Hiểu biết cơ bản về tế bào gốc và tiềm năng ứng dụng trong y học

Hiểu biết cơ bản về tế bào gốc và tiềm năng ứng dụng trong y học

PGS. TS. Hà Hoàng Kiệm, BV 103

1. Khái niệm

Tế bào gốc (stem cell) là các tế bào nguyên sơ nhất của cơ thể chưa biệt hóa, các tế bào này có khả năng tự làm mới, sinh sản nhanh, chúng có khả năng biệt hóa đa chiều dưới tác động của các tác nhân biệt hóa để thành các tế bào của các cơ quan khác nhau trong cơ thể.

Tất cả chúng ta đều khởi đầu sự sống từ một tế bào duy nhất, gọi là hợp tử (trứng sau khi đã thụ tinh). Hợp tử phân chia tạo thành hai tế bào, mỗi một tế bào trong đó lại phân chia và cứ tiếp diễn như vậy làm số lượng tế bào tăng lên theo cấp số nhân. Lúc này phôi trông giống như một quả dâu nên còn được gọi là phôi dâu. Mỗi tế bào trong phôi này có thể phát triển thành một cơ thể hoàn chỉnh nên được gọi là tế bào gốc tổng năng (totipotent cell). Khoảng 5 ngày sau khi thụ tinh, hợp tử có dạng một quả bóng rỗng, với khoảng 150 tế bào được gọi là phôi bào (blastocyst). Phôi bào thậm chí còn nhỏ hơn một hạt cát, bao gồm 2 nhóm tế bào: nguyên bào nuôi phôi (trophoblast) và khối tế bào nội tại trong phôi bào. Tế bào gốc phôi là những tế bào hình thành nên khối tế bào nội tại (inner cell mass). Do tế bào gốc phôi có thể hình thành nên bất cứ loại tế bào nào trong cơ thể người trưởng thành nên nó còn được coi là tế bào gốc toàn năng (pluripotent cell).

Hình 1: Tế bào gốc phôi và sự biệt hóa thành tế bào các mô khác nhau của cơ thể

Tế bào gốc cũng có thể tìm thấy ở một số loại mô nhất định ở người từ trẻ em đến người trưởng thành, chúng có số lượng rất ít, như tế bào gốc trung mô, tế bào gốc dây rốn, tế bào gốc phôi thai, tế bào gốc thượng bì, tế bào gốc thần kinh… Các tế bào gốc này như một nguồn dự trữ, sẵn sàng biệt hóa để thay thế cho các tế bào của cơ quan bị tổn thương  Ví dụ, tế bào gốc tủy xương (tế bào gốc máu) có trong tủy của xương, chúng phát triển thành tất cả các loại tế bào máu chuyên biệt, tế bào gốc thần kinh có trong mô thần kinh có thể biệt hóa thành tế bào thần kinh.

1. Fertilization: Sự thụ tinh 
2. 8-Cell embryo: Phôi gồm có 8 tế bào. Trong giai đoạn phát triển này, tế bào gốc phôi được coi là tế bào gốc tổng năng (Totipotent stem cells); mỗi tế bào này có tiềm năng phát triển thành một con người. 
3. Blastocyst: Phôi bào. Trong giai đoạn phát triển này, tế bào gốc phôi được coi là tế bào gốc toàn năng (Pluripotent stem cells); mỗi tế bào này có tiềm năng phát triển thành bất kỳ tế bào nào trong cơ thể. 
4. Fetus: Bào thai. Trong giai đoạn phát triển này, tế bào gốc phôi được coi là tế bào gốc toàn năng (Pluripotent stem cells); mỗi tế bào này có tiềm năng phát triển thành bất kỳ tế bào nào trong cơ thể. 
5. Tế bào gốc cũng tìm thấy nơi cơ thể trưởng thành. Chúng duy trì và chữa trị cơ thể. Chúng được định vị tại nhiều tế bào trong cơ thể. Các tế bào gốc trưởng thành có tiềm năng nhận lấy những tính chất riêng biệt, hầu có thể tạo nên các tế bào có số lượng hạn định trong các mô. Chúng được coi như là các tế bào gốc đa năng (Multipotent stem cells).

Hình 2: Các tế bào gốc có từ đâu? (Where do stem cells come from?)

Liver: Gan 
Brain: Não 
CNS stem cells: Tế bào gốc CNS 
Skeletal muscle: Cơ xương 
Bone: Xương 
Blood cell: Tế bào máu 
Blood vessel: Mạch máu 
Bone marrow stromal cell: tế bào đệm tủy xương 
Epithelial cell: Tế bào biểu mô 
Neuron: Nơron 
Glial cell: Tế bào thần kinh đệm 
Fat cell: Tế bào mô mỡ 
Cardiac muscle: Cơ tim

Hình 3: Tế bào gốc tủy xương có thể biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau.

Tế bào gốc tìm thấy trong các mô ở người trưởng thành được lập trình đặc trưng để hình thành nên các loại tế bào khác nhau cho mô của chúng. Những tế bào này được gọi là tế bào gốc đa năng (multipotent stem cells). Hiện nay các nhà khoa học vẫn chưa xác định được hết mọi tế bào gốc trưởng thành trong các cơ quan quan trọng của cơ thể. Một số mô như não, mặc dù có tế bào gốc tồn tại nhưng chúng lại không hoạt động, do đó chúng không sẵn sàng phản ứng với tế bào bị chấn thương hay tổn hại. Hiện thời các nhà khoa học cũng đang tìm kiếm cách thức kích thích những tế bào gốc đang hiện diện để chúng phát triển và tạo ra đúng loại tế bào cần thiết nhằm thay thế tế bào bị hủy hoại. 

