroukov, E. Kon & M. Marcacci. Repair oflarge bone defects with the use of autologous bone marrowstromal cells. New Engl J Med. 2001; 344: 385-386.44 K. Quillen, E.M. Berkman. Methods of isolation and cryopreservation of stem cell from cord blood. Journal of Hematotherapy. 1996; 5: 153-155.45 Ian Freshney. R. Culture of animal cell. 2005: 123, 335-357.46 Song S, Kamath S, Mosquera D, Zigova T, Sanberg P, Vesely DL et al. Expression of brain natriuretic peptide by human bone marrow stromal cells. Exp Neurol. 2004.47 GE Healthcare Bio - Science. Ficoll - Paque Plus. 2006.48 Yang SE, Ha CW, Jung M. Mesenchymal stem progenitor cells developed in cultures from UC blood. Cytotherapy. 2004; 6: 76-86.49 Victoria Shalhoub, Fauzia Aslam, Ellen Breen, Andre van Wijnen. Multiple Levels of Steroid Hormone-Dependent Control of Osteocalcin During Osteoblast Differentiation: Glucocorticoid Regulation of Basal and Vitamin D Stimulated Gene Expression. Journal of Cellular Biochemistry. 1998; 69: 154-168.50 Stephen Sullivan, Chad A. Cowan. Human Embryonic Stem Cells. Willey. 2007: 249-272.51 Yamata T, Okamoto Y, Kasamatsu H, Horie Y. Factor affecting the volume of umblical cord blood collection. Acta Obster Gynecol Scand. 2000; 79: 830-833.52 Anna Teti. Bone CellCulture: Osteoblasts, Osteoclastsand Osteocytes. Training course. 2004.53 Chen TL, Shen WJ, Kraemer FB. Human BMP-7/OP-1 induces the growth and differentiation of adipocytes and osteoblasts in bone arrow stromal cell cultures. J Cell Biochem. 2001; 2.54 Carmella van de Ven. The potential of umbilical cord blood multipotent stem cell for nonhematopoietic tissue and cell generation. Experimental hematology. 2007; 35 1753-1765.55 Wolfgang Wagnera, Frederik Weina, Anja Seckingera. Comparative characteristics of mesenchymal stem cells from human bone marrow, adipose tissue, and umbilical cord blood. Experimental Hematology. 2005; 33: 1402-1416.56 F.R. Witter, J. Ten Broeck, H.E. Fox. A new device for safer collection of postpartum cord blood. International Journal of Gynecology & Obstetrics. 2001.; 70: 259-260.57 Ai-Xia Zhang, Wei-Hua Yu, E Bao-Feng Ma. Proteomic identification of differently expressed proteins responsible for osteoblast differentiation from human mesenchymal stem cells. Mol Cell Biochem. 2007; 304: 167-179.58 Yong Zhao, Honglan Wang, Theodore Mazzone. Identification of stem cells from human umbilical cord blood with embryonic and hematopoietic characteristics. Experimental cellresearch 2006; 312: 2454 # 2464.59 E.A. de Wynter, N.G. Testa. Interest of cord blood stem cells. Biomed Pharmacother. 2001; 55: 195-200.

TẾ BÀO GỐC VÀ NHỮNG ỨNG DỤNG TRONG Y HỌC TÁI TẠO

PGS.TS.BS. Trần Công Toại

Mục tiêu1. Hiểu được khái niệm về tế bào gốc2. Biết được một số ứng dụng của tế bào gốc trong y học tái tạo3. Hiểu được tầm quan trọng tế bào gốc trong y học tái tạo4. Dựa vào kiến thức đạt được có thể phát triển các ý tưởng nghiên cứu tế bào gốc trong y

học tái tạo

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển kỹ thuật công nghệ của thế kỷ 21, việc sử dụng các phương pháp điều trị dựa trên công nghệ mô để điều trị một số bệnh và/hoặc các loại tổn thương đã biến những giấc mơ tưởng sẽ không bao giờ xảy ra có thể trở thành hiện thực trong một tương lai gần. Mặc dù vậy, vẫn còn nhiều điều cần phải làm, vẫn còn nhiều thứ để nghiên cứu, tuy nhiên, rõ ràng là có những tiến bộ rất lớn đã đạt trong hai thập kỷ qua.

Y học tái tạo là một lĩnh vực đang nổi và phát triển nhanh chóng với các nghiên cứu và hướng ứng dụng dùng để tái tạo, duy trì và cải thiện chức năng cơ thể (Polak et al, 2008). Daar và Greenwood (2007) chỉ ra mục đích chính của y học tái tạo là nhằm "sửa chữa, thay thế hoặc tái tạo các tế bào, mô hoặc bộ phận cơ thể để phục hồi lại chức năng bị mất đi, giúp hỗ trợ cơ thể hình thành mô chức năng mới để thay thế mô bị mất hoặc bị lỗi. Cuối cùng, y học tái tạo sẽ tạo ra các phương pháp điều trị mới cho các trường hợp bệnh lý hoặc các tổn thương mà không thể xử lý bằng các kỹ thuật hay phương pháp điều trị hiện tại. Liệu pháp tế bào và công nghệ mô là một phần của y học tái tạo, với mục đích là cung cấp các phương pháp điều trị an toàn, hiệu quả và phù hợp với cơ thể người bệnh. Cơ thể con người có một hệ thống tái tạo và sửa chữa nội tại thông qua các tế bào gốc, các loại TBG này có thể được tìm thấy ở hầu hết các loại mô trong cơ thể. Quá trình này được phát triển thông qua sự tiến hóa và cũng rất là hợp lý khi cho rằng sự

phục hồi chức năng của các tế bào, mô hay cơ quan được thực hiện thông qua các tế bào gốc này. Vì vậy, các tế bào gốc mang một tương lai đầy triển vọng cho y học tái tạo trong tương lai (NRC, 2002).

