- Tế bào gốc là các tế bào sinh học có khả năng biệt hoá thành các tế bào khác, từ đó phân bào để tạo ra nhiều tế bào gốc hơn. Chúng được tìm thấy trong các sinh vật đa bào.
- Đây là thuật ngữ dịch từ tiếng Anh “stem cell” dùng để chỉ các tế bào chưa biệt hoá để đảm nhiệm chức năng vai trò cụ thể mà chúng vốn có “số phận” phải phát triển thành. Chẳng hạn, một tế bào xương thì không thể “đẻ” ra tế bào xương khác, nhưng tế bào gốc xương thì có. Bởi thế, tế bào gốc có tiềm năng phát triển thành hầu hết bất kỳ loại tế bào nào tuỳ thuộc môi trường yêu cầu.
- Trong cơ thể sống, có thể lấy tế bào gốc từ hai nguồn chính: mô cơ thể đã trưởng thành ( hiện tại ở Mỹ đã sử dụng mô mỡ bụng của người trưởng thành) và trong phôi giai đoạn sớm đặc biệt là dây rốn của trẻ mới sinh ra. Ngoài ra, các nhà khoa học cũng đã nghiên cứu phương thức phát triển tế bào gốc từ các tế bào khác bằng kỹ thuật “lập trình lại” gen.
Ở động vật có vú, có hai loại tế bào gốc: tế bào gốc phôi (Embryonic stem cell), được phân lập từ trong của phôi nang giai đoạn sớm, và tế bào gốc trưởng thành (Adult stem cell), được tìm thấy trong các mô khác nhau. Trong các sinh vật trưởng thành, tế bào gốc và các tế bào tiền thân đóng vai trò như một hệ thống sửa chữa cho cơ thể, chúng thay thế và bổ sung các tế bào lão hoá hoặc bị hư hại ở người trưởng thành. Trong phôi đang phát triển, tế bào gốc có thể biệt hoá thành các tế bào chuyên biệt – ngoại bì, nội bì và nội mạc tử cung (xem các tế bào gốc đa năng) – nhưng cũng duy trì số lượng tế bào của các cơ quan tái tạo, chẳng hạn như máu, da, hoặc các mô ruột.
Ở người, có ba nguồn đã được biết của các tế bào gốc trưởng thành có khả năng sinh ra thế hệ tế bào sau giống như nó (autologous):
- Tủy xương, được lấy từ phương thức khoan vào xương (điển hình là xương đùi hay xương chậu).
- Mô mỡ (gồm các tế bào mỡ) được lấy bằng phương pháp hút mỡ.
- Máu, trong đó máu được rút ra từ người hiến tặng (tương tự như hiến máu), đi qua máy tách chiết các tế bào gốc và trả lại các phần khác của máu cho người hiến.
Tế bào gốc cũng có thể được lấy từ máu dây rốn ngay sau khi sinh. Trong tất cả các loại tế bào gốc, việc thu hoạch tế bào gốc tự thân sẽ có ít nguy cơ rủi ro nhất. Theo định nghĩa, các tế bào tự thân thu được từ cơ thể của chính mình, giống như người ta có thể sử dụng máu của chính mình cho các cuộc phẫu thuật của mình vậy.
Tế bào gốc trưởng thành thường được sử dụng trong các liệu pháp y khoa khác nhau (ví dụ, cấy ghép tủy xương). Tế bào gốc có thể được phát triển nhân tạo và chuyển đổi (biệt hoá) thành các tế bào chuyên biệt với các đặc tính phù hợp với các tế bào của các mô khác nhau như cơ và dây thần kinh. Các dòng tế bào phôi và các tế bào gốc phôi tự thân sinh ra thông qua việc chuyển gen hạt nhân (Somatic Cell Nuclear Transfer) hoặc biệt hoá ngược (Dedifferentiation) là những phương pháp điều trị rất tiềm năng trong tương lai. Nghiên cứu về các tế bào gốc được phát triển từ những phát hiện của Ernest A. McCulloch và James E. Till ở đại học Toronto vào những năm 1960.
2. Tính chất của tế bào gốc
Theo định nghĩa kinh điển, một tế bào gốc phải có 2 yếu tố sau:
· Tính chất tự làm mới (self-renewal): khả năng đi xuyên suốt các chu kỳ sinh sản của tế bào nhưng vẫn giữ được tình trạng không biệt hoá.