2. Phân loại tế bào gốc

Trong các mô của cơ thể mỗi chúng ta đều có chứa tế bào gốc. Từ những giai đoạn phát triển đầu tiên cho đến cuối cuộc đời, về cơ bản có 3 loại tế bào gốc: tế bào gốc tổng năng, tế bào gốc toàn năng và tế bào gốc đa năng.

Bảng 1. các loại tế bào gốc

1 và 2 tế bào gốc tổng năng

3 tế bào gốc toàn năng

4 tế bào gốc đa năng

A, B, C tế bào đã biệt hóa thành tế bào các mô khác nhau trong cơ thể

Hình 4: Phân chia và biệt hóa tế bào gốc tổng năng

Trong quá trình phát triển của con người, ví dụ như phôi bào, có tiềm năng tạo ra tất cả các loại tế bào của cơ thể. Tế bào gốc trưởng thành chỉ có trong những loại mô nhất định ở người đã phát triển toàn diện, từ trẻ em thành người lớn, chỉ giới hạn tạo ra một số loại tế bào chuyên biệt nhất định mà thôi. 

Embryonic stem cells: Tế bào gốc phôi 
Early human embryo at blastocyst stage: Phôi người ở giai đoạn phôi bào 
Adult stem cells: Tế bào gốc ở người trưởng thành 
From bone marrow in this example: Lấy từ tủy xương 
Totipotent cells: Tế bào gốc tổng năng 
Pluripotent cells: Tế bào gốc toàn năng 
Cultured stem cells: Tế bào gốc được nuôi cấy 
Different culture conditions: Điều kiện nuôi cấy khác nhau 
Different types of differentiated cells: Các loại tế bào biệt hóa khác nhau 
Liver cells: Tế bào gan 
Nerve cells: Tế bào thần kinh 
Blood cells: Tế bào máu

Hình 5: Các nguồn khác nhau của tế bào gốc.

2.1. Tế bào gốc phôi

Tế bào gốc phôi là các tế bào có trong phôi dâu (phôi trong 2-3 ngày đầu sau thụ tinh). Tế bào gốc phôi cũng  có thể được tạo ra từ quá trình thụ tinh trong ống nghiệm (IVF). Tế bào gốc phôi là những tế bào sẽ tạo nên khối tế bào nội tại trong phôi bào. Tế bào gốc phôi chuột có khả năng tạo ra bất cứ loại tế bào nào trong cơ thể chuột dưới điều kiện thích hợp. Do đó, tế bào gốc phôi được coi là tế bào tổng năng  (totipotent), có khả năng phân chia không hạn định cho đến khi sinh trưởng và biệt hóa. Tế bào gốc phân chia liên tiếp trong môi trường nuôi cấy mô trong lồng ấp, nhưng cùng lúc duy trì khả năng hình thành nên loại tế bào khác khi được đặt trong môi trường thích hợp để thúc đẩy quá trình biệt hóa.

Stem Cells From In Vitro Fertilization (IVF): Tế bào gốc lấy từ quá trình thụ tinh trong ống nghiệm 
Unused, frozen embryo slated to be thrown away: Phôi không sử dụng và đông lạnh bị sa thải 
Pluripotent stem cells: Tế bào gốc toàn năng 
Pancreactic (islet cells): tế bào tụy tạng 
Hematopoietic (blood cells): tế bào máu 
Cardiomyocytes (heart cells): tế bào tim 
Neurons (brain cells): Nơron 
Hepatocytes (liver cells): tế bào gan

Hình 6: Tế bào gốc phôi nuôi cấy (in vitro).

Tế bào gốc phôi người còn có thể được thu hoạch nhờ kỹ thuật chuyển nhân (nuclear transfer). Kỹ thuật chuyển nhân tế bào, thí dụ tế bào da cũng là một phương thức có tiềm năng tạo ra tế bào gốc phôi.

Ở loài vật, kỹ thuật chuyển nhân được thực hiện bằng cách ghép nhân của tế bào trưởng thành đã biệt hóa, ví dụ tế bào da chẳng hạn, vào trứng đã lấy bỏ nhân. Trứng đó có chứa chất liệu di truyền (nhân tế bào da) để phát triển thành phôi, sau đó được kích thích để hình thành phôi bào, rồi sau đó có thể thu hoạch tế bào gốc phôi. Những tế bào gốc được tạo ra theo cách này là những bản sao hay phiên bản vô tính của tế bào trưởng thành ban đầu do ADN trong nhân của chúng giống với ADN của tế bào trưởng thành.

Cho đến mùa hè năm 2006, kỹ thuật chuyển nhân vẫn chưa thành công, nhằm tạo tế bào gốc phôi người, nhưng các tiến bộ đạt được trên nghiên cứu động vật cho ta hy vọng rằng các nhà khoa học có thể sử dụng kỹ thuật chuyển nhân này trong việc tạo ra tế bào gốc người trong tương lai.

How cloning might be used therapeutically: 
Kỹ thuật nhân bản vô tính được ứng dụng trong điều trị bệnh như thế nào? 
Anucleate unfertilized egg from donor: 
Trứng hiến tặng chưa thụ tinh được tách nhân 
Nucleus Transfer: Chuyển nhân tế bào 
Adult cell from patient: Tế bào trưởng thành của người bệnh

Hình 7. Kỹ thuật chuyển nhân.

2.2. Tế bào gốc trưởng thành

Tế bào gốc trưởng thành rất khác với những tế bào tách ra từ phôi hay bào thai và có ở các mô đã phát triển, ví dụ như ở loài vật hay người sau khi được sinh ra. Có thể tách những tế bào này từ rất nhiều mô hoặc cơ quan, trong đó bao gồm cả não. Tuy nhiên nơi phổ biến nhất có thể thu hoạch chúng là từ tủy xương nằm ngay chính giữa các ống xương. 

