Tế bào gốc vạn năng (iPSC) là gì? Nguồn gốc, ứng dụng

Với sự phát triển của nền y học, ngày nay có rất nhiều phương pháp chữa bệnh và làm đẹp tiên tiến được ra đời. Trong đó phải kể đến việc sử dụng tế bào gốc vạn năng để tái tạo các mô cũng như một số cơ quan trong cơ thể người. Trong bài viết này, Bhmed sẽ cùng bạn tìm hiểu chi tiết về tế bào gốc vạn năng là gì, nguồn gốc và ứng dụng của loại tế bào gốc này.

1. Tế bào gốc vạn năng là gì?

Pluripotent Stem Cells, hay còn gọi là tế bào gốc vạn năng, là một loại tế bào đặc biệt chỉ tồn tại trong giai đoạn phát triển phôi sớm. Điều làm nên sức mạnh của những tế bào này chính là khả năng biến đổi thần kỳ, cho phép chúng trở thành bất kỳ loại tế bào nào trong cơ thể.

Tế bào gốc vạn năng có thể phân hóa thành ba lớp mô chính của phôi thai, bao gồm ngoại bì, trung bì và nội bì. Từ ba lớp này, chúng hình thành nên tất cả các bộ phận và cơ quan trong cơ thể. Ngoại bì sẽ trở thành làn da mịn màng và hệ thần kinh phức tạp. Nội bì sẽ tạo nên hệ tiêu hóa, hô hấp, nội tiết cùng gan và tuyến tụy. Trong khi đó, trung bì sẽ cấu thành nên xương, cơ, sụn, mạch máu và mô liên kết.

Chính khả năng đa dạng và linh hoạt này đã biến tế bào gốc vạn năng trở thành một công cụ đầy hứa hẹn trong nghiên cứu y sinh. Các nhà khoa học đang nỗ lực tìm cách sử dụng chúng để chữa trị các bệnh nan y, tái tạo các bộ phận cơ thể bị tổn thương. Tuy nhiên, việc nghiên cứu loại tế bào này vẫn gặp phải những rào cản về đạo đức và tôn giáo do nguồn gốc từ phôi thai.

Tế bào gốc vạn năng có khả năng biệt hoá thành nhiều loại tế bào khác trong cơ thể

2. Tế bào gốc vạn năng tìm thấy ở đâu?

Trong cơ thể người trưởng thành, các tế bào vạn năng gốc đa năng tự nhiên chỉ tồn tại trong một khoảng thời gian rất ngắn ở giai đoạn phát triển phôi sớm. Cụ thể, chúng nằm ở khối tế bào trong (inner cell mass – ICM) của phôi nang, có khả năng biệt hóa thành mọi loại tế bào của cơ thể. (2)

2.1 Tế bào gốc phôi (Embryonic Stem Cells – ESC)

Tế bào gốc phôi là các tế bào được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm từ khối tế bào trong (Inner Cell Mass – ICM) của phôi nang. Điểm đặc biệt của ESCs là chúng vẫn giữ được tính đa năng như ICM, có khả năng tự làm mới vô hạn định hoặc biệt hóa thành các dòng tế bào thuộc cả ba lớp mầm trong điều kiện thích hợp. ESCs người đã trở thành đối tượng nghiên cứu độc đáo để tìm hiểu về sự phát triển phôi sớm và cơ chế duy trì tính vạn năng.

2.2 Tế bào gốc đa năng cảm ứng (Induced Pluripotent Stem Cells – iPSCs)

iPSCs được tạo ra bằng cách tái lập trình các tế bào đã biệt hóa hoàn toàn, đưa chúng trở về trạng thái đa năng tương tự như ESCs. Quá trình này liên quan đến sự tái hoạt động của các yếu tố phiên mã nội sinh như Oct4, Nanog và Sox2. Điểm mạnh của iPSCs là chúng có thể được tạo ra cho từng cá nhân, mở ra cơ hội phát triển các liệu pháp tế bào và mô hình bệnh cá nhân hóa. Đồng thời, iPSCs cũng là một mô hình thay thế hữu ích cho ESCs, vốn gặp nhiều rào cản đạo đức trong nghiên cứu.