1. CÁC LOẠI TẾ BÀO GỐC ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG Y HỌC TÁI TẠO

Trong những năm đầu 1900, các nhà nghiên cứu châu Âu nhận ra rằng có các loại tế bào máu khác nhau - tế bào bạch cầu, hồng cầu và tiểu cầu - tất cả các loại tế bào máu này đều đến từ một tế bào đặc biệt gọi là "tế bào gốc". Tế bào gốc đã được nghiên cứu đầu tiên bởi Becker và cộng sự (1963), người đã tiêm tế bào tủy xương vào những con chuột bị chiếu xạ và nhận thấy rằng các cụm tế bào phát triển trong lách của những con chuột nhận có nguồn gốc từ tế bào tủy xương đã tiêm. Họ kết luận rằng các cụm này này xuất phát từ một tế bào tủy duy nhất. Sau đó, họ đã tìm thấy bằng chứng cho thấy các tế bào này có khả năng tự đổi mới không giới hạn - một điểm đặc trưng rất riêng của tế bào gốc. Do đó, các tế bào gốc theo định nghĩa có hai thuộc tính cần thiết, đó là khả năng tự đổi mới và khả năng biệt hóa thành các dòng tế bào khác nhau. Trong các điều kiện cụ thể hoặc các kích thích phù hợp, các tế bào gốc có thể tăng sinh và biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau trong cơ thể sinh vật. Việc xác định dòng tế bào gốc được giải thích bởi một số ý tưởng khác nhau, một trong số này tập trung vào các loại vi môi trường nơi chứa các tế bào gốc hoặc các ổ tế bào gốc (stem cell niche). Một ổ tế bào gốc bao gồm các phân tử tín hiệu, thông tin liên lạc nội bào và sự tương tác giữa các tế bào gốc và môi trường ngoại bào bao xung quanh chúng. Vi môi trường ba chiều này được cho là ảnh hưởng hoặc kiểm soát gien và xác định “tính gốc” của các tế bào gốc, tức là khả năng tự làm mới hoặc biệt hóa thành nhiều dòng tế bào khác nhau. Một lý thuyết thú vị đưa ra là các tế bào gốc có thể là các tế bào biệt hóa cuối cùng với khả năng biểu hiện các dạng tế bào khác nhau phụ thuộc vào vi môi trường nơi tế bào gốc cư ngụ. Tế bào gốc trưởng thành được cấy vào một “niche” hoàn toàn khác có khả năng biệt hóa thành các loại tế bào tương tự như tìm thấy trong niche mới. Tiềm năng của các tế bào gốc và tính mềm dẻo là đặc tính vô giá cho y học tái tạo (Singh và Williams, 2008). Đối tượng thừa hưởng thành quả của y học tái tạo bao gồm dân số ngày càng già đi, người bị chấn thương thể thao và các tai nạn chiến tranh ... Các tiến bộ công nghệ đạt được trong thập kỷ qua với các phương pháp chuyển gien và kỹ thuật hình ảnh cũng như sự gia tăng kiến thức gần đây của chúng ta về sinh học tế bào, đã mở ra những chân trời mới trong lĩnh vực y học tái tạo.

Như đã đề cập ở trên, kể từ khi các báo cáo đầu tiên vào cuối những năm 1990 đã có một sự đột phá về các hoạt động nghiên cứu về tế bào gốc và dẫn đến sự tăng tốc về các hoạt động nghiên cứu.

2. ỨNG DỤNG TẾ BÀO GỐC TRONG ĐIỀU TRỊ MỘT SỐ BỆNH PHỔ BIẾN

2.1. Liệu pháp tế bào gốc trong điều trị các rối loạn thần kinhHệ thống thần kinh trung ương trưởng thành (Central Nervous System-CNS) có khả năng

sửa chữa giới hạn, do đó có nhiều phương pháp sử dụng công nghệ mô để tái tạo các tế bào thần kinh bị tổn thương. Tế bào gốc sẽ cung cấp một nguồn vô tận của các tế bào thần kinh và thần kinh đệm cho các liệu pháp nhằm thay thế cho các tế bào hoặc cơ chế bảo vệ tế bào thần kinh trong các rối loạn làm ảnh hưởng đến não và tủy sống. Ứng dụng rõ ràng nhất và thông dụng nhất của tế bào gốc để điều trị cho các rối loạn hệ thống thần kinh là thông qua liệu pháp thay thế tế bào. Khả năng sử dụng tế bào gốc như là một nguồn gốc cung cấp cho các tế bào thần kinh dung để ghép thay thế và tái tạo lại cho các tế bào trong trường hợp bệnh Parkinson, teo cơ xơ cứng bên (Amyotrophic Lateral Sclerosis-ALS ), bệnh Huntington hoặc bệnh Alzheimer là một điều thật thú vị (Baizabal et al, 2003; Singh và Williams, 2008; Ma và et al, 2008; Sheyn và et al, 2010). Vawda và cộng sự (2007) xem xét các nguồn cung cấp tế bào tiềm năng dùng để thay thế, bao gồm tế bào gốc phôi, tế bào gốc thần kinh của thai nhi và trẻ sơ sinh và một loạt các tế bào gốc trung mô. Họ cũng xem xét những nghiên cứu đã được công bố để chứng minh cho phương pháp điều trị bằng tế bào gốc để đánh giá cho liệu pháp này và phân tích về những khó khăn mà

cần phải được khắc phục để đạt được lợi ích của liệu pháp này. Nhìn chung, họ kết luận rằng trẻ em bị chấn thương não hoặc rối loạn di truyền di truyền ảnh hưởng đến não là những bệnh nhân phù hợp để sử dụng liệu pháp tế bào gốc. Bệnh thoái hóa thần kinh có điểm đặc trưng bởi sự mất đi dần và không thể đảo ngược trở lại các quá trình hoạt động sinh lý bình thường của tế bào thần kinh trong nhiều năm, cuối cùng dẫn đến mắc bệnh và tử vong với tỉ lệ đáng kể (Steiner et al, 2006). Hai loại rối loạn thoái hóa thần kinh liên quan đến tuổi phổ biến nhất là Parkinson và bệnh Alzheimer.

2.2 Tế bào gốc trong tái tạo mô cơChấn thương và hủy hoại mô cơ là loại phổ biến và làm suy giảm chức năng hoạt động

của mô cơ và biến dạng cấu trúc mô. Mặc dù, mô cơ là loại mô có khả năng tái sinh nhưng có giới hạn và giảm dần theo độ tuổi của bệnh nhân, một khi mô cơ mất khả năng tái tạo cho chính nó, mô sẽ được lắp đầy với môt sẹo và mô mỡ. Rối loạn chức năng cơ là bệnh rất nghiêm trọng và thường gây chết người, như trong trường hợp của bệnh teo cơ Duchenne (Duchenne Muscular Dystrophy-DMD). DMD có nguyên nhân là do sự thiếu hụt của một loại protein chủ yếu là dystrophin, dystrophin, gây ra sự thoái hóa của các sợi cơ. Mặc dù các nghiên cứu mở rộng của căn bệnh này đã được thực hiện, vẫn chưa có phương pháp điều trị nào làm giảm hoặc ngăn chặn sự suy giảm mô cơ. Tái tạo mô cơ thật sự là một phương pháp điều trị vô cùng hấp dẫn (Jarvinen et al, 2007; Jukes et al , 2010; Sheyn et al, 2010). Khả năng để đáp ứng với việc tái tạo này chủ yếu là do một quần thể tế bào đơn nhân phụ trách được gọi là các tế bào vệ tinh (Satellite Cell). Năm 1961, Alexander Mauro sử dụng kỹ thuật siêu cấu trúc và xác định được các tế bào vệ tinh này là một quần thể tế bào rất hiếm mà nó cư trú trong mộ cơ xương trưởng thành trên đối tượng nghiên cứu là ếch. Các tế bào vệ tinh cũng có thể dung hợp lại với nhau để tạo thành các tế bào cơ đa nhân hoặc tái thiết lại thành các tế bào vệ tinh hoạt động để có thể kéo dài vòng đời tái sinh (Shihuan Kuang et al, 2007; Fabien et al, 2007). Nhiều nghiên cứu gần đây nuôi cấy tế bào cơ chứng minh rằng tế bào vệ tinh kích hoạt biệt hóa và biểu hiện các protein của họ protein MyoD. Ngược lại, các tế bào vệ tinh hoạt hóa có thể thoát khỏi chu kỳ tế bào, tái thiết lập lại ở dạng im lăng và được kích thích để tham gia lại chu kỳ tế bào, đều này cho thấy các tế bào vệ tinh có khả năng tự đổi mới hoặc bổ sung thêm vào nguồn dự trữ cho tế bào (Olguin và Olwin, 2004; Zammit et al, 2004; Shihuan Kuang et al, 2007).