Việc nghiên cứu và thử nghiệm trên tế bào gốc trưởng thành, gần đây đã gây được nhiều sự chú ý. Các nhà khoa học phát hiện sự hiện diện của tế bào gốc trưởng thành ở nhiều mô, so với những điều mà được hiểu biết trước đây. Ví dụ, tế bào gốc máu thông thường chỉ sản xuất các loại tế bào máu khác nhau. Tuy nhiên nghiên cứu gần đây lại cho thấy một số tế bào gốc trưởng thành có thể dễ dàng thích nghi hơn so với các quan niệm trước đây. Tế bào gốc trưởng thành tách từ chuột (trưởng thành) có thể phát triển thành tế bào da, cơ và gan. Phát hiện này khiến các nhà khoa học đặt ra câu hỏi liệu tế bào gốc trưởng thành có thể được sử dụng để cấy ghép hay không. Mặc dù kết quả vẫn chưa được chứng minh cũng như chưa được thực hiện với tế bào người. Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn đang nỗ lực tìm kiếm một phương pháp kích thích tế bào gốc trưởng thành, hay thậm chí là những loại tế bào trưởng thành khác, để chúng trở nên linh hoạt hơn. Nếu thành công, phương pháp sẽ cung cấp thêm một nguồn tế bào gốc chưa biệt hóa.

Hơn nữa, gần đây một giả thuyết về “sự biệt hóa tế bào gốc” đưa ra luận điểm rằng, một số tế bào gốc trưởng thành có thể có tiềm năng tạo ra các loại tế bào khác, nhiều hơn những gì mọi người vẫn nghĩ trước đây. Điều này có nghĩa là tế bào gốc trong tủy xương, ban đầu được cho là những tế bào chỉ tạo ra máu, có thể góp phần vào việc tái sinh sự hư hại của gan, thận, tim, phổi và các cơ quan bị hủy hoại khác. Nếu có thể kiểm soát quá trình biệt hóa của tế bào gốc trưởng thành trong phòng thí nghiệm, những tế bào này có thể trở thành nền tảng cho những liệu pháp điều trị nhiều căn bệnh nan y.

1. Tế bào da được lấy từ phần bụng của bện nhân. Nhân có chứa DNA (cấu tử cơ bản di truyền) của người bệnh được lấy từ tế bào da. 
2. Nhân của tế bào người bệnh được cấy vào tế bào trứng chưa thụ tinh, sau khi nhân của trứng đã được tách ra khỏi 
3. Tế bào trứng sinh sản (theo cấp số nhân bội) và tạo nên các tế bào gốc. 
4. Các tế bào gốc được chuyển sang một dĩa nuôi cấy để chúng có thể phát triển thành những loại tế bào mà bệnh nhân cần để chữa trị căn bệnh của ông ta, tỷ dụ như gan, thần kinh, tim, tế bào insulin. 
5. Các tế bào được tiêm vào cho bệnh nhân, hầu điều trị căn bệnh cho bệnh nhân. Cơ thể người bệnh sẽ không đào thải các tế bào này, bởi vì chúng chứa DNA của ông ta (nghĩa là các tế bào đó đều có chung một loại DNA giống nhau, lẽ đó hệ thống miễn dịch sẽ chấp nhận).

Hình 8: Kỹ thuật chuyển nhân tạo tế bào gốc.

Trong những năm vừa qua, việc nghiên cứu trong lãnh vực tế bào gốc trưởng thành đã phát triển vượt bực. Tế bào gốc trưởng thành có thể được phục hồi bởi các mô lấy từ bệnh nhân, nuôi dưỡng trong các dĩa cấy và kích thích để phát triển thành nhiều loại tế bào trưởng thành. Việc sử dụng tế bào gốc cho phương pháp trị liệu, thay vì dùng tế bào gốc phôi, có nhiều thuận lợi và mang một ý nghĩa quan trọng đối với lãnh vực khoa học, luân lý và chính trị.

Tạo tế bào gốc từ chính mô của bệnh nhân có thể loại bỏ hoàn toàn vấn đề hệ thống miễn nhiễm (miễn dịch) không chấp nhận. 

Tế bào gốc trưởng thành không gây ra khối u ác quái (teratomas).Ứng dụng tế bào gốc trưởng thành trong điều trị gặp phải rất ít những vấn đề về luân lý và cũng hoàn toàn tránh được những tranh luận nóng bỏng về chính trị, liên quan đến việc sử dụng phôi người.

Mặc dù lĩnh vực này đặc biệt hấp dẫn, nhưng nó cũng gây nhiều tranh cãi trong cộng đồng khoa học và đồng thời cần có thêm nhiều nghiên cứu bổ sung kỹ lưỡng để hiểu được toàn bộ tiềm năng của tế bào gốc trưởng thành, đặc biệt là so với tế bào gốc phôi.

3. Tiềm năng của tế bào gốc ứng dụng trong y học

3.1. Tiềm năng

          Đa số các tế bào chuyên biệt của cơ thể không thể thay thế được nhờ vào các quá trình tự nhiên nếu chúng bị hư hại nghiêm trọng hay mắc bệnh. Tế bào gốc có thể được dùng để tạo ra những tế bào chuyên biệt khỏe mạnh và có đầy đủ chức năng, thay thế những tế bào bị bệnh hay hoạt động sai lệch.

Việc thay thế tế bào bị bệnh bằng tế bào lành mạnh, được gọi là liệu pháp tế bào, tương tự như tiến trình cấy ghép cơ quan, thay vì cấy ghép cơ quan thì chỉ cấy tế bào. Một số thương tổn hay bệnh tật có thể được điều trị nhờ kỹ thuật cấy ghép toàn bộ một cơ quan khỏe mạnh, trong khi đó số lượng người sẵn sàng hiến tặng lúc nào cũng thiếu. Tế bào gốc có thể sử dụng thay thế và là nguồn phục hồi cho các tế bào chuyên biệt.