Như vậy, iPSCs và ESCs, tuy có nguồn gốc khác nhau, nhưng đều là những “kho báu” chứa đựng tiềm năng vô hạn của tế bào gốc đa năng. Với khả năng biến hóa đa dạng, chúng hứa hẹn sẽ cách mạng hóa việc nghiên cứu và điều trị nhiều căn bệnh nan y trong tương lai. 

Tế bào gốc vạn năng có 2 loại khác nhau

3. Tế bào gốc vạn năng được nuôi cấy thế nào?

Tế bào gốc vạn năng (ESCs và iPSCs) được coi là nguồn nguyên liệu quý giá cho y học tái tạo nhờ khả năng tự làm mới vô hạn và biệt hóa thành mọi loại tế bào trong cơ thể. Tuy nhiên, để phát huy hết tiềm năng này, việc tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy để duy trì trạng thái vạn năng của tế bào gốc là vô cùng quan trọng. Dưới đây là một số phương pháp nuôi cấy tế bào gốc vạn năng điển hình:

1. Nuôi cấy trên lớp tế bào nuôi (feeder cells): Trong phương pháp này, ESCs được nuôi cấy trên một lớp tế bào nuôi, thường là nguyên bào sợi phôi chuột (MEFs) đã được xử lý để ngăn ngừa sinh sản. Lớp tế bào nuôi sẽ cung cấp các chất dinh dưỡng và yếu tố tăng trưởng cần thiết để duy trì trạng thái đa năng của ESCs. Đây là phương pháp đầu tiên được sử dụng để nuôi cấy thành công ESCs chuột và người.(3)

2. Nuôi cấy không cần tế bào nuôi (feeder-free): Để loại bỏ sự phụ thuộc vào tế bào nuôi động vật, các phương pháp nuôi cấy ESCs không cần tế bào nuôi đã được phát triển. Trong đó, ESCs được nuôi cấy trên bề mặt được phủ bởi các protein ngoại bào (ECM) như Matrigel™, fibronectin hoặc laminin. Môi trường nuôi cấy cũng được bổ sung các yếu tố tăng trưởng thích hợp như LIF (đối với mESCs) hoặc bFGF (đối với hESCs) để duy trì trạng thái tự làm mới.

3. Nuôi cấy trong môi trường xác định (defined medium): Để tạo ra các dòng tế bào gốc an toàn cho ứng dụng lâm sàng, việc loại bỏ các thành phần có nguồn gốc động vật ra khỏi quy trình nuôi cấy là rất cần thiết. Các nghiên cứu gần đây đã phát triển các môi trường nuôi cấy được xác định hoàn toàn, chỉ sử dụng các protein tái tổ hợp người và các phụ gia tổng hợp. Điều này giúp kiểm soát tốt hơn các yếu tố ảnh hưởng đến hành vi của tế bào gốc.

4. Nuôi cấy tế bào gốc đa năng cảm ứng (iPSCs): iPSCs được tạo ra từ việc tái lập trình tế bào soma trưởng thành bằng cách đưa vào các yếu tố tái lập trình (Yamanaka factors). Về cơ bản, iPSCs có thể được nuôi cấy trong các điều kiện tương tự như hESCs, tức là sử dụng lớp tế bào nuôi hoặc phương pháp không cần tế bào nuôi với bổ sung bFGF.

Với sự phát triển của kỹ thuật nuôi cấy, ngày càng nhiều dòng tế bào gốc đa năng được thiết lập, tạo tiền đề vững chắc cho các nghiên cứu và ứng dụng trong y học tái tạo. Tuy nhiên, việc kiểm soát sự biệt hóa của tế bào gốc thành các loại tế bào mong muốn vẫn là một thách thức lớn. Các nghiên cứu tương lai cần tập trung vào việc tối ưu hóa môi trường nuôi cấy, kết hợp với các kích thích sinh học và vật lý, để định hướng sự biệt hóa một cách hiệu quả và an toàn, từ đó thúc đẩy việc ứng dụng tế bào gốc vào thực tiễn lâm sàng. 