Collins và cộng sự (2005) quan sát thấy rằng việc ghép một tế bào cơ chứa khoảng bảy tế bào vệ tinh đã dẫn đến sự gia tăng > 100 tế bào cơ mới có chứa > 25.000 tế bào cơ có nhân của người hiến đã biệt hóa. Quan trọng hơn, các tế bào vệ tinh đã ghép này tăng sinh thành các tế bào vệ tinh có hình thái khác biệt và tham gia vào sự tái tạo quần thể các tế bào cơ sau một tai nạn chấn thương với sự cảm ứng của myotoxin. Nghiên cứu sâu hơn sẽ làm sáng tỏ các cơ chế trực tiếp dẫn đến sự tự đổi mới, xác định khả năng tăng trưởng của quần thể tế bào vệ tinh trong cơ thể và thác phân nhóm của các tế bào vệ tinh (Weismann et al, 2000). Sự phân nhóm các tế bào vệ tinh sẽ được sử dụng như nền tảng cho liệu pháp tế bào (Stephane et al, 2007). Sự phát triển của các giá thể đặc hiệu mô có thể nâng cao khả năng tổ chức cho mô cơ và cho phép sự hình thành mạch máu cũng như sự phân bố của tế bào thần kinh sẽ dễ dàng kiểm soát được lĩnh vực tái tạo mô này (Rowlands et al, 2007; Fujita et al, 2009; Jukes et al, 2010). Cuối cùng, các bệnh rối loạn chức năng cơ, như DMD, ảnh hưởng đến các cơ khác nhau của cơ thể và điều này làm cho khó khăn hơn để điều trị cho các mô cơ bị hư hỏng mà chỉ bằng phương pháp cấy ghép tại chỗ (Benchaouir et al, 2007). Để giải quyết thách thức này, kỹ thuật ghép tế bào hệ thống và động mạch cần phải được cải thiện và hiểu biết nhiều hơn về cơ chế “về nhà” của các tế bào gốc.

2.3 TBG trong sửa chữa timBệnh tim mạch là nguyên nhân hàng đầu gây ra các trường hợp tử vong ở người trên toàn

thế giới. Trên toàn cầu mỗi năm có khoảng 16,7 triệu người chết vì bệnh tim mạch, chiếm 29% của tất cả các trường hợp tử vong trong khoảng thời gian nghiên cứu này (WHO, 2006; Sheyn et al, 2010). Phục hồi chức năng tim mạch là mục tiêu tối thượng của liệu pháp tế bào gốc. Về nguyên tắc, các tế bào gốc tim mạch có thể cải thiện chức năng tim thông qua một quá trình tái

tạo mô cơ tim trong cơ thể, tăng cường sự tái tạo mạch máu mới của cơ tim và phòng ngừa việc nhồi máu cơ tim. Cấy ghép tế bào gốc để cải thiện chức năng tim đã nhận được các kết quả khác nhau trong các thử nghiệm lâm sàng trên người (Liu et al, 2008). Chiến lược để tái tạo mô tim bị hư hỏng bằng cách ghép tế bào cơ tim có thể làm giảm nguy cơ gây nhồi máu cơ tim (Kofidis et al, 2005; Liu et al, 2008). Nghiên cứu gần đây cung cấp bằng chứng đầu tiên cho thấy tế bào gốc phôi và người trưởng thành có thể thay thế các tế bào cơ tim bị hư hỏng và thiết lập các mạch máu mới. Tế bào cơ tim co bóp để đẩy máu ra khỏi buồng bơm chính của tim (tâm thất). Hai loại tế bào khác quan trọng đối với hoạt động tim tốt là các tế bào nội mô mạch máu (tạo thành các lớp lót bên trong mạch máu) và các tế bào cơ trơn (tạo thành vách của mạch máu). Khả năng của cả hai tế bào gốc phôi và người trưởng thành để phát triển thay thế các tế bào của tim bị hư hỏng đang được thực hiện như một phần của chiến lược dùng để khôi phục lại chức năng cho tim ở những bệnh nhân đã có các cơn đau tim hoặc có suy tim sung huyết.

Hình: Chiến lược sửa chữa tim bằng cách sử dụng các loại tế bào gốc khác nhau (Nguồn: V. Ramakrishna, P. B. Janardhan and L. Sudarsanareddy (2011), Stem Cells and Regenerative Medicine – A Review, Annual Review & Research in Biology, 1(4): 79-110)

2.4. Tế bào gốc trong y học chỉnh hìnhMặc dù mô xương có khả năng tái tạo về khía cạnh sinh lý và xảy ra tự nhiên, tuy nhiên đối

với các khuyết hỗng xương lớn, chẳng hạn như sau khi cắt bỏ khối u xương, khớp giả và gãy xương nghiêm trọng, mất đi một phần xương để có thể tái tạo về mặt sinh lý và điều này thì cần thiết phải tiến hành ghép xương. Khoảng 5-10% các trường hợp gãy xương có liên quan đến việc sửa chữa mô xương bị suy giảm, dẫn đến một số cử động khó khăn, khớp giả, tâm lý căng thẳng và chi phí cho việc điều trị. Sau khi bị chấn thương xương, một số cơ chế phân tử xuất hiện dùng để sửa chữa xương từ các tế bào tiền thân/ tế bào gốc. Các yếu tố gây phản ứng viêm sẽ thu hút các tế bào tái tạo làm các tế bào này tăng sinh và biệt hóa để tái tạo lại mô xương như trước khi bị chấn thương. Tế bào gốc trung mô tủy xương cũng như tế bào gốc mô cơ xương và tế bào tiền thân nội mô (EPC) là phương tiện để tạo ra các cơ chế sửa chữa này (Deschaseaux et al, 2010). Phát triển mới trong kỹ thuật thay khớp toàn bộ và những tiến bộ gần đây trong việc hiểu biết về tính mềm dẻo của tế bào gốc và áp dụng các kiến thức này để thiết kế các phương tiện dùng để sửa chữa mô cũng đã được thực hiện. Hơn nữa, những tiến bộ đã đạt được trong công nghệ tạo

giá thể và kết hợp với các đặc tính ưu việt của tế bào gốc sẽ tạo ra sự kết hợp tuyệt vời dẫn đến sự ra đời các các vật liệu mới để có thể thay thế các mô xương tốt (Sheyn et al, 2010).