Donor: Người hiến tặng 
Patient: Bệnh nhân 
Sexually produced totipotent cells (SPT): Tế bào tổng năng tạo ra nhờ quá trình sinh sản 
Specialized cells: Tế bào chuyên biệt 
Therapeutic Tissue: Mô điều trị bệnh 
Somatic Cell Nuclear Transfer: Kỹ thuật chuyển nhân tế bào thân 
Asexually produced totipotent cells (APT): Tế bào tổng năng tạo ra không qua quá trình sinh sản 
Customized therapeutic tissue: Mô điều trị bệnh theo yêu cầu

Hình 9: Ứng dụng của tế bào gốc trong điều trị.

Hiện nay, các nhà nghiên cứu đang tìm hiểu ứng dụng của tế bào gốc phôi, tế bào gốc bào thai và tế bào gốc trưởng thành nhằm cung cấp nguồn cho nhiều loại tế bào chuyên biệt, như tế bào thần kinh, tế bào cơ, tế bào máu, tế bào da, nhằm điều trị nhiều chứng bệnh. Ví dụ đối với bệnh Parkinson, tế bào gốc được dùng để tạo một loại tế bào thần kinh đặc biệt tiết ra dopamine (Dopa/ dopamine: một amino axit bất thường dùng trong điều trị bệnh Parkinson). Những tế bào thần kinh này, trên lý thuyết có thể được cấy ghép vào bệnh nhân; tại đó chúng sẽ thiết lập lại mạng lưới thần kinh và phục hồi chức năng, từ đó điều trị căn bệnh. 

Bảng 2. So sánh một số loại tế bào gốc

3.2. Những trở ngại kỹ thuật khi ứng dụng tế bào gốc

Một trong những trở ngại đầu tiên cần phải vượt qua là khó khăn trong việc nhận dạng tế bào gốc trong mô trưởng thành có chứa rất nhiều loại tế bào. Quá trình nhận diện và nuôi cấy đúng loại tế bào gốc là rất cần thiết, thường là rất hiếm trong mô trưởng thành, đòi hỏi cả một tiến trình nghiên cứu gian nan.

Thứ hai, khi tế bào gốc đã được nhận diện và tách ra khỏi mô, cần phải có điều kiện thích hợp để kích thích chúng biệt hóa thành tế bào chuyên biệt. Công việc này cũng đòi hỏi tiến hành rất nhiều thí nghiệm.

Nhìn chung, tế bào gốc phôi và tế bào gốc bào thai được cho là có nhiều công dụng hơn tế bào gốc trưởng thành. Tuy nhiên các nhà khoa học vẫn tiếp tục nghiên cứu điều kiện thích hợp để biệt hóa tế bào gốc phôi thành tế bào chuyên biệt. Đặc tính sinh trưởng cực nhanh của tế bào gốc phôi khiến các nhà khoa học phải cực kỳ thận trọng trong quá trình biệt hóa chúng thành tế bào chuyên biệt. Nếu không bất cứ tế bào gốc phôi còn sót lại nào cũng có thể phát triển ngoài kiểm soát và hình thành khối u. 

Ngay cả khi vượt qua tất cả những vướng mắc nói trên thì lại nảy sinh những vấn đề mới là khi tế bào chuyên biệt (từ tế bào gốc) được cấy ghép vào cơ thể người, chúng phải kết hợp với mô và cơ quan của người đó để học các chức năng cần thiết và hòa hợp với các tế bào tự nhiên của cơ thể. Tế bào tim hoạt động trong môi trường nuôi cấy chẳng hạn, có thể không đập cùng nhịp với tế bào tim của chính người được ghép. Những nơron cấy vào phần não bị hủy hoại buộc phải kết nối với mạng lưới tế bào chằng chịt của não để có thể hoạt động đúng chức năng.

Tuy nhiên vẫn còn một thử thách nữa, đó là hiện tượng thải loại mô. Giống như kỹ thuật cấy ghép cơ quan, tế bào miễn dịch của cơ thể sẽ coi tế bào được cấy ghép là “kẻ lạ mặt”, từ đó tạo ra các phản ứng miễn dịch khiến cấy ghép không thành công và thậm chí có thể làm hại bệnh nhân. Người nhận tế bào (cấy ghép) sẽ phải tạm thời dùng thuốc nhằm khống chế hệ thống miễn dịch của họ, điều đó tự nó vốn cũng rất nguy hiểm.

Quả thực, nghiên cứu về tế bào gốc và các ứng dụng trong việc điều trị các chứng bệnh vẫn mới chỉ ở bước đầu. Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu thu được trên động rất triển vọng, các nhà nghiên cứu tin rằng chỉ còn là vấn đề thời gian, cho đến khi đạt được những thành tựu tương tự đối với tế bào gốc người.

3.3. Tế bào gốc có tiềm năng ứng dụng trong điều trị những bệnh nào

Ứng dụng hứa hẹn nhất của tế bào gốc xuất phát từ chính khả năng biến đổi thành nhiều loại tế bào trưởng thành khác nhau với đầy đủ chức năng. Tế bào gốc chính là nguồn tiềm năng cho việc thay thế các tế bào nhằm điều trị nhiều chứng bệnh. Do đó, bất cứ căn bệnh nào gây tổn hại mô đều có thể được điều trị nhờ liệu pháp tế bào gốc, trong đó bao gồm các bệnh và những khuyết tật như bệnh Parkinson, chứng mất trí nhớ, chấn thương cột sống, đột qụy, bỏng, bệnh tim, tiểu đường typ 1, viêm khớp xương mãn tính, thấp khớp, bệnh loạn dưỡng cơ và bệnh gan.

