Tế bào gốc vạn năng (PSC): Khái niệm, 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?

Tế bào gốc vạn năng (pluripotent stem cell) là một loại tế bào gốc đặc biệt, chỉ tồn tại trong giai đoạn phát triển phôi sớm. Chúng mang trong mình một tiềm năng to lớn nhờ khả năng tạo ra hầu hết các loại tế bào trong cơ thể người (ngoại trừ tế bào sinh dục).

Cụ thể, tế bào gốc vạn năng có thể biệt hóa thành các dòng tế bào thuộc ba lớp mô cơ bản của phôi – ngoại bì (ectoderm), nội bì (endoderm) và trung bì (mesoderm). Từ đó, chúng có khả năng hình thành nên các tế bào và mô như da, hệ thần kinh, cơ quan tiêu hóa, hô hấp, xương, sụn, máu, cơ,… Nói cách khác, tế bào gốc này có thể tạo ra bất kỳ tế bào hay mô nào mà cơ thể cần để tự sửa chữa, tái tạo.

Chính vì tiềm năng này, tế bào gốc vạn năng đang là đối tượng của rất nhiều nghiên cứu trong y học tái tạo. Nhiều thử nghiệm lâm sàng đã và đang được tiến hành nhằm tìm cách sử dụng các tế bào và mô được tạo từ tế bào gốc đa năng để điều trị cho các bệnh như tiểu đường, Parkinson, tổn thương tủy sống, mù lòa, giảm tiểu cầu, và nhiều bệnh nan y khác.

Ngoài ra, nó còn là công cụ giúp các nhà khoa học nghiên cứu sự phát triển của con người và nguyên nhân gây bệnh. Một điểm mạnh nữa của loại tế bào này là chúng có thể được cá nhân hóa để đảm bảo tương hợp miễn dịch hoàn toàn cho mỗi bệnh nhân, giúp tránh nguy cơ đào thải khi cấy ghép mô.

Như một tia sáng cho ngành y, các nghiên cứu về tế bào gốc vạn năng hứa hẹn sẽ mang lại những liệu pháp điều trị đột phá trong tương lai, thắp lên hy vọng cho hàng triệu bệnh nhân trên toàn thế giới. (1)

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 – ESCs)

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

Hiện nay, tế bào vạn năng được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực làm đẹp và y học. Vậy đâu là những ứng dụng nổi bật của loại tế bào này, hãy cùng Bhmed điểm qua ngay sau đây.

4.1 Trong lĩnh vực y học

• Phục hồi khả năng vận động sau chấn thương tủy sống, cơ xương khớp: Tế bào gốc vạn năng có khả năng tạo ra các tế bào thần kinh, cơ, sụn mới. Điều này giúp phục hồi chức năng vận động cho những trường hợp bị chấn thương tủy sống, cơ xương khớp.
• Cải thiện thị lực và điều trị bệnh thoái hóa điểm vàng: Chúng có thể tạo ra biểu mô sắc tố võng mạc, giúp cải thiện thị lực và hỗ trợ điều trị bệnh thoái hóa điểm vàng – nguyên nhân gây mù lòa ở người cao tuổi.
• Điều trị các bệnh thần kinh: Tế bào gốc thần kinh Dopaminergic đã được sử dụng thành công trong điều trị bệnh Parkinson. Các loại tế bào gốc khác cũng được kỳ vọng có tiềm năng trong việc điều trị Alzheimer, bại não và các bệnh thần kinh khác.
• Điều trị bệnh tiểu đường: Tế bào gốc vạn năng tạo điều kiện thuận lợi để tế bào sản xuất insulin phát triển, từ đó hỗ trợ điều trị bệnh tiểu đường.
• Điều trị suy tim nặng: Trong trường hợp cơ tim bị thiếu máu cục bộ, tế bào gốc vạn năng có thể được sử dụng để cải thiện chức năng tim và điều trị suy tim nặng.
• Điều trị các bệnh khác: Tế bào gốc cảm ứng còn tiềm năng điều trị nhiều bệnh khác như xơ nang, bạch cầu, mù lòa,…

4.2 Trong lĩnh vực thẩm mỹ và làm đẹp

• Trẻ hóa da mặt: Tế bào gốc vạn năng có khả năng kích thích tái tạo tế bào da, giúp làm mờ nếp nhăn, cải thiện độ đàn hồi và sự săn chắc của da mặt.
• Kéo dài tuổi thọ làn da: Bằng cách kích thích quá trình tái tạo tế bào và đẩy lùi quá trình lão hóa, tế bào gốc vạn năng cảm ứng có thể giúp kéo dài tuổi thọ. giữ cho làn da trẻ trung và tươi sáng.

4.3 Trong nghiên cứu khoa học

• Nghiên cứu bệnh lý di truyền: Tế bào gốc vạn năng cũng được sử dụng trong nghiên cứu để tạo ra các mô học mô phỏng bệnh, giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về các bệnh di truyền và phát triển các phương pháp điều trị mới.
• Phát triển dược phẩm: Việc sử dụng các loại tế bào gốc trong phát triển dược phẩm cho phép các nhà nghiên cứu thử nghiệm và đánh giá hiệu quả cũng như độ an toàn của các loại thuốc mới trên các mô tế bào mô phỏng thực tế trước khi tiến hành thử nghiệm trên động vật hoặc người.

4.4 Trong điều trị cá nhân hóa và kỹ thuật gen

• Điều trị cá nhân hóa: Tế bào gốc vạn năng có thể được cá nhân hóa để đảm bảo tính tương thích miễn dịch hoàn hảo cho từng bệnh nhân. Điều này có nghĩa là các bệnh nhân có thể nhận được cấy ghép mô và tế bào mà không cần phải tìm kiếm người hiến tặng phù hợp và không phải đối mặt với nguy cơ từ chối ghép hoặc nhu cầu dùng thuốc ức chế miễn dịch suốt đời.
• Kỹ thuật gen: Các liệu pháp dựa trên tế bào mạnh mẽ nhất trong tương lai có thể yêu cầu kỹ thuật gen phức tạp để tối đa hóa hiệu quả và đảm bảo an toàn cho các tế bào và mô điều trị. So với hầu hết các loại tế bào khác (bao gồm cả tế bào gốc trưởng thành), việc thực hiện các bước kỹ thuật cần thiết với tế bào gốc vạn năng sẽ dễ dàng và an toàn hơn.

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 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