Một số nghiên cứu đã chứng minh sự tồn tại của những tế bào (như các tế bào trong gân và dây chằng) có khả năng biệt hóa đa dòng. Theo truyền thống, đã được giả định rằng các tế bào đã biệt hóa trong gân và dây chằng có hình thái ổn định. Lee và cộng sự (2006a) báo cáo rằng các tế bào có nguồn gốc từ hoạt dịch khớp với chấn thương dây chằng chéo trước có thể biệt hóa thành các tế bào xương, tế bào mỡ và tế bào sụn. Steiner và cộng sự (2006) báo cáo rằng các tế bào nuôi cấy có nguồn gốc từ mẫu dây chằng chéo trước thu được tại thời điểm phẫu thuật cũng có tiềm năng biệt hóa đa dòng. Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã cẩn thận loại bỏ hoạt dịch bao phủ phần dây chằng chéo trước để chắc chắn thu được chỉ có các tế bào dây chằng chéo trước; Tuy nhiên, khả năng vẫn còn sót lại một số ít các tế bào hoạt dịch bị lẫn vào trong mẫu do chấn thương gây ra. De Mos và cộng sự (2006) báo cáo rằng các tế bào có nguồn gốc từ gân người cũng có tiềm năng biệt hóa đa dòng, dùng để giải thích cho việc tìm thấy sự gia tăng lắng đọng glycosaminoglycan, sự vôi hóa và tích lũy chất béo trong gân bị thoái hóa.

Tái tạo mô xương là một quá trình sinh học phức tạp liên quan đến sự phối hợp hoạt động giữa các yếu tố hòa tan, chất nền ngoại bào, TBG trung mô và tiền thân nội mô của cả hệ thống cơ thể và tại chổ. Trong khi có những bằng chứng thuyết phục rằng các MSC ngoại vi có hiệu quả quan trọng sửa chữa các khuyết hỗng xương, điều này đã không được chứng minh như thế nào các MSC tại chổ hoạt động ra sao trên mô hình động vật và ở người, do thiếu sự đồng thuận liên quan đến đặc tính hình thái của chúng và cũng bởi vì các dữ liệu thuyết phục về vị trí giải phẫu quanh mạch của chúng chỉ mới bắt đầu xuất hiện. Tương tự như vậy, mặc dù một số nghiên cứu đã báo cáo vai trò quan trọng của tế bào tiền thân nội mô trong việc tái tạo xương, đang có một cuộc tranh cãi diễn ra liên quan đến các quần thể khác nhau được phân lập ở chuột và con người về các đặc tính và chức năng và/hoặc kiểu hình chồng chéo của chúng (Deschaseaux et al, 2010) . Vì vậy, mặc dù có những tiến bộ gần đây ủng hộ tiềm năng của MSC và tế bào tiền thân nội mô trong các nghiên cứu liên quan đến việc tái tạo xương vẫn phải được thực hiện để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người bệnh.

2.5 Tế bào gốc trong điều trị ung thưMột số nghiên cứu được thực hiện trong điều kiện in vitro và in vivo thực với nhiều dòng tế

bào ung thư khác nhau và trên nhiều loại mô hình động vật khác nhau để khám phá các phương pháp điều trị mới nhằm ngăn chặn sự phát triển và/hoặc sự tồn tại của các tế bào ung thư. Ghép tế bào gốc cũng được chọn lựa như một liệu pháp hỗ trợ trong quá trình điều trị bệnh ung thư, đặc biệt là ở các bệnh nhân được điều trị bằng phương pháp hóa trị liệu và bức xạ với liều cao, theo sau các phương pháp điều trị này thì khi tiêu diệt các tế bào ung thư thì cũng gây ra một sự hủy hoại nghiêm trọng cho các mô lành và/hoặc hủy hoại các tế bào tạo máu. Như vậy, việc ghép tế bào gốc có thể thay thế các tế bào gốc nội sinh bị phá hủy bởi phương pháp điều trị ung thư với liều cao, từ đó tạo ra dòng tế bào tạo máu khỏe mạnh và cải thiện hệ thống miễn dịch (Phatak et al, 2007; Knoepfler, 2009).

Ghép tế bào gốc máu cuống rốn tự thân hoặc đồng loại, tế bào gốc tủy xương và các tế bào tiền thân có thể có hiệu quả trong việc kết hợp với HDCT để điều trị một số bệnh ung thư để thay thế các tế bào tạo máu và tủy xương đã bị phá hủy bởi hóa trị liệu. AML và U lymphoma tỉ lệ cao là những loại bệnh ung thư phổ biến thường được điều trị với sự hỗ trợ tế bào tạo máu như là một liệu pháp hỗ trợ (Wang et al, 2005; Aoudjhane et al, 2005). Các phân nhóm khác nhau của bệnh AML xuất hiện là nguyên nhân của nhiều dạng đột biến ở các cấp độ khác nhau của tế bào gốc tạo máu, sự xuất hiện của các loại bệnh này có thể làm gia tăng các tế bào gốc bạch cầu nguyên thủy (Leukemic Stem Cells-LSCs) mang một kiểu hình đặc trưng, ví dụ như CD90-, CD117- và CD123+ (Cui et al, 2003). Các LSCs ác tính có thể tự làm mới, có thể tạo ra một quần thể tế bào AML không đồng nhất, qua đó duy trì các nguyên bào bạch cầu bệnh (Wang et al, 2005, Hope et al, 2004). Điều thú vị là, các LSCs này cũng được cho rằng có khả năng duy trì ở trạng thái không hoạt động có thể đóng góp cho sự tồn tại của chúng sau khi điều trị hóa trị liệu và trong trường hợp bệnh bạch cầu tái phát (Senugupta et al, 2007). Hơn nữa, các tế bào gốc

tạo máu phát triển trong điều kiện ex vivo hoặc huy động từ tủy xương vào máu ngoại vi bằng cách sử dụng các yếu tố huy động như G-CSF và AMD3100 cũng có thể dẫn đến một số lượng lớn các tế bào gốc và tế bào tiền thân của chúng vào trong máu, qua đó làm giảm thời gian phục hồi sau khi điều trị bằng HDCT (De Clercq et al. , 2005).

