Công nghệ tế bào gốc

Slide 1 CÔNG NGHỆ TẾ BÀO GỐC Học viên thực hiện Giảng viên hướng dẫn PGS TS Trần Quốc Dung 1 MỞ ĐẦU Mọi mô và cơ quan trong cơ thể được tạo thành từ nhiều loại tế bào khác nhau Chính vì vậy mà không t.

CÔNG NGHỆ TẾ BÀO GỐC

Học viên thực hiện Giảng viên hướng dẫn:

PGS TS Trần Quốc Dung

nghĩa là chúng hãy còn chưa biệt hóa Các tế bào này là tế bào gốc

Tế bào gốc là những tế bào nguyên thủy phổ biến đối với tất cả các cơ thể đa bào Chúng có khả năng tự làm mới lại thông qua sự phân bào

và có thể được biệt hóa thành nhiều loại tế bào đặc trưng

I Khái quát về tế bào gốc

II Qúa trình phân chia và biệt hóa tế bào gốc

III Công nghệ tế bào gốc

IV Ứng dụng tế bào gốc

NỘI DUNG

1.1 Khái niệm về tế bào gốc

I KHÁI QUÁT VỀ TẾ BÀO GỐC

Tế bào gốc là các tế bào chưa biệt hóa, có thể tự tái tạo

và phân chia nhiều lần Trong những điều kiện sinh lý nhất định, tế bào gốc có thể biệt hóa thành các tế bào có chức năng chuyên biệt như tế bào cơ tim, tế bào tuyến tụy, tế bào da, tế bào máu, tế bào thần kinh…

1.2 Lược sử nghiên cứu

- 1960s - Joseph Altman và Gopal Das đưa ra bằng chứng khoa học về sự

di truyền tế bào thần kinh ở cơ thể trưởng thành, xảy ra hoạt động của các

tế bào gốc ở não bộ

- 1963 - McCulloch và Till chứng minh sự có mặt của những tế bào có

khả năng tự đổi mới ở tủy xương chuột

- 1978 – Các tế bào gốc máu được tìm thấy ở người

1981 – Martin Evans, Matthew Kaufman, và Gail R Martin nuôi cấy

khối tế bào nội tại ở chuột và hình thành nên tế bào gốc phôi và hình

thành thuật ngữ “tế bào gốc phôi- Embryonic Stem Cell".

1998 - Tế bào gốc phôi ở người được tách và nuôi cấy tạo dòng tại

trường đại học Wisconsin-Madison

2005 – Phát hiện nhóm tế bào gốc thứ ba có trên dây rốn máu có nguồn

gốc từ các tế bào gốc giống như phôi (CBEs), nguồn gốc từ dây rốn

- Tháng 1/ 2007 – Phát hiện tế bào gốc mới ở màng ối

Tháng 1/ 2008 – Các dòng tế bào gốc phôi người được tạo ra

mà không cần phải phá huỷ phôi

Tháng 1/ 2008 – Phát triển túi phôi người thành dòng sau khi

chuyển nhân của tế bào dinh dưỡng với nguyên bào trưởng thành

Tháng 2/ 2008 - Tạo dòng tế bào gốc vạn năng từ gan, dạ dày

của chuột trưởng thành: các tế bào iPS gần giống với tế bào gốc phôi và không có sự di truyền khối u

1.3.Đặc điểm của tế bào gốc

Tế bào gốc là tế bào không chuyên hóa

- Tế bào gốc không chứa một cấu trúc mô đặc biệt nào nên nó cũng không thực hiện một chức năng chuyên hóa nào

- Một tế bào gốc không thể phối hợp với các tế bào gốc xung quanh nó bơm máu đi khắp cơ thể (giống như tế

bào cơ tim) và không thể mang oxy (như tế bào hồng cầu)

Tuy nhiên, các tế bào gốc không chuyên dụng này lại có thể

biến đổi thành các tế bào chuyên dụng như tế bào cơ tim, tế bào máu, tế bào não

Tế bào gốc có thể tự phân chia và tái tạo trong thời gian dài

Không giống như tế bào cơ, tế bào máu hay tế bào não - không thể tự tái tạo, tế bào gốc có thể tự tái tạo và tái tạo nhiều lần

Trong các phòng thí nghiệm, một lượng tế bào gốc tương đối có

thể tái tạo thành hàng triệu tế bào gốc khác trong thời gian vài tháng

Tế bào gốc có thể biến đổi thành tế bào chuyên hóa

Khi tế bào gốc không chuyên hóa tạo ra tế bào chuyên hóa thì được gọi là sự biệt hóa

+ Các tín hiệu bên trong được kiểm soát bởi gen của tế bào nằm trên các sợi AND dài và mã hóa cho tất cả cấu trúc và chức năng của tế bào

+ Các tín hiệu bên ngoài điều khiển sự biệt hóa bao gồm các chất hóa học được tiết ra từ các tế bào khác, sự tiếp xúc vật lý với các tế bào bên cạnh và các phân tử nhất định trong vi mô trường