Ngoài ra, biện pháp phục hồi võng mạc nhờ tế bào gốc trong mắt có thể là một giải pháp cho các bệnh về mắt, một ngày nào đó sẽ mang lại ánh sáng cho người mù.

Tế bào gốc phôi, là loại tế bào có thể tạo nên mọi loại tế bào trưởng thành, với đầy đủ chức năng, dẫn đến hy vọng rằng một ngày nào đó chúng sẽ tạo ra những tế bào hoặc mô có khả năng phát triển thành một trái tim, gan hay thậm chí một quả thận, giúp giải quyết vấn nạn thiếu hụt người hiến tặng cơ quan. Tuy nhiên, hiện vẫn chưa thu được bằng chứng nào cho thấy tế bào gốc phôi có thể ứng dụng được trong điều trị bệnh ở người. Các nhà khoa học cần phải chứng minh cho thấy là họ đã thành công trong việc điều trị bệnh ở động vật nhờ sử dụng tế bào gốc phôi. Họ phải chứng minh đây là một giải pháp hiệu quả và không gây biến chứng để có thể được cho phép thử nghiệm trên người. Đây là yêu cầu tối thiểu khi nghiên cứu về tế bào gốc phôi người đã vượt qua được rào cản luân lý.

Stroke: Đột quỵ não

Traumatic brain injury: Tổn thương não do chấn thương.

Learning difect: thiểu năng trí tuệ

Alzheimer’s disease: Bệnh Alzheimer

Parkinson’s disease: Bệnh Parkinson

Missing teeth: Mất răng

Wound healing: Liền vết thương

Bon marrow transplantation: Ghép tủy xương

Spinal cord injury: tổn thương tủy sống.

Osteoarthritis: Viêm xương khớp.

Baldness: Chứng rụng tóc, hói đầu

Blindness: Mù

Deafness: Điếc

Amyotrophic lateral sclerosis: Bệnh xơ cột bên teo cơ.

Myocardial infaction: Nhồi máu cơ tim.

Muscular dystrophy: Loạn dưỡng cơ.

Diabetes: Đái tháo đường.

Multiple sites: Cancer: Nhiều vị trí: ung thư.

Crhon’s disease: Bệnh viêm đại trực tràng chảy máu (bệnh Crhon).  

Hình 10: Tiềm năng ứng dụng tế bào gốc (potential uses of stem cell).

Thay thế tế bào gốc trưởng thành nhờ kỹ thuật cấy ghép tủy xương của người hiến tặng phù hợp là phương pháp điều trị bệnh ung thư máu và các chứng rối loạn máu đã xuất hiện từ lâu. Tuy nhiên, vì thiếu người hiến tặng, cũng như độc tính gây ra trong khi cấy ghép tủy xương, khiến phương pháp này bị giới hạn ở một số ít bệnh nhân. Phương pháp biển đổi gen/gien trong tế bào gốc tủy xương của bệnh nhân, rồi sau đó tiến hành việc cấy ghép, hy vọng sẽ trở thành biện pháp thay thế hữu hiệu trong tương lai. Tuy nhiên kỹ thuật biến đổi gen cần phải được cải tiến, trước khi sẵn sàng ứng dụng trong y học.

Mới đây việc ứng dụng tế bào gốc trưởng thành đã mở ra những khả năng mới khi các nhà nghiên cứu chứng minh được rằng tế bào ở tủy xương có thể biến đổi thành tế bào chuyên biệt ở nhiều mô khác nhau như máu, não, cơ, thận, lá lách và gan.

Rất nhiều thí nghiệm được tiến hành cho thấy một số loại tế bào gốc trưởng thành là tế bào toàn năng. Có khả năng biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác được gọi là tính linh hoạt (plasticity) hay sự chuyển biệt hóa (transdifferentiation). Dưới đây là các ví dụ về tính linh hoạt và chuyển dạng của tế bào gốc trưởng thành được công bố trong những năm gần đây.

Tế bào gốc máu có thể biệt hóa thành: ba loại tế bào não chính (nơron thần kinh, oligodendrocyte – loại tế bào tạo ra myelin, và tế bào hình sao astrocyte); tế bào cơ xương, tế bào cơ tim và tế bào gan.

Tế bào đệm tủy xương có thể biệt hóa thành: tế bào cơ tim và tế bào cơ xương.

1. Tế bào gốc được tuyển lựa từ tủy xương chậu của bệnh nhân. 
2. Các tế bào gốc trưởng thành được tiêm vào tim bệnh nhân nơi bị hư hại. 
3. Các tế bào tự nó bám chặt và sản xuất protein (chất đạm) cung cấp tín hiệu cho việc phát triển mạch máu mới và cơ tim. 
Rejuvenated heart tissue: Trẻ hóa mô tim (làm cho các mô của tim trẻ lại).

Hình 11: Ứng dụng tế bào gốc phục hồi cơ tim tổn thương trong nhồi máu cơ tim.

Khôi phục cơ tim bằng tế bào gốc trưởng thành: Một lợi ích của việc ứng dụng tế bào gốc ở người trưởng thành chính là tế bào của người bệnh có thể được nuôi dưỡng trong môi trường nuôi cấy rồi sau đó đưa trở lại cơ thể bệnh nhân. Sử dụng chính tế bào gốc trưởng thành của người bệnh có nghĩa là tế bào đó sẽ không bị hệ miễn dịch thải loại. Điều này có lợi ích rất lớn, vì hiện tượng không thích ứng về miễn dịch chính là một vấn đề nan giải chỉ có thể giải quyết bằng dược phẩm ngăn chặn miễn dịch.