Các tế bào tiền thân có nguồn gốc từ tế bào gốc tạo máu đã biệt hóa, như là các tế bào tua (dendritic cell), là một trong các tế bào hiệu quả nhất của hệ thống miễn dịch trong việc trình diện kháng nguyên cho tế bào T trợ giúp và tế bào T gây độc, cũng có thể được sử dụng như phương pháp hỗ trợ trong liệu pháp miễn dịch ung thư để loại bỏ các tế bào ung thư mà biểu hiện kháng nguyên miễn dịch trên bề mặt màng của chúng (Perillo et al, 2004; den Brok et al, 2005). Hơn nữa, các tế bào gốc máu cuống rốn cũng chứa một lượng đáng kể các tế bào giết tự nhiên có kiểu hình CD16-/CD56+ có thể tăng sinh khi có sự bổ sung của IL-12 hoặc IL-15 và cho thấy một tỷ lệ tăng trưởng rất cao và hiệu quả gây độc chống lại một số bệnh ung thư, đặc biệt là bệnh ung thư bạch cầu (Cohen et al, 2004).

2.6. Tế bào gốc trong điều trị bệnh tiểu đườngBệnh tiểu đường type I hiện tại là một loại bệnh phổ biến, là đối tượng nghiên cứu rất hấp

dẫn bằng liệu pháp thay thế tế bào. Tế bào gốc phôi (ESCs) đã được nghiên cứu dựa trên đặc điểm đa tiềm năng của chúng. Một số báo cáo cho rằng tê bào sản xuất insulin có thể biệt hóa từ tế bào gốc phôi trên đối tượng nghiên cứu là chuột (Soria et al, 2000, Lumelsky et al, 2001) và tế bào gốc phôi người in vitro (Assady et al, 2001; Segev et al, 2004). Đặc điểm tái tạo của ESCs đã được chứng minh thêm bởi kết quả ghép các tế bào có nguồn gốc từ ESC dẫn đến mức glucose trong máu trở về mức bình thường hoặc được cải thiện trong các con chuột bị bệnh tiểu đường (Soria et al, 2000; Hori et al, 2002; Blyszczuk et al, 2003) . Việc tái tạo của các tế bào tụy nội tiết sản xuất insulin có nguồn gốc từ tế bào gốc phôi có lẽ là khía cạnh quan trọng để tạo ra phương pháp chữa trị cho bệnh tiểu đường (Mfopou et al, 2007).

Sau khi cấy ghép, việc lựa chọn các dòng tế bào có khả năng và các tế bào biểu hiện insulin trưởng thành, cho kết quả đường huyết bình thường ở mô hình chuột mắc bệnh tiểu đường gây ra bởi streptozotocin (Soria et al, 2000). Ngược lại, sự khác biệt tự nhiên của các tế bào gốc phôi chuột được tăng sinh trong điều kiện in vitro chỉ chiếm phần nhỏ (0,1%) với các đặc tính của các tế bào giống tế bào β sản xuất insulin (Shiroi et al, 2002). Tuy nhiên, Các cụm insulin dương tính, thất bại đối với mức glucose máu bình thường trong các thí nghiệm ghép tế bào (Lumelsky et al, 2001). Chứ không phải là việc sản xuất insulin của chính bản thân chúng, hầu hết các tế bào tiếp nhận hormone này từ môi trường nuôi cấy (Rajagopal et al, 2003; Singh và Williams, 2008).

Bằng cách thay đổi các quy trình khác nhau và sử dụng các tế bào phôi chuột biến đổi gien, hai nhóm tác giả đã thành công trong việc tạo ra các tế bào sản xuất insulin (Blyszczuk et al, 2003; Leon-Quinto et al, 2004). Blyszczuk và cộng sự (2003) chỉ ra rằng sự biểu hiện các thành phần điều khiển gien Pax4 kiểm soát sự phát của tuyến tụy và sự biệt hóa kiểu hình mô rất cần thiết cho các tế bào biểu hiện insulin, được phát hiện có chứa các hạt chế tiết điển hình của cả hai dạng tế bào ở người trưởng thành và phôi. Quan trọng hơn, các tế bào này cùng biểu hiện C- peptide và lượng glucose máu bình thường sau khi ghép vào chuột bị tiểu đường (Mfopou et al, 2007; Blyszczuk et al, 2004). Tương tự như vậy, lựa chọn dòng tế bào gốc phôi chuột đã được biến đổi để mang plasid có chứa gien Nkx6. Một promoter của gien kháng neomycin xuôi chiều có thể được sử dụng để tạo ra các tế bào sản xuất insulin tạo ra đường huyết bình thường sau khi ghép vào động vật mắc bệnh tiểu đường (Leon-Quinto et al, 2004).

Cũng sử dụng phương pháp điều trị bằng các tế bào gốc phôi chuột với một chất ức chế enzyme phosphoinositide 3-kinase (PI3-K) để tạo ra các tế bào tiền thân từ các tế bào gốc phôi trong suốt giai đoạn biệt hóa cuối cùng biểu hiện một số marker đặc hiệu cho tế bào khác nhau. Sau ghép vào chuột bị đái tháo đường, các tế bào này cũng cải thiện tình trạng đường huyết và tăng cường sự sống cho động vật thí nghiệm (Hori et al, 2002). Những thí nghiệm ban đầu với các tế bào gốc phôi người chứng minh rằng trong điều kiện nghiên cứu in vitro biệt hóa được khoảng 1% các tế bào tiết insulin có mang ít nhất một số đặc điểm của tế bào nội tiết tuyến tụy

(Assady et al, 2001). Một quy trình biệt hóa đã được thay đổi khác (Lumelsky et al, 2001, Rajagopal et al, 2003) cho phép tạo ra các cụm tế bào sản xuất insulin từ các tế bào gốc phôi người (Segev et al, 2004), nhưng những cải tiến hơn nữa là cần thiết để tạo ra các tế bào có chức năng giống tế bào tiểu đảo tụy. Các báo cáo này khơi gợi thêm những việc cần bổ để duy trì đặc điểm chức năng của những tế bào trưởng thành như là việc kiểm soát glucose, kiểm soát việc sản xuất insulin mà trong một số trường hợp thấp hơn 50 lần so với các tế bào gốc (Lumelsky et al, 2001). Thật vậy, một số báo cao cho rằng các tế bào chết đi cũng hấp thụ insulin từ môi trường nuôi cấy và gây ra sự nhầm lẫn của việc sản xuất insulin mà chúng thật sự không hoạt động (Rajagopal et al, 2003).