4. Ứng dụng của tế bào gốc vạn năng

Với khả năng biệt hóa thành mọi loại tế bào trong cơ thể, tế bào gốc vạn năng đang mở ra một chân trời mới trong ngành y học. Những nghiên cứu gần đây cho thấy tiềm năng to lớn của chúng trong việc chữa trị các bệnh nan y, tái tạo các bộ phận cơ thể bị tổn thương, thậm chí cả chống lại sự lão hóa.

4.1 Hy vọng mới cho bệnh nhân

Tế bào gốc vạn năng có thể phát triển thành nhiều loại tế bào chuyên biệt, từ tế bào thần kinh, tế bào cơ, cho đến tế bào máu. Nhờ đặc tính đặc biệt này, chúng trở thành “vũ khí” hữu hiệu trong điều trị đa dạng bệnh lý, từ ung thư, Parkinson, Alzheimer, đến các bệnh tim mạch và tiểu đường. Các nhà khoa học đang nghiên cứu sử dụng tế bào gốc vạn năng để phục hồi chức năng vận động cho bệnh nhân bị chấn thương tủy sống, cải thiện tình trạng thoái hóa khớp.

4.2 Tái tạo và trẻ hóa cơ thể

Bên cạnh khả năng chữa bệnh, tế bào gốc vạn năng còn là niềm hy vọng cho những người bị tổn thương các bộ phận cơ thể. Các nhà nghiên cứu đang tìm cách sử dụng chúng để tái tạo da, cơ, xương bị hư hỏng, giúp bệnh nhân lấy lại chất lượng cuộc sống. Hơn thế nữa, loại tế bào đặc biệt này còn tiềm ẩn khả năng chống lão hóa, trì hoãn quá trình suy giảm chức năng của các cơ quan do tuổi tác.

4.3 Hướng tới tương lai

Mặc dù vẫn còn nhiều thách thức cần vượt qua, song những tiến bộ trong nghiên cứu tế bào gốc vạn năng đang mang đến làn gió mới cho ngành y học. Với tiềm năng to lớn của mình, chúng hứa hẹn sẽ cách mạng hóa cách thức điều trị bệnh, cải thiện sức khỏe và kéo dài tuổi thọ con người. Tương lai của y học có lẽ sẽ gắn liền với sự phát triển của lĩnh vực đầy tiềm năng này.

5. Sự khác biệt của tế bào vạn năng so với tế bào toàn năng

Tế bào vạn năng (tế bào pluripotent) và tế bào toàn năng (tế bào totipotent) là hai loại tế bào gốc có khả năng biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác. Tuy nhiên, có một số khác biệt quan trọng giữa chúng, bạn cần biết rõ để tránh nhầm lẫn giữa hai loại tế bào này. Hãy cùng xem xét bảng so sánh 2 loại tế bào ngay sau đây.

Tế bào vạn năng và tế bào toàn năng có sự khác biệt

Vậy là Bhmed đã cùng bạn tìm hiểu về tế bào gốc vạn năng là gì ở bài viết trên. Có thể thấy rằng tế bào gốc vạn năng là minh chứng cho triển vọng liệu pháp tế bào gốc trong y học tái tạo. Với tiềm năng phục hồi và tái tạo các bộ phận trong cơ thể con người, tế bào gốc vạn năng đã mở ra cánh cửa mới cho việc điều trị các bệnh lý trước đây được coi là không thể. Bên cạnh đó, hiện nay, tế bào gốc vạn năng đang được đã được áp dụng phổ biến để hiện thực hoá ước mơ sở hữu làn da trẻ đẹp.

Tài liệu tham khảo:

• (1) https://www.childrenshospital.org/research/programs/stem-cell-program-research/stem-cell-research/pluripotent-stem-cell-research
• (2) https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780123860330000049
• (3) https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780128012383654910

———————
Liệu pháp tế bào sinh học – Organotherapy
Địa chỉ: 119 Hùng Vương, P4, Q5, HCM
Hotline: 098 3131 522 – (028) 3830 6368
Fanpage: www.facebook.com/BhmedVN