Tế Bào Gốc Và Y Học Tái Sinh - Bệnh Viện Đại Học Y Dược

Tất cả các loài thực vật và động vật đa bào đều dựa vào tế bào gốc để từ một tế bào đơn lẻ đầu tiên, tức một hợp tử, phát triển thành một cá thể trưởng thành. Ở người, sự phân bào sớm của phôi tạo ra phôi dâu (3 - 4 ngày sau thụ tinh) là một khối đặc gồm 16 tế bào hình cầu, tiếp theo là phôi nang (4 - 5 ngày sau thụ tinh) có một xoang với một khối tế bào bên trong tức là đĩa phôi. Đĩa phôi sẽ phân lớp thành: ngoại bì phôi sẽ tạo ra biểu bì da, hệ thần kinh; trung bì phôi sẽ tạo ra cơ, sụn, xương, mô liên kết, hệ tuần hoàn, bạch huyết và các tế bào máu, nội mô của mạch máu và các xoang, biểu bì của hệ niệu - sinh dục; và nội bì phôi sẽ tạo ra gan, tụy, phổi… Giai đoạn phôi kết thúc vào cuối tuần lễ thứ 8, tiếp theo là giai đoạn thai kéo dài cho đến khi sinh ra ngoài.

Tế bào gốc là gì?

Các tế bào gốc là những vật liệu thô nguyên bản của cơ thể - những tế bào mà từ đó sinh ra tất cả các loại tế bào khác của cơ thể có chức năng chuyên biệt.

Trong các điều kiện thích hợp của cơ thể hay của phòng thí nghiệm, các tế bào gốc phân chia để tạo ra nhiều loại tế bào được gọi là các tế bào con. Những tế bào con này hoặc trở thành các tế bào gốc mới (sự tự đổi mới) hoặc trở thành các tế bào chuyên biệt (sự biệt hóa) có chức năng đặc hiệu hơn để tạo ra nhiều loại tế bào và mô của cơ thể, thí dụ các tế bào máu, các tế bào não, cơ tim hay xương… Tế bào gốc cũng có thể liên tục thay thế nhiều loại tế bào khác nhau trong cơ thể khi chúng bị mất đi hoặc bị tổn thương. Không một tế bào nào khác của cơ thể, ngoài các tế bào gốc, có khả năng tự nhiên sinh ra các loại tế bào mới.

Tế bào gốc đến từ đâu? Các tế bào gốc đến từ những nguồn sau đây:

+ Các tế bào gốc phôi. Trứng thụ tinh (hợp tử) là tế bào gốc toàn năng đầu tiên, từ đó sẽ tạo ra một cá thể hoàn chỉnh cùng với nhau thai. Trong những giờ đầu tiên sau thụ tinh, vài lần phân bào đầu tiên sẽ xảy ra và tạo ra nhiều hơn các tế bào toàn năng đồng nhất, phôi lúc bấy giờ được gọi là phôi dâu. Sau thụ tinh 4 ngày, đến giai đoạn 16 - tế bào của phôi dâu, các tế bào toàn năng này bắt đầu biệt hóa để trở thành các tế bào gốc đa năng. Phôi dâu chuyển thành phôi nang, gồm khoảng 50 - 150 tế bào. Phôi dâu có một xoang với một khối tế bào bên trong và một lớp các dưỡng bào bên ngoài. Khối tế bào bên trong tức đĩa phôi gồm những tế bào gốc đa năng, sẽ phân lớp và tạo ra các tế bào chuyên biệt để trở thành tất cả các loại tế bào của cơ thể. Các tế bào gốc đa năng có thể phân chia thành nhiều tế bào gốc đồng nhất hay có thể biệt hóa thành bất cứ loại tế bào nào khác của cơ thể. Tính linh hoạt này khiến cho các tế bào gốc phôi có thể dùng để tái sinh hoặc sửa chữa mô và các tạng bị tổn thương, mặc dù trên người đến nay vẫn còn nhiều hạn chế như đối với bệnh thoái hóa hoàng điểm. Ngoài ra, vì có nguồn gốc lấy từ thai người nên việc sử dụng các tế bào gốc phôi phải tuân thủ chặt chẽ các qui định về đạo đức học: chỉ được phép sử dụng tế bào gốc từ phôi tạo ra trong ống nghiệm khi người ta không còn cần đến các phôi đó lâu hơn nữa, và phải được sự đồng ý của người cho (theo Bản hướng dẫn của các Viện Y học Quốc gia năm 2009 về nghiên cứu tế bào gốc). + Các tế bào gốc trưởng thành. Người ta tìm thấy một số ít các tế bào gốc này trong đa số các mô trưởng thành, ví dụ như trong tủy xương hay mô mỡ. Một tế bào gốc trưởng thành là một tế bào gốc đa năng có giới hạn được dùng để thay thế cho các tế bào chết hay mất chức năng. Đó là một tế bào không biệt hóa có trong một mô biệt hóa. Nó có thể tự đổi mới và có thể biệt hóa để trở thành các loại tế bào có trong mô mà nó xuất phát. Được tìm thấy ở nhiều loại mô: tạo máu, thần kinh, nội mạc, cơ, trung mô, đường tiêu hóa và biểu bì. Đã được sử dụng có hiệu quả trong ghép tủy xương 30 năm nay, tế bào ghép là các tế bào gốc tạo máu. So sánh với các tế bào gốc phôi, các tế bào gốc trưởng thành có khả năng hạn chế hơn trong việc sinh ra các tế bào khác nhau của cơ thể. Các tế bào gốc trưởng thành cũng như các tế bào gốc trong máu cuống rốn được xem là đa năng có giới hạn. Cho đến gần đây, các nhà nghiên cứu vẫn cho rằng, các tế bào gốc trưởng thành cũng chỉ có thể tạo ra các loại tế bào tương tự có liên quan. Ví dụ, họ cho rằng các tế bào gốc có trong tủy xương chỉ có thể tạo ra các tế bào máu. Tuy vậy, gần đây có bằng chứng cho thấy các tế bào gốc trưởng thành cũng có thể tạo ra các loại tế bào không liên quan, ví dụ các tế bào gốc của tủy xương có thể biệt hóa thành các tế bào xương, tế bào thần kinh hay tế bào cơ tim. + Các tế bào trưởng thành biến đổi để có các đặc tính của các tế bào gốc phôi. Các nhà khoa học đã có thể làm biến đổi có kết quả các tế bào trưởng thành thông thường thành ra các tế bào gốc đa năng bằng cách tái lập trình gen. Bằng cách biến đổi các gen trong các tế bào trưởng thành, các nhà nghiên cứu có thể tái lập trình các tế bào để có hoạt động tương tự như các tế bào gốc phôi. Kỹ thuật mới này giúp tránh được việc hệ miễn dịch thải loại các tế bào gốc mới. Tuy nhiên, vẫn còn chưa biết liệu các tế bào trưởng thành biến đổi có gây ra các hiệu quả bất lợi nào trên người hay không? Các nhà nghiên cứu đã có thể lấy các tế bào của mô liên kết thông thường và tái lập trình để tạo ra các tế bào tim hoạt động. Trong nghiên cứu, các động vật suy tim được tiêm các tế bào tim mới cho thấy chức năng tim vả thời gian sống thêm được cải thiện. + Các tế bào gốc chu sinh. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện các tế bào gốc trong dịch ối thêm vào các tế bào gốc trong máu cuống rốn. Các tế bào gốc này có khả năng biến đổi thành vài loại tế bào đặc hiệu, vì vậy, máu cuống rốn có thể được lưu trữ để sử dụng về sau cho những người có nhu cầu điều trị tế bào gốc.

Điều trị bằng tế bào gốc (hay y học tái sinh) là gì và hoạt động ra sao? Điều trị bằng tế bào gốc, hay còn gọi là y học tái sinh, xúc tiến việc tái tạo các mô bị bệnh, bị mất chức năng hay bị tổn thương bằng cách sử dụng các tế bào gốc hay các tế bào đã được biệt hóa. Đó là chương tiếp theo của ghép tạng, sử dụng các tế bào thay cho các tạng hiến tặng được cung cấp có giới hạn.

Từ lâu, y học đã biết sử dụng các tế bào gốc có trong tủy xương hoặc trong máu cuống rốn để điều trị các bệnh về máu, ví dụ như bệnh ung thư bạch cầu. Người ta cũng đã thực nghiệm dùng các tế bào gốc trưởng thành để chữa các bệnh xương - khớp, ung thư và một số bệnh khác, kể cả các bệnh do thoái hóa, ví dụ như suy tim.

Tiềm năng sử dụng các tế bào gốc phôi trên người là rất lớn. Con người đã biết cách để hướng những tế bào này biệt hóa thành các loại tế bào đặc hiệu đáp ứng các mục tiêu điều trị khác nhau. Tuy nhiên, các tế bào gốc phôi cũng có thể phát triển không bình thường hoặc biệt hóa thành các loại tế bào khác nhau một cách tự phát, có thể xảy ra nhiều hậu quả chưa được lường hết hay thậm chí bị cơ thể thải loại.

Liệu pháp sinh sản vô tính (LPSSVT) là gì, và các lợi ích ra sao? LPSSVT, còn gọi là chuyển nhân tế bào soma, là một kỹ thuật tạo ra các tế bào gốc biến đổi không xuất phát từ các trứng được thụ tinh. Trong kỹ thuật này, nhân trong có chứa vật liệu di truyền được lấy ra khỏi một noãn bào không thụ tinh và thay thế bằng nhân cũng được lấy ra từ tế bào soma của động vật cho.

Tế bào trứng được chuyển nhân phân chia mạnh và sớm tạo ra phôi nang. Quá trình này tạo ra một dòng tế bào gốc đồng nhất về mặt di truyền với động vật cho – thực chất là một dòng vô tính. Các tế bào gốc vô tính dường như ít bị thải loại hơn - so với các tế bào gốc từ các trứng thụ tinh, một khi đem ghép trở lại vào động vật cho.

Hiện tại, LPSSVT chưa thể thực hiện thành công trên người như ở một số loài khác. Tuy vậy, trong các công trình mới đây, các nhà nghiên cứu đã tạo ra các tế bào gốc đa năng của người bằng cách sửa đổi quá trình tiến hành LPSSVT.

“Liệu pháp tế bào”, “Công nghệ mô” & “Y học tái sinh” Y học tái sinh là một lĩnh vực nhiều chuyên ngành để tạo ra các tế bào, các mô và các tạng hoạt động nhằm khôi phục và thay thế cho mô hay tạng bị mất chức năng do tổn thương hoặc do các khiếm khuyết bẩm sinh, bệnh tật và tuổi tác. Y học tái sinh bao gồm điều trị tế bào gốc, công nghệ mô và vật liệu sinh học chung nhau dưới cái ô của y học tái sinh. Y học tái sinh ngày nay được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực của y học. Leland Kaiser đã giới thiệu thuật ngữ “Y học tái sinh” từ năm 1992. Ông đã dự đoán trước rằng “một ngành mới của y học sẽ phát triển để cố gắng tạo ra sự thay đổi trong điều trị các bệnh mạn tính cũng như tái tạo lại các tạng bị tổn thương hay bị hư hỏng”. Tiếp sau đó, các nhà khoa học trên toàn thế giới đã có những phát triển dựa trên cơ sở tế bào để tái tạo lại các mô bị tổn thương, thậm chí thay thế cả các tạng trong cơ thể.

Y học tái sinh bao gồm 2 phương pháp chủ yếu trong điều trị dựa trên cơ sở tế bào. Phương pháp đầu tiên được gọi là “liệu pháp tế bào”: các tế bào gốc hay các tế bào dẫn suất thích hợp được bơm vào vùng bị tổn thương hoặc vào máu để thay thế cho các tế bào bị tổn thương nhằm phục hồi lại sự toàn vẹn và chức năng của mô. Phương pháp thứ 2 phức tạp hơn được gọi là “công nghệ mô”: các tế bào được gắn kết với nhau trong một chất nền 3 chiều có cấu trúc dưới dạng mô (thường được gọi là giàn 3 - D) để thay thế cho các phần hoặc thậm chí là cả một tạng bị mất hay bị hư hỏng.

Một trong các ví dụ thành công nhất của “liệu pháp tế bào” là cấy ghép tế bào gốc tạo máu có trong tủy xương. Kỹ thuật này đã được áp dụng trong ba thập kỷ gần đây để điều trị các bệnh nặng của hệ tạo máu. Các tế bào gốc tạo máu được đưa vào vòng tuần hoàn máu của người bệnh, điều thú vị là chúng tự tìm đường để đi vào tủy xương nhờ một hiện tượng được gọi là “trở về nhà” với sự đóng góp quan trọng của các chemokines.

Tuy nhiên, liệu pháp tế bào đơn thuần không đủ để phục hồi được các khuyết hổng lớn của mô hoặc khi cần phải thay thế cả một tạng của cơ thể. Khi đó phải vận dụng đến “công nghệ mô” là một chiến lược đầy hứa hẹn. Khởi đầu của công nghệ mô là thiết kế một bộ giàn 3 - D, bằng các protein hay các chất dẻo, mô phỏng cấu trúc của chất nền ngoại bào đặc trưng của mô. Sau đó, các tế bào được lựa chọn sẽ được tiêm vào, có kèm theo hay không một côctay các yếu tố tăng trưởng. Nếu môi trường phù hợp, mô sẽ phát triển. Cho đến nay, điều trị bằng công nghệ mô hãy còn chưa đến được với nhiều người bệnh. Nguyên nhân là do vấn đề tái tạo mạch máu của mô mới (“mô công nghệ”) còn chưa giải quyết được. Công nghệ mô chỉ mới thành công cho những người bệnh cần sự thay thế các tạng rỗng có đường kính nhỏ (như khí quản, bàng quang) hoặc cho vài loại mô không có mạch máu, ví dụ như sụn khớp mà chỉ sự thẩm thấu cũng đủ để duy trì sự tồn tại của tế bào.

Công nghệ mô nhằm tạo ra các thành phần tương đương với mô tự nhiên (như mạch máu, cơ tim, dây thần kinh, sụn, xương và các tạng khác) hay các thành phần tái sinh trong phòng thí nghiệm để sử dụng thay thế cho các mô bị hư hại do bệnh hoặc do chấn thương. Công nghệ mô là một lĩnh vực bao quát nhiều ngành học thuật, nhiều nguyên lý khoa học từ sinh học, hóa học, điện học, vật liệu cho đến sinh cơ học để sử dụng vào nghiên cứu và phát triển. Những khái niệm và phát minh từ các lĩnh vực của sinh học phân tử và tế bào, sinh lý học và miễn dịch học cũng được kết hợp trong các hoạt động nghiên cứu của công nghệ mô. Hiểu biết và hướng dẫn sự biệt hóa cùng các chức năng của tế bào gốc là những lĩnh vực mới của công nghệ tế bào và mô.

Các thuật ngữ chuyên môn Việt – Anh sử dụng trong bài: công nghệ mô (tissue engineering), liệu pháp sinh sản vô tính (therapeutic cloning), liệu pháp tế bào (cell therapeutics), ngoại mô phôi (ectoderm), nôi mô phôi (endoderm), phần tử nhạy sinh học (biosensors), phôi dâu (morula), phôi nang (blastocyst), sự biệt hóa (differentiation), sự chuyển nhân (nuclear transfer), sự chuyển nhân tế bào soma (somatic cell nuclear transfer), tái lập trình gen (genetic reprogramming), tế bào gốc (stem cells), tế bào gốc chu sinh (perinatal stem cells), tế bào gốc đa năng (pluripotent stem cells), tế bào gốc đa năng có giới hạn (multipotent stem cells), tế bào gốc phôi (embryonic stem cells), tế bào gốc tạo máu (hematopoietic stem cells), tế bào gốc toàn năng (totipotent stem cells), tế bào gốc trưởng thành (adult stem cells), tế bào trưởng thành biến đổi (adult cells altered), trở về nhà (homing), trung mô phôi (mesoderm), tự đổi mới (self-renewal), y học tái sinh (regenerative medicine). TS BS Bùi Hồng Thiên Khanh ThS BS Mai Thanh Việt