Một số khó khăn trong việc tạo ra tế bào từ tế bào gốc phôi từ những nỗ lực để áp dụng các yếu tố đặc trưng của sự phát triển tụy giai đoạn cuối rất cần thiết cho các tế bào ở giai đoạn sớm. Thực sự có những ảnh hưởng về mặt lâm sàng mong đợi cách biệt hóa trực tiếp rất rõ ràng của những quần thể tế bào phù hợp. Từ cuối thế kỷ 20, các tế bào thu từ tủy xương đã được báo cáo có khả năng phát triển thành các tế bào có nguồn gốc từ lớp nội bì (Petersen et al, 1999; Krause et al, 2001).

Trong các mô tụy, một số báo cáo mô tả sự tái tạo của các tế bào có nguồn gốc từ tủy xương dựa trên việc ghép đồng loại hoặc cùng gien trên chuột. Ianus và cộng sự (2003) đầu tiên cho rằng sự phân bố của các tế bào có nguồn gốc từ tủy xương tạo ra các tế bào sản xuất insulin. Hess và cộng sự (2003 ) tiếp tục chứng minh có những cải thiện lượng về mức glucose máu sau khi ghép tủy xương cho các con chuột bị bệnh tiểu đường gây ra bằng hóa chất. Mặc dù các tế bào sản xuất insulin có nguồn gốc từ tủy xương người hiến đã hiện diện trong những con chuột nhận, các tác giả cho rằng mức glucose đã được cải thiện trong những con chuột nhận bị bệnh tiểu đường là do sự tái tạo của các tế bào có nguồn gốc từ vật chủ chứ không phải là các tế bào sản xuất insulin có nguồn gốc từ tủy xương người hiến cũng như hiệu quả bởi sự gia tăng các tế bào san xuất insulin dương tính được đánh dấu với protein huỳnh quang xanh lá cây BrdU, chứ không phải là các tế bào sản xuất insulin dương tính đánh dấu huỳnh quang BrdU từ 4-7 ngày sau khi ghép. Ianus và cộng sự (2003) báo cáo các tế bào sản xuất insulin có nguồn gốc từ tủy xương (Ins-Cre mice) trong mô tụy chuột nhận (Rosa-lox-GFP mice), mà có thể được tái tạo thông qua mộ cơ chế dung hợp độc lập. Mặt khác, các tế bào gốc có nguồn gốc từ tủy xương góp phần vào sự tái tạo của các tế bào có nguồn gốc từ lớp nộimô khác, chẳng hạn như tế bào gan, thông qua sự dung hợp tế bào (Terada et al, 2002, Alvarez-Dolado et al, 2003). Việc tái tạo của mô tụy là một nhiệm vụ phức tạp do cấu trúc và chức năng phức tạp của mô. Cần một sự nâng cao hiểu về gien liên quan đến quá trình biệt hóa của tụy, mức insulin được kiểm soát tốt hơn và khả năng thành công ghép tế bào tiểu đảo sẽ cải thiện đáng kể việc chăm sóc những bệnh nhân bị bệnh đái tháo đường.

3. CÁC KHÍA CẠNH NGHIÊN CỨU TIẾP THEO TRONG LƯƠNG LAINếu thực sự các tế bào gốc có thể được sử dụng như một phương pháp điều trị hoặc một

liệu pháp hỗ trợ trong y học tái tạo, thì cần phải có các phương tiện để mang các nghiên cứu từ bàn giấy để chuyển thành các nghiên cứu phục vụ cho các ứng dụng lâm sàng. Có một số khía cạnh đặc biệt cần quan tâm khi tiến hành ứng dụng các nghiên cứu về tế bào gốc trong y học:

• Các nguồn cung ứng và phân lập tế bào gốc lấy từ đâu, từ nguồn nội sinh hay ngoại sinh?• Tế bào gốc sử dụng là tế bào gốc chưa biệt hóa, tế bào tiền thân hay tế bào sinh dưỡng đã biệt hóa hoàn toàn?. Việc theo dõi các biến đổi về mặt hình thái các tế bào gốc khi biệt hóa chúng như thế nào? • Phương pháp gia tăng số lượng tế bào gốc từ nguồn thu nhận ban đầu. • Kiểm soát các con đường biệt hóa của tế bào gốc. • Các phương pháp để đánh giá sự ổn định về mặt di truyền. • Kiểm soát về mặt thời gian trong các quá trình nuôi cấy. • Sẽ thực hiện việc ghép tế bào tự thân, đồng loại hay từ nguồn dị loại?

• Có phải có sự khác biệt liên quan đến tuổi tác, giới tính người bệnh hay tình trạng bệnh lý của người bệnh ?

Tất cả điều này cần phải được thực hiện với sự kiểm soát chất lượng theo các quy định hiện hành. Có thể dẫn đến sự ra đời của một cơ sở sản xuất tế bào gốc tự động. Điều này có nghĩa là chúng ta nghiên cứu tế bào gốc bằng các nghiên cứu thực nghiệm chứ không phải thực hiện trên bàn giấy nữa. Nếu chúng ta muốn biến ước mơ về tất cả sự hiểu biết của chúng ta về tế bào gốc để áp dụng vào điều trị cho các bệnh nhân thì đó là những câu hỏi cơ bản cần chúng ta phải trả lời để có thể thực hành và ứng dụng tế bào gốc tốt trong sự kết hợp với công nghệ.

4. KẾT LUẬNCông nghệ mô bao gồm việc thay thế, sửa chữa và tái tạo một phần hay toàn bộ một mô

hay cơ quan của cơ thể đem lại hy vọng trong tương lai sẽ phát triển thêm các liệu pháp và phương pháp điều trị mới hiệu quả cho người bệnh. Điều này sẽ đặc biệt quan trọng đối với các bệnh nhân hay các loại bệnh mà hiện tại chưa có phương pháp điều trị hiệu quả. Một vấn đề quan trọng là nguồn tế bào và cùng với sự đa dạng của các loại tế bào gốc có sẵn có khả năng trả lời cho các câu hỏi này. Tuy nhiên, đối với từng loại tế bào gốc, có những vấn đề cần được giải quyết. Ngoài ra, vượt ra ngoài khoa học cơ bản cũng sẽ cần phải được nghiên cứu nhằm tìm hiểu làm thế nào để tối ưu hóa việc xử lý các tế bào gốc. Chỉ với sự kết hợp của nghiên cứu về cơ bản và thực nghiệm tế bào gốc mới có thể đem lại các ứng dụng trong tương lai và phương pháp điều trị mới cho bệnh nhân.

Tài liệu tham khảo

1. Abdelkrim, H., Juan, D.B., Jane, W., Mohamed, A., Bernat, S. (2009). The immune boundaries for stem cell based therapies: problems and prospective solutions. J. Cell. Mol. Med., 13, 1464–1475.

2. Alvarez-Dolado, M., Pardal, R., Garcia-Verdugo, J.M., et al. (2003). Fusion of bone marrow- derived cells with Purkinje neurons, cardiomyocytes and hepatocytes. Nature, 425, 968–973.