· Tiềm năng (potency): khả năng biệt hoá thành các dạng tế bào chuyên biệt. Trong định nghĩa mới nhất, khả năng này đòi hỏi tế bào gốc phải là hoặc totipotent hay pluripotent để có khả năng tạo ra dạng tế bào trưởng thành bất kỳ mặc dù tế bào tiền thân multipotent hay unipotent thỉnh thoảng vẫn được xem như là tế bào gốc.
3. Khả năng tự làm mới của tế bào gốc
Bao gồm hai cơ chế tồn tại để duy trì quần thể tế bào gốc:
1. Cơ chế sao chép bất đối xứng bắt buộc (Obligatory asymmetric replication): Một tế bào gốc chia thành một tế bào giống hệt với tế bào gốc ban đầu và một tế bào con khác biệt.
Khi tế bào gốc tự tái tạo, nó phân chia và không làm gián đoạn trạng thái không biệt hoá. Sự tự đổi mới này phụ thuộc vào sự kiểm soát chặt chẽ của chu kỳ tế bào cũng như duy trì tính đa năng của tế bào gốc.
2. Cơ chế phân biệt ngẫu nhiên (Stochastic differentiation): khi một tế bào gốc phát triển thành hai tế bào con khác biệt, một trong hai tế bào đó phải chịu sự phân bào và tạo ra hai tế bào gốc nữa giống hệt như tế bào lúc đầu.
4. Tiềm năng của tế bào gốc
Tiềm năng (potency) là khả năng biệt hoá tế bào của tế bào gốc.
Totipotent: tế bào gốc totipotent được tạo ra từ một noãn và tinh trùng.Các tế bào totipotent có khả năng biệt hoá thành các dạng tế bào phôi và ngoài phôi.
Pruripotent: tế bào gốc pruripotent là hậu duệ của tế bào gốc totipotent và có khả năng biệt hoá thành các tế bào phát xuất từ bất kỳ lớp mầm nào trong 3 lớp mầm Endoderm, Mesoderm và Ectoderm.
Multipotent: tế bào gốc multipotent có khả năng tạo ra duy nhất các tế bào cùng họ với tế bào đó (thí dụ như tế bào gốc tạo máu thì có khả năng biệt hoá thành hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu…)
Oligopotent: Tế bào gốc Oligopotent có thể phân biệt thành một số loại tế bào, chẳng hạn như các tế bào gốc lymphoid hoặc tủy xương.
Unipotent: tế bào gốc unipotent có khả năng tạo ra duy nhất một loại tế bào nhưng vẫn có tính chất tự làm mới, đây là điểm để phân biệt với tế bào không phải tế bào gốc (thí dụ: tế bào gốc cơ).
4. Phân loại tế bào gốc
a. Tế bào gốc phôi thai (Embryonic stem cells)
Tế bào phôi (ES) là tế bào của khối lượng tế bào bên trong của phôi nang, phôi giai đoạn đầu. Phôi người đạt đến giai đoạn phôi nang giai đoạn 4-5 ngày sau khi thụ tinh, vào thời điểm đó chúng chứa 50-150 tế bào. Các tế bào ES là dạng tế bào đa năng pluripotent và biệt hoá cũng như phát triển thành tất cả các tế bào chuyên biệt của ba lớp mầm sơ cấp: ectoderm, endoderm và Mesoderm. Nói cách khác, chúng có thể phát triển thành từng loại tế bào trong hơn 200 loại ở cơ thể người trưởng thành. Chúng không đóng góp vào màng phôi ngoài hoặc nhau thai.
b. Tế bào gốc bào thai
Các tế bào gốc nguyên thủy nằm trong các cơ quan của bào thai được gọi là tế bào gốc bào thai. Có hai loại tế bào gốc bào thai:
1. Tế bào gốc nguyên thuỷ từ bào thai (Fetal proper stem cell) xuất phát từ mô của thai nhi, và thường được lấy sau quá trình phá thai. Những tế bào gốc này không phải là bất tử, nhưng có mức độ phân chia cao và đa dạng.
2. Tế bào gốc bào thai ngoài tử cung (Extraembryonic Fetal stem cell) xuất phát từ màng thừa của phôi, và thường không phân biệt với tế bào gốc người lớn. Các tế bào gốc này được thu nhặt sau khi sinh. Mặc dù các tế bào này không phải bất tử, nhưng là tế bào đa năng pluripotent và có mức độ phân chia tế bào cao.
c. Tế bào gốc trưởng thành – Adult stem cell
Tế bào gốc trưởng thành (Adult stem cell), còn được gọi là tế bào gốc sinh dưỡng (somatic), là tế bào gốc duy trì và sửa chữa các mô bị tổn thương. Chúng có thể được tìm thấy ở trẻ em, cũng như người lớn.