1.4 Vai trò của tế bào gốc đối với sự sống của con người

Tế bào gốc là tế bào nền móng của tất cả các tế bào, mô

và cơ quan trong cơ thể Về cơ bản, mọi tế bào trong cơ thể người đều có nguồn gốc từ trứng đã thụ tinh (còn được gọi là hợp tử) – chính là sự kết hợp giữa tinh trùng và trứng

Nhưng cơ thể chúng ta có đến hơn 200 loại tế bào khác nhau, chứ không phải chỉ một loại duy nhất Tất cả những loại

tế bào này đều hình thành từ một vốn tế bào gốc ở giai đoạn phát triển sớm nhất của phôi Trong giai đoạn này, cũng như giai đoạn phát triển sau đó, các loại tế bào gốc đã hình thành nên tế bào chuyên biệt hay biệt hóa để rồi thực hiện các chức năng cụ thể trong cơ thể người; ví dụ như tế bào da, tế bào máu, tế bào cơ và tế bào thần kinh

1.5 Phân loại tế bào gốc

Xét về khả năng biệt hoá, các tế bào gốc có một trong các khả

năng sau

-Tế bào gốc toàn năng (totipotent) : được tạo ra từ sự

dung hợp tế bào của một tế bào trứng và tinh trùng Các

tế bào sinh ra bởi một vài lần phân chia đầu tiên đầu tiên

của trứng đã thụ tinh cũng là tế bào gốc toàn năng

-Tế bào gốc vạn năng (pluripotent stem cells): có thể

biệt hóa thành bất kỳ loại tế bào nào có nguồn gốc từ ba

lớp mầm phôi: lá phôi trong, lá phôi giữa và lá phôi

ngoài Ba lớp mầm này là nguồn phôi của tất cả các tế

bào của cơ thẻ Tất cả các loại tế bào đặc trưng khác nhau

tạo nên cơ thể đều có nguồn gốc từ một trong ba lớp

mầm này

-Tế bào gốc đa năng (multipotent stem cells): có khả năng biệt hóa thành

nhiều loại tế bào khác, có thể tạo ra một họ tế bào tương đối gần gũi (vd: các

tế bào gốc tạo máu biệt hóa thành hồng cầu, bạch cầu, tiểu câu,…) Tế bào gốc đa năng có nguồn gốc từ cơ thể trưởng thành

-Tế bào gốc vài tiền năng: là các tế bào gốc có khả năng tạo ra hai hoặc vài

tế bào gốc trưởng thành trong mô tế bào (vd: tế bào gốc dạng lympho, tế bào gốc dạng tủy,…)

- Tế bào gốc bốn tiềm năng: là các tế bào gốc có khả năng tạo ra bốn loại tế

bào khác nhau (vd: tế bào tiền thân trung mô biệt hóa thành tế bào sụn, tế bào mỡ tế bào mô đệm, tế bào xương)

-Tế bào gốc ba tiềm năng: là tế bào gốc có khả năng tạo ta ba loại tế bào

khác nhau (vd: tế bào tiền thể giới hạn mô thần kinh đệm biệt hóa thành ha loại tế bào hình sao và tế bào ít nhánh)

-Tế bào gốc hai tiềm năng: là tế bào gốc có khả năng tạo ra hai loại tế bào

khác nhau (vd: tế bào tiền thân hai tiềm năng từ gan thai chuột biệt hóa thành

tế bào lympho B và đại thực bào.

-Tế bào gốc một tiềm năng: là các tế bào gốc chỉ có thể tạo ra một loại tế

bào có đặc tính tự làm mới

Xếp loại theo nguồn gốc phân lập

-Tế bào gốc phôi (Embryonic stem cells-ESCs)

-Tế bào mầm phôi (Embryonic germ cells)

-Tế bào gốc trưởng thành (Adult stem cells/Somatic stem cells)

- Tế bào carcinoma phôi

II Quá trình phân chia và biệt hóa tế bào gốc

Các tế bào gốc có thể phân chia hay có khả năng tự đổi mới bản thân, cho phép chúng tạo ra một loạt các loại tế bào từ các cơ quan hay thậm chí toàn bộ cơ quan

Hai con đường để tái sinh và biệt hoá

- Trực tiếp tạo ra tế bào biệt hoá bằng cách phân chia bất đối

xứng

- Tạo ra nhiều quần thể tế bào và dưới tác động của các dấu

hiệu

Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình biệt hoá

+ Các gene bên trong mỗi tế bào

+ Các chất hoá học được giải phóng bởi các tế bào xung quanh

hay do sự tương tác với tế bào khác…

Tế bào gốc thần kinh

Tế bào thần kinh

Tế bào gốc thần kinh

Tế bào thần kinh

Tế bào gốc thần kinh phân chia bất đối xứng: một dòng biệt hoá còn dòng kia vẫn là tế bào gốc thần kinh

Sự biệt hóa thành các loại tế bào khác nhau từ tế bào gốc

Sự sinh trưởng của tế bào trong phòng thí nghiệm là sự nuôi cấy Tế bào gốc phôi người được tạo ra bằng cách chuyển tế bào từ một phôi giai đoạn tiền nuôi cấy vào trong một đĩa plastic chứa môi trường nuôi cấy Các tế bào phân chia và trải rộng trên bề mặt đĩa Bề mặt trong của đĩa nuôi cấy được phủ bằng lớp tế bào da phôi chuột đã được xử

lý làm cho chúng không phân chia Lớp tế bào phủ này là lớp nuôi dưỡng Các tế bào chuột ở đáy đĩa nuôi cấy cung cấp cho tế bào bề mặt kết dính để chúng có thế gắn vào

- Nếu lớp màng nuôi cấy (feeder layer) bị lấy đi, các ESC có cơ hội tập

hợp lại thành cụm theo không gian 3 chiều (embryoid bodies), chúng

sẽ tự động thực hiện quá trình biệt hóa

Để điều khiển được quá trình biệt hóa của các ESC, các nhà khoa học phải thực hiện các biện pháp: thay đổi các chất hóa học trong môi trường nuôi cấy, thay đổi bề mặt nuôi cấy, sửa đổi tế bào bằng cách chèn các gen đặc biệt vào

Sự phát triển của ECS trong môi trường in vitro

3.2 TẾ BÀO MẦM PHÔI - EMBRYONIC GERM CELLS (EGC)

-Tế bào mầm phôi có nguồn gốc từ tế bào mầm nguyên thủy (PGC,

primordial gẻm cell) Chúng được phân lập từ rãnh sinh dục và trung mô của mô thai

- Tế bào mầm có nguồn gốc từ nhiều loại tế bào, tùy theo từng giai đoạn của thai kỳ Loại thứ nhất, tế bào mầm từ phôi thai, mạnh tuyệt đối với khả năng sinh ra mọi thứ tế bào khác Loại thứ hai đa năng có thể sinh

ra một số mô bào Loại thứ ba đã trưởng thành, đã được phân loại và chỉ cho một thứ mô bào nhất định

- Tế bào mầm có nguồn gốc từ mào sinh dục (vị trí là tiền thân của

cơ quan sinh dục sau này) của phôi phát triển 8 tuần tuổi Tế bào

mầm về sau sẽ tạo thành giao tử trong cơ thể trưởng thành

- Tế bào mầm thực chất là tế bào gốc vạn năng có thể tạo thành dẫn

xuất của 3 lá phôi trong môi trường nuôi cấy Từ đó tạo ra hầu hết

các loại tế bào trong cơ thể

- Tế bào gốc trưởng thành hiện diện ở các mô với một lượng rất

ít Hiện nay theo các nhà khoa học, các mô của cơ thể người trưởng thành có chứa các tế bào gốc bao gồm: não, tủy xương, mạch máu, gan, cơ xương, da và thận

- Vai trò cơ bản của các tế bào gốc trưởng thành là bảo dưỡng

và sửa chữa các mô, cơ quan mà chúng hiện diện ở đó bằng cách tạo ra các tế bào thay thế những vùng bị phá hủy hay thương tổn Chẳng hạn như: các tế bào gốc máu (Hematopoietic stem cells) tạo ra tế bào hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu ; các tế bào gốc da tạo ra các tế bào da, tế bào gốc thần kinh tạo ra tế bào thần kinh, tế bào gốc ruột tạo tế bào

ruột

Tế bào gốc trưởng thành có thể được phục hồi bởi các mô lấy từ bệnh nhân, nuôi dưỡng trong các đĩa 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 lĩnh vực khoa học, luân lý và chính tri

3.4 TẾ BÀO CARCINOMA PHÔI (EC, embryonal carcinoma)

- Tế bào carcinoma phôi là tế bào gốc của u quái được sinh ra

từ các tế bào mần chuyển dạng Chúng là các bản sao ác tính của tế bào gốc phôi

- Tế bào EC là tế bào đa năng , có khả năng tự làm mới lại

cũng như biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau

 Cơ sở của liệu pháp tế bào

 Tái tạo mô cơ-xương qua thủ thuật ghép các tế bào gốc phôi trung bì hay các bệnh về xương, sụn trong chấn thương chỉnh hình

 Tái tạo da cho bệnh nhân bị bỏng

Nuôi cấy mô, cơ quan bị hư hỏng, hạn chế hiện tượng loại thải.

Sử dụng trong thẫm mỹ

IV ỨNG DỤNG TẾ BÀO GỐC

4.1 Các hướng ứng dụng

TheraVitae đã nổi lên như là trung tâm “đầu ngành” trị

liệu bệnh tim bằng kỹ thuật tế bào gốc, đã đăng ký sở hữu

với tên gọi là kỹ thuật VesCell™ Tháng 5-2005, bác sĩ

Amit Patel (của Trung tâm y khoa tái tạo gen, Đại học

Pittsburgh, Mỹ) đã lần đầu tiên cấy tế bào gốc ngay vào

tim bệnh nhân theo phương pháp này Phương