3. Aoudjhane, M., Labopin, M., Gorin, N.C., et al. (2005). Comparative outcome of reduced intensity and myeloablative conditioning regimen in HLA identical sibling allogeneic haematopoietic stem cell transplantation for patients older than 50 years of age with acute myeloblastic leukaemia: A retrospective survey from the Acute Leukemia Working Party (ALWP) of the European group for Blood and Marrow Transplantation (EBMT). Leukemia, 19, 2304 –2312.

4. Assady, S., Maor, G., Amit, M., Itskovitz-Eldor, J., Skorecki, K.L., Tzukerman, M. (2005). Insulin production by human embryonic stem cells. Diabetes, 50, 1691–1697.

5. Baizabal, J.M., Magaril, M.F., Jesu, S.O., Covarrubias, L. (2003). Neural Stem Cells in Development and Regenerative Medicine. Archives of Medical Research, 34, 572–588.

6. Bajada, S., Mazakova, I., Richardson, J.B., Ashammakhi, N. (2008). Updates on stem cells and their applications in regenerative medicine. J. Tissue Eng. Regen. Med., 2, 169–183.

7. Benchaouir, R., Meregalli, M., Farini, A., D’Antona, G. (2007).Restoration of human dystrophin following transplantation of exon-skipping-engineered DMD patient stem cells into dystrophic mice. CellStem Cell, 1(6), 646–657.

8. Ben-Hur, T., Idelson, M., Khaner, H., Pera, M., et al. (2004). Transplantation of human embryonic stem cell derived neural progenitors improves behavioural deficit in Parkinsonian rats. Stem Cells, 22, 1246–1255.

9. Blyszczuk, P., Asbrand, C., Rozzo, A., Kania, G., et al. (2004). Embryonic stem cells differentiate into insulin-producing cells without selection of nestin-expressing cells. Int. J. Dev. Biol., 48, 1095–1104.

10. Cohen, Y, Nagler, A. (2004). Umbilical cord blood transplantation—how, when and for whom? Blood Rev., 18, 167–179.

11. De Clercq, E. (2005). Potential clinical applications of the CXCR4 antagonist bicyclam AMD3100. Mini Rev. Med. Chem., 5, 805– 824.

12. De Mos, M., Jahr, H., Weinans, H., Verhaar, J., Van Osch, G. (2006). A possible role for tendon cell differentiation in the development of tendinosis. In: Transactions of the 52nd Annual Meeting of the Orthopedic Research Society; Chicago, IL. den Brok, M.H., Nierkens, S., Figdor,

13. C.G., et al. (2005). Dendritic cells: Tools and targets for antitumor vaccination. Expert Rev. Vaccines., 4, 699 –710.

14. Deschaseaux, F., Pontikoglou, C., Luc, S. (2010). Bone regeneration: the stem/progenitor cells point of view. J. Cell. Mol. Med., 14, 103-115.

15. Fabien, L.G., Rudnicki, M.A. (2007). Skeletal muscle satellite cells and adult myogenesis. Current Opinion in Cell Biology, 19, 628–633.

16. Ferrari, G., Cusella-De, A.G., Coletta, M., Paolucci, E., Stornaiuolo, A., Cossu, G., Mavilio, F. (1998). Muscle regeneration by bone marrow-derived myogenic progenitors. Science, 279, 1528–1530.

17. Frenck, R.W.Jr., Blackburn, E.H., Shannon, K.M. (1998). The rate of telomere sequence loss

18. in human leukocytes varies with age. Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 95, 5607-5610. 19. Fujita, H., Shimizu, K., Nagamori, E. (2009). Application of a cell sheet-polymer film

complex with temperature sensitivity for increased mechanical strength and cell alignment capability. Biotechnol. Bioeng., 103(2), 370–377.

20. Galli, R., Borello, U., Gritti, A., Minasi, M.G., Bjornson, C., Coletta, M., et al. (2000). Skeletal

21. myogenic potential of human and mouse neural stem cells. Nat. Neurosci., 3, 986-91. 22. Gardner, R.L. (2007). Stem cells and regenerative medicine: principles, prospects and

problems. C. R. Biol., 330(6-7), 465-473. 23. Gordon, M.Y. (2008). Stem cells for regenerative medicine Biological attributes and

clinical application. Experimental Hematology, 36, 726–732 24. Hess, D., Li, L., Martin, M., et al. (2003). Bone marrow-derived stem cells initiate

pancreatic regeneration. Nat. Biotechnol, 21, 763–770. 25. Hope, K.J., Jin, L., Dick, J.E. (2004). Acute myeloid leukemia originates from a

hierarchy of leukemic stem cell classes that differ inself-renewal capacity. Nat. Immun., 5, 738–743.

26. Hori, Y., Rulifson, I.C., Tsai, B.C., et al. (2002). Growth inhibitors promote differentiation of insulin-producing tissue from embryonic stem cells. Proc, Natl, Acad, Sci, USA., 99,16105–16110.

27. Ianus, A., Holz, G.G., Theise, N.D., et al. (2003). In vivo derivation of glucose competent pancreatic endocrine cells from bone marrow without evidence of cell fusion. J. Clin. Invest. 111, 843–850.

28. Jackson, K.A., Mi, T., Goodell, M.A. (1999). Hematopoietic potential of stem cells isolated from murine skeletal muscle. Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 96, 14482–14486.

29. Jarvinen, T.A., Järvinen, T.L., Kääriäinen, M., et al. (2007). Muscle injuries: optimising recovery. Best Pract. Res. Clin. Rheumatol., 21(2), 317–331.

30. Jukes, J.M., van Blitterswijk, C.A., Boer, J. (2010). Skeletal tissue engineering using embryonic stem cells. J. Tissue. Eng. Regen. Med., 4, 165–180.

31. Knoepfler, P.S. (2009). Deconstructing StemCell Tumorigenicity: A Roadmap to Safe Regenerative Medicine. Stem Cells, 27, 1050–1056.

32. Kofidis, T., Lebl, D.R., Swignenburg, R.J., Greeve, J.M., et al. (2006). Allopurinol/uricase and

33. ibuprofen enhance engraftment of cardiomyocyte-enriched human embryonic stem cells and improve cardiac function following myocardial injury. Eur. J. Cardio-thoracic Surgery, 29, 50–55.

34. Krause, D.S., Theise, N.D., Collector, M.I., et al. (2001). Multi-organ, multi-lineage engraftment by a single bone marrow-derived stem cell. Cell, 105, 369–377.

35. Lee, E.H., Hui, J.H.P. (2006). The potential of stem cells in orthopaedic surgery. J. Bone Jt. Surg., 88(7), 841–853.