Các tế bào gốc người trưởng thành đa số hiếm và nói chung là nhỏ về số lượng, nhưng chúng có thể được tìm thấy ở trong máu dây rốn và ở các mô khác. Tủy xương là nơi bao gồm phong phú các tế bào gốc trưởng thành, đã được sử dụng trong điều trị một số bệnh bao gồm xơ gan, thiếu máu cục bộ mạn tính và suy tim giai đoạn cuối. Số lượng tế bào gốc tủy xương giảm theo tuổi và lớn hơn ở nam giới so với nữ giới trong những năm sinh đẻ.Hầu hết mọi nghiên cứu về tế bào gốc trưởng thành cho đến nay đều nhằm mục đích nắm bắt được tính tiềm năng (potency) và năng lực tự làm mới (self-renewal) của chúng.Theo thời gian, các thương tổn DNA sẽ được tích tụ ở tế bào gốc và cả các tế bào khác ở môi trường bao quanh tế bào gốc. Sự tích tụ này lý giải cho sự rối loạn chức năng của tế bào gốc khi lão hóa.
d. Tế bào gốc dịch màng ối (Amniotic)
Các tế bào gốc đa năng cũng được tìm thấy trong dịch màng ối. Các tế bào gốc này rất hoạt hoá, có khả năng di chuyển rộng mà không cần nguồn dinh dưỡng, đặc biệt là không gây khối u. Tế bào gốc buồng ối là tế bào đa năng multipotent và có khả năng biệt hoá thành các dòng tế bào của các tuyến adipogenic, osteogenic, myogenic, endothelial, hepatic và nơ-ron thần kinh. Tế bào gốc buồng ối hiện đang và sẽ là một chủ đề nghiên cứu rất hứa hẹn.
e. Tế bào gốc “vạn năng cảm ứng” (Induced Pluripotent Stem Cells- iPSC)
Tế bào gốc người lớn có những hạn chế về mặt tiềm năng; không giống như ESCs, chúng không thể phân biệt thành các tế bào từ cả ba lớp mầm. Như vậy, chúng được cho là tế bào đa năng multipotent.
Điều trị
Liệu pháp tế bào gốc là việc sử dụng tế bào gốc trong điều trị hoặc ngăn ngừa bệnh. Cấy ghép tủy xương là một hình thức liệu pháp tế bào gốc đã được sử dụng trong nhiều năm mà không có bất kỳ tranh cãi nào. Không có liệu pháp tế bào gốc nào ngoài ghép tủy xương được sử dụng rộng rãi. Điều trị bằng tế bào gốc đang là xu hướng của y học hiện đại giúp hạn chế tối đa các biến chứng cho người bệnh
Bệnh đã và đang được điều trị bằng tế bào gốc bao gồm:
Rheumatoid viêm khớp
Bệnh Parkinson
Bệnh Alzheimer
Viêm xương khớp
Tai biến mạch máu não và chấn thương sọ não
Khuyết tật do rối loạn bẩm sinh
Tổn thương tủy sống
Nhồi máu cơ tim
Điều trị chống ung thư
Hói
Thay thế răng bị mất
Hạn chế thính giác
Phục hồi thị lực và sửa chữa hư hỏng cho giác mạc
Xơ cứng động mạch
Bệnh Crohn
Điều trị vết thương
Sự vô sinh do thiếu tế bào gốc tinh trùng
Nghiên cứu đang được tiến hành để phát triển các nguồn khác nhau cho tế bào gốc, và áp dụng các phương pháp điều trị tế bào gốc cho các bệnh và điều kiện thoái hoá thần kinh, tiểu đường, bệnh tim và các điều kiện khác. Nghiên cứu cũng đang được tiến hành trong việc tạo ra các organoids bằng việc sử dụng các tế bào gốc, điều này sẽ giúp hiểu rõ hơn về sự phát triển của con người, sự hình thành cơ thể và mô hình hóa các bệnh của con người.
Trong những năm gần đây, sự phát triển của hoa học đã thành công trong việc cô lập và tạo ra các tế bào gốc phôi thai, cũng như việc tạo ra các tế bào gốc bằng cách chuyển nhân tế bào soma hay các kỹ thuật tạo ra các tế bào gốc iPS.
Nhiễm độc gan và tổn thương gan gây ra do thuốc là nguyên nhân chiếm số lượng đáng kể trong các thất bại của việc thử nghiệm thuốc mới. Điều này làm nổi bật sự cần thiết của việc sử dụng tế bào gốc để biệt hoá thành các tế bào gan có khả năng phát hiện độc tính sớm trong quá trình phát triển thuốc.