Nghiên cứu hiện nay tập trung xác định cơ chế về khả năng tế bào gốc từ một tế bào trưởng thành có thể sinh sản ra các loại tế bào của một mô khác, hay sự chuyển biệt hóa (xem chú thích Transdifferentiation) của tế bào gốc trưởng thành. Nếu có thể xác định và kiểm soát những cơ chế này, tế bào gốc lấy từ mô khỏe mạnh có thể được kích thích để sinh trưởng nhằm khôi phục các mô bị bệnh.

Ta có thể hình dung một ngày nào đó, chúng ta có thể tách được tế bào tủy xương của chính mình, xử lý chúng rồi đưa trở lại vào cơ thể nhằm làm mới hoặc khôi phục tế bào ở nhiều cơ quan khác nhau. 

3.4. Phương pháp cấy ghép tế bào gốc

Quy trình tiêu chuẩn nuôi cấy tế bào gốc ví dụ tế bào gốc dây rốn dị thể được nuôi dưỡng trong 5 ngày bao gồm 8 bước tiêu chuẩn sau:

1. Rã đông, thức tỉnh tế bào.

2. Phân tách, thuần hóa tế bào.

3. Nuôi dưỡng và nhân số lượng tế bào.

4. Định hướng tế bào trong phòng thí nghiệm.

5. Xử l‎í chống thải ghép.

6. Xử l‎í duy trì tính ổn định.

7. Bên thứ ba kiểm nghiệm.

8. Đưa tới phòng phẫu thuật để tiến hành cấy ghép.

Các phưng pháp cấy ghép tế bào gốc cần phải phù hợp với đặc tính sinh vật học của tế bào gốc. Hiện nay có 3 phương pháp được áp dụng:

- Cấy ghép qua động mạch: Đưa catheter qua da đến động mạch của tạng cần cấy ghép và bơm tế bào gốc vào. Ví dụ bệnh nhân mắc bệnh xơ gan cấy ghép tế bào gốc vào gan bằng cách bơm vào động mạch gan. Bệnh nhân mắc bệnh tiểu đường cần cấy ghép tế bào gốc bằng cách bơm vào động mạch tụy. Bệnh nhân bị bệnh thận cấy ghép tế bào gốc bằng cách bơm vào động mạch thận. Bệnh nhân bị bệnh não cần cấy ghép tế bào gốc bằng cách bơm vào động mạch cảnh trong…

- Tiêm trực tiếp tế bào gốc vào mô cần cấy ghép: tiêm vào cơ tim để điều trị nhồi máu cơ tim, tiêm vào ổ khớp để điều trị bệnh khớp…

- Tiêm vào khu vực liền kề với vùng bệnh: Tiêm vào dịch não tủy các tế bào gốc sẽ định hướng di chuyển đến khu vực não bị tổn thương.

3.5. Những mối quan tâm về mặt luân lý

Phôi có phải là người hay không? 

Tranh cãi về nghiên cứu tế bào gốc phôi liên quan đến một trong những vấn nạn cơ bản mà cả xã hội đều quan tâm trong cuộc tranh luận về việc tránh thụ thai, nạo phá thai và phương pháp thụ tinh trong ống nghiệm. Câu hỏi chủ yếu của vấn đề tranh luận chính là về bản chất của sinh mệnh con người ở giai đoạn mới hình thành, cũng như vị trí về mặt luân lý và pháp lý của phôi người. Nghiên cứu tế bào gốc phôi thường đòi hỏi phải tách khối tế bào nội tại từ những phôi thặng dư, không cần đến, của những cặp vợ chồng đã hoàn thành chương trình điều trị vô sinh. Điều này khiến phôi không thể tiếp tục phát triển. Mặc dù phôi đó sẽ bị hủy bất luận thế nào, một số người cho rằng xét về mặt luân lý, sử dụng phôi trong nghiên cứu hay vì mục đích điều trị đều không thể chấp nhận được. Họ cho rằng cuộc sống của con người bắt đầu ngay từ khoảnh khắc (hoặc giây phút) được thụ tinh, và như vậy xã hội đang phá hủy cam kết về quyền bình đẳng của con người cũng như cam kết bảo vệ những cá thể vô phương kháng cự, nếu phôi được sử dụng cho những mục đích như thế. Một số truyền thống tôn giáo và văn hóa phản đối việc sử dụng mạng sống con người vào các mục đích khác, cho dù mục đích đó có cao quý đến dường nào. Những quan niệm truyền thống khác lại ủng hộ nghiên cứu tế bào gốc phôi do họ tin rằng phôi chỉ có được coi là người khi đã phát triển được vài tuần hay vài tháng. 

Một số người sẽ nhấn mạnh đến bổn phận phải cứu chữa những người ốm đau và xoa dịu nỗi đau đớn của người bệnh – đây chính là mục tiêu mà nghiên cứu tế bào gốc phôi có tiềm năng rất lớn – họ ủng hộ nghiên cứu tế bào gốc phôi cũng vì lý do này. Những cuộc thăm dò ý kiến công chúng mới đây cho thấy đa phần người dân của các quốc gia, như Hoa Kỳ, Anh Quốc và Úc đều ủng hộ nghiên cứu tế bào gốc phôi mặc dù dư luận dường như còn mâu thuẫn về việc tạo ra và sử dụng phôi người chỉ phục vụ cho mục đích nghiên cứu. Về vấn đề này, Tổng thổng George Bush phát biểu tại buổi họp báo rằng “lương tâm của chúng ta mời gọi chúng ta theo đuổi tiềm năng của khoa học, nhưng vẫn tôn trọng giá trị của con người cũng như duy trì giá trị đạo đức”.

Trong chỉ thị đã được thông qua của Tổng thống với tiêu đề “Expanding Approved Stem Cell Lines in Ethically Responsible Ways” (tạm dịch là “Mở rộng các mẫu tế bào gốc được chấp nhận hợp với phương thức trách nhiệm luân lý”), Tổng thống Bush ra chỉ thị tiến hành nghiên cứu trên các nguồn cung cấp khác của tế bào gốc toàn năng. Các mẫu tế bào gốc này, theo chỉ thị trên, có thể “thu hoạch được mà không cần tạo ra phôi người vì mục đích nghiên cứu hay phá hủy, loại bỏ hoặc làm hại phôi người hay bào thai”.

Trong chỉ thị Tổng thổng cũng khẳng định: “Hủy hoại sự sống mới hình thành vì mục đích nghiên cứu là xâm phạm nguyên tắc tôn trọng sự thánh thiện của sự sống (the principle of sanctity of life), trong đó quy định rằng: không được sử dụng bất kỳ mạng sống nào, như chỉ là phương tiện nhằm đạt được lợi ích y học cho người khác.”

“Phôi người cũng như bào thai đều là thành viên sống của loài người, chứ không phải là nguyên liệu sống để khai thác hay là vật dụng để mang ra mua bán.”

Chỉ thị định nghĩa phôi người là “sinh linh được tạo ra nhờ quá trình thụ tinh, nhân bản vô tính hay bất cứ một phương thức nào xuất phát từ một hay nhiều giao tử (trứng hay tinh trùng của người) hoặc tế bào lưỡng bội của con người.”

Năm 2009 Tổng thôngs Mỹ Obama đã ban bố hủy sắc lệnh hạn chế nghiên cứu tế bào gốc phôi thai. Đồng thời lần đầu tiên trong lịch sử nhân loại, FDA (Cục quản l‎í thực phẩm và dược phẩm Hoa Kỳ) đã phê chuẩn thử nghiệm lâm sàng đưa tế bào gốc phôi thai vào cơ thể người. Điều này đã dẹp bỏ một phần chướng ngại cho rằng tế bào gốc phôi thai là các tế bào hạt giống của sự sống.

Đức Giáo Hoàng Benedict XVI, khuyến khích khoa học nghiên cứu về tế bào gốc trưởng thành. Ngài nói rằng, đó là công việc tôn trọng sự sống con người cũng như mở ra những tiềm năng lôi cuốn nhằm điều trị những căn bệnh hiện nay vẫn chưa có thuốc chữa.

Hình 12: Giáo hoàng Benedict XVI.

Đức Giáo Hoàng khẳng định rõ rằng Giáo Hội không phản đối khoa học, nhưng “không đồng tình với những hình thức nghiên cứu làm hại con người đang sống mặc dù họ vẫn chưa được sinh ra” như trường hợp nghiên cứu phôi dẫn đến phôi bị hủy diệt. Giáo Hoàng Benedict XVI đã triển khai vấn đề này vào thứ 7, ngày 16 tháng 9 năm 2006, tại điện Castel Gandolfo (Italy), nơi nghỉ mát của ngài vào mùa hè, diễn thuyết trước quý vị quan khách và quý vị tham dự hội nghị quốc tế về “Tế bào gốc: Liệu pháp tương lai?”. Trong hội nghị, Ngài phát biểu rằng: “Tiến bộ chỉ có thể được coi là chân thực, nếu nó phục vụ lợi ích cho con người, và giúp con người tự mình phát triển, không chỉ năng lực kỹ thuật mà còn cả năng lực đạo đức”.

Từ quan điểm này, “việc nghiên cứu tế bào gốc trưởng thành xứng đáng được ủng hộ và khuyến khích, khi vừa mang lại kiến thức khoa học, cùng với kỹ thuật tiên tiến nhất trong lĩnh vực y học, lại vừa đảm bảo yêu cầu luân lý tôn trọng sự hiện hữu của con người, dù ở bất kỳ giai đoạn nào đi chăng nữa.” Trong văn cảnh đó, Đức Giáo hoàng đề cập đến chân trời hứa hẹn được mở ra trong việc điều trị các căn bệnh, liên quan đến “hiện tượng thoái hóa mô dẫn đến nguy cơ bị tàn phế và gây nên tử vong cho bệnh nhân”.

Do đó, Giáo Hoàng Benedict XVI tán thành việc nghiên cứu tế bào gốc trưởng thành, phân biệt nó với kỹ thuật tế bào gốc lấy từ phôi người vốn bị Giáo Hội Công Giáo La Mã lên án. Giáo Hội Công Giáo tin rằng: phôi thai chính là một con người trọn vẹn. Lẽ đó, Giáo Hội lên án hành vi nạo phá thai cũng như sự lạm dụng khéo léo về di truyền học, chẳng hạn việc nghiên cứu về tế bào gốc phôi.

Không giống tế bào gốc phôi hay tế bào nguyên thủy từ phôi giai đoạn mới phát triển có khả năng phát triển thành hầu hết các loại mô trong cơ thể, tế bào gốc trưởng thành phân chia nhằm bổ sung, đổi mới và thay thế những tế bào sắp chết, đồng thời phục hồi những mô bị hủy hoại. Tế bào gốc trưởng thành có thể lấy được từ những mẫu mô của người lớn, khác với tế bào gốc phôi, chúng sẵn sàng được sử dụng để chữa trị nhiều căn bệnh, trong đó bao gồm nhiều dạng của bệnh ung thư. 