36. Leon-Quinto, T., Jones, J., Skoudy, A., Burcin, M., Soria, B. (2004). In vitro directed differentiation of mouse embryonic stem cells into insulin-producing cells. Diabetologia, 47, 1442–1451.

37. Liechty, K.W., MacKenzie, T.C., Shaaban,A.F., Radu, A., et al. (2000). Human mesenchymal stem cells engraft and demonstrate site-specific differentiation after in utero transplantation in sheep. Nat. Med., 6, 1282–1286.

38. Liu, Y.H., Ravi, K., Wu, S.M. (2008). Cardiovascular stem cells in regenerative medicine: ready for prime time? Drug Discovery Today: Therapeutic Strategies, 5(4), 201.

39. Lumelsky, N., Blondel, O., Laeng, P., et al (2001). Differentiation of embryonic stem cells to insulin-secreting structures similar to pancreatic islets. Science, 292, 1389–1394.

40. Ma, M., Sha, C., Zhou, Z., Zhou, Q., Li, Q. (2008). Generation of patient-specific pluripotent stem cells and directed differentiation ofembryonic stem cells for regenerative medicine. Journal of Nanjing Medical University, 22(3), 135-142.

41. Mezey, E., Chandross, K.J., Harta, G., Maki, R.A., McKercher, S.R. (2000). Turning blood into brain: cells bearing neuronal antigens generated in vivo from bone marrow. Science, 290, 1779–1782.

42. Mfopou, J.K., De Groote, V., Xu, X., Heimberg,H., Bouwens, L. (2007). Sonic hedgehog and other soluble factors from differentiating embryoid bodies inhibit pancreas development. Stem Cells, 25, 1156–1165.

43. Olguin, H.C., Olwin, B.B. (2004). Pax-7 up-regulation inhibits myogenesis and cell cycle progression in satellite cells: A potential mechanism for self-renewal. Dev. Biol., 275, 375– 388.

44. Perillo, A., Bonanno, G., Pierelli, L., et al. (2004). Stem cells in gynecology and obstetrics. Panminerva Med., 46, 49 –59.

45. Petersen, B.E., Bowen, W.C., Patrene, K.D., et al. (1999). Bone marrow as a potential source of hepatic oval cells. Science, 284, 1168–1170.

46. Phatak, P., Cookson, J.C., Dai, F., Smith, V., et al. (2007). Telomere uncapping by the Gquadruplex ligand RHPS4 inhibits clonogenic tumour cell growth in vitro and in vivo consistent with a cancer stem cell targeting mechanism. British Journal of Cancer, 96, 1223–1233.

47. Rajagopal, J., Anderson, W.J., Kume, S., Martinez, O.I., Melton, D.A. (2003). Insulin staining of ES cell progeny from insulin uptake. Science, 299: 363.

48. Reyes, M., Lund, T., Lenvik, T., Aguiar, D., Koodie, L., Verfaillie, C.M. (2001). Purification and ex vivo expansion of postnatal human marrow mesodermal progenitor cells. Blood, 98, 2615-2625.

49. Rowlands, A.S., Hudson, J.E., Cooper-White, J.J. (2007). From scrawny to brawny: the quest for neomusculogenesis; smart surfaces and scaffolds for muscle tissue engineering. Expert Rev. Med. Devices., 4 (5), 709–728.

50. Rufer, N., Brummendorf, T.H., Kolvraa, S., et al. (1999). Telomere fluorescence measurements in granulocytes and T lymphocyte subsets point to a high turnover of hematopoietic stem cells and memory T cells in early childhood. J. Exp. Med., 190, 157-167.

51. Segev, H., Fishman, B., Ziskind, A. et al. (2004). Differentiation of human embryonic stem cells into insulin-producing clusters. Stem Cells, 22, 265– 274.

52. Sengupta, A., Banerjee, D., Chandra, S., Banerji, S.K., Ghosh, R., Roy, R., et al. (2007). Deregulation and cross talk among Sonic hedgehog, Wnt, Hox and Notch signaling in chronic myeloid leukemia progression. Leukemia, 21, 949–955.

53. Serra, V., von Zglinicki, T. (2002). Human fibroblasts in vitro senesce with a donor-specific telomere length. FEBS Lett., 516, 71-74.

54. Sheyn, D., Mizrahi, O., Benjamin, S., Gazit, Z., Palled, G., Gazit, D. (2010). Genetically modified cells in regenerative medicine and tissue engineering. Adv. Drug Deliv. Rev., doi:10.1016/j.addr.2010.01.002.

55. Shihuan, K., Kazuki, K., Fabien Le, G., Michael,A.R. (2007). Asymmetric self-renewal and commitment of satellite stem cells in muscle. Cell, 129, 999–1010.

56. Shiroi, A., Yoshikawa, M., Yokota, H., Fukui, H., Ishizaka, S., et al. (2002). Identification of insulin-producing cells derived from embryonic stem cells by zinc-chelating dithizone. Stem Cells, 20, 284–292.

57. Singh, P., Williams, D.J. (2008). Cell therapies: realizing the potential of this new dimension to medical therapeutics. J. Tissue Eng. Regen. Med., 2, 307–319.

58. Soria, B, Roche, E., Berna, G., Leon-Quinto,T., Reig, J.A., Martin, F. (2000). Insulin-secreting cells derived from embryonic stem cells normalize glycemia in streptozotocin-induced diabetic mice. Diabetes, 49, 157–162.

59. Steiner, A.F., Karl, N., Pilapil, C., Noth, U., Evans, C.H., Murray, M.M. (2006). Multilineage mesenchymal differentiation potential of cellsmigrating out of the anterior cruciate ligament. In: Transactions of the 52nd AnnualMeeting of the Orthopaedic Research Society; Chicago, IL. Paper #1133.

60. Stephane C. Boutet, Marie-He´le`ne Disatnik, Lauren S. Chan, Kevin Iori, and Thomas A. Rando (2007). Regulation of Pax3 by proteasomal degradation of monoubiquitinated protein in skeletal muscle progenitors. Cell, 130, 349–362.

61. Terada, N., Hamazaki, T., Oka, M., et al. (2002). Bone marrow cells adopt the phenotype of other cells by spontaneous cell fusion. Nature, 416, 542–545.

62. Weissman, I.L. (2000). Stem cells: Units of development, units of regeneration, and units in evolution. Cell, 100, 157–168.

63. Woodbury, D., Schwarz, E.J., Prockop, D.J., Black, I.B. (2000). Adult rat and human bone marrow stromal cells differentiate into neurons. J. Neurosci. Res., 61, 364–370.

64. Zammit, P.S., Golding, J.P., Nagata, Y., Hudon, V., Partridge, T.A., Beauchamp, J.R. (2004). Muscle satellite cells adopt divergent fates: A mechanism for self-renewal? J. Cell Biol., 166, 347–357.