Tài liệu tham khảo

• 1908: The term "stem cell" was proposed for scientific use by the Russian histologist Alexander Maksimov (1874–1928) at congress of hematologic society in Berlin. It postulated existence of haematopoietic stem cells.
• 1960s: Joseph Altman and Gopal Das present scientific evidence of adult neurogenesis, ongoing stem cell activity in the brain; like André Gernez, their reports contradict Cajal's "no new neurons" dogma and are largely ignored.
• 1963: McCulloch and Till illustrate the presence of self-renewing cells in mouse bone marrow.
• 1968: Bone marrow transplant between two siblings successfully treats SCID.
• 1978: Haematopoietic stem cells are discovered in human cord blood.
• 1981: Mouse embryonic stem cells are derived from the inner cell mass by scientists Martin Evans, Matthew Kaufman, and Gail R. Martin. Gail Martin is attributed for coining the term "Embryonic Stem Cell".
• 1992: Neural stem cells are cultured in vitro as neurospheres.
• 1997: Leukemia is shown to originate from a haematopoietic stem cell, the first direct evidence for cancer stem cells.
• 1998: James Thomson and coworkers derive the first human embryonic stem cell line at the University of Wisconsin–Madison.
• 1998: John Gearhart (Johns Hopkins University) extracted germ cells from fetal gonadal tissue (primordial germ cells) before developing pluripotent stem cell lines from the original extract.
• 2000s: Several reports of adult stem cell plasticity are published.
• 2001: Scientists at Advanced Cell Technology clone first early (four- to six-cell stage) human embryos for the purpose of generating embryonic stem cells.
• 2003: Dr. Songtao Shi of NIH discovers new source of adult stem cells in children's primary teeth.
• 2004–2005: Korean researcher Hwang Woo-Suk claims to have created several human embryonic stem cell lines from unfertilised human oocytes. The lines were later shown to be fabricated.
• 2005: Researchers at Kingston University in England claim to have discovered a third category of stem cell, dubbed cord-blood-derived embryonic-like stem cells (CBEs), derived from umbilical cord blood. The group claims these cells are able to differentiate into more types of tissue than adult stem cells.
• 2005: Researchers at UC Irvine's Reeve-Irvine Research Center are able to partially restore the ability of rats with paralyzed spines to walk through the injection of human neural stem cells.
• August 2006: Mouse Induced pluripotent stem cells: the journal Cell publishes Kazutoshi Takahashi and Shinya Yamanaka.
• October 2006: Scientists at Newcastle University in England create the first ever artificial liver cells using umbilical cord blood stem cells.
• January 2007: Scientists at Wake Forest University led by Dr. Anthony Atala and Harvard University report discovery of a new type of stem cell in amniotic fluid. This may potentially provide an alternative to embryonic stem cells for use in research and therapy.
• June 2007: Research reported by three different groups shows that normal skin cells can be reprogrammed to an embryonic state in mice. In the same month, scientist Shoukhrat Mitalipov reports the first successful creation of a primate stem cell line through somatic cell nuclear transfer.
• October 2007: Mario Capecchi, Martin Evans, and Oliver Smithies win the 2007 Nobel Prize for Physiology or Medicine for their work on embryonic stem cells from mice using gene targeting strategies producing genetically engineered mice (known as knockout mice) for gene research.
• November 2007: Human induced pluripotent stem cells: Two similar papers released by their respective journals prior to formal publication: in Cell by Kazutoshi Takahashi and Shinya Yamanaka, "Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors", and in Science by Junying Yu, et al., from the research group of James Thomson, "Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells": pluripotent stem cells generated from mature human fibroblasts. It is possible now to produce a stem cell from almost any other human cell instead of using embryos as needed previously, albeit the risk of tumorigenesis due to c-myc and retroviral gene transfer remains to be determined.
• January 2008: Robert Lanza and colleagues at Advanced Cell Technology and UCSF create the first human embryonic stem cells without destruction of the embryo.
• January 2008: Development of human cloned blastocysts following somatic cell nuclear transfer with adult fibroblasts.
• February 2008: Generation of pluripotent stem cells from adult mouse liver and stomach: these iPS cells seem to be more similar to embryonic stem cells than the previously developed iPS cells and not tumorigenic, moreover genes that are required for iPS cells do not need to be inserted into specific sites, which encourages the development of non-viral reprogramming techniques.
• March 2008-The first published study of successful cartilage regeneration in the human knee using autologous adult mesenchymal stem cells is published by clinicians from Regenerative Sciences
• October 2008: Sabine Conrad and colleagues at Tübingen, Germany generate pluripotent stem cells from spermatogonial cells of adult human testis by culturing the cells in vitro under leukemia inhibitory factor (LIF) supplementation.
• 30 October 2008: Embryonic-like stem cells from a single human hair.
• 1 March 2009: Andras Nagy, Keisuke Kaji, et al. discover a way to produce embryonic-like stem cells from normal adult cells by using a novel "wrapping" procedure to deliver specific genes to adult cells to reprogram them into stem cells without the risks of using a virus to make the change. The use of electroporation is said to allow for the temporary insertion of genes into the cell.
• 28 May 2009 Kim et al. announced that they had devised a way to manipulate skin cells to create patient specific "induced pluripotent stem cells" (iPS), claiming it to be the 'ultimate stem cell solution'.
• 11 October 2010 First trial of embryonic stem cells in humans.
• 25 October 2010: Ishikawa et al. write in the Journal of Experimental Medicine that research shows that transplanted cells that contain their new host's nuclear DNA could still be rejected by the invidual's immune system due to foreign mitochondrial DNA. Tissues made from a person's stem cells could therefore be rejected, because mitochondrial genomes tend to accumulate mutations.
• 2011: Israeli scientist Inbar Friedrich Ben-Nun led a team which produced the first stem cells from endangered species, a breakthrough that could save animals in danger of extinction.

CHIA SẺ BÀI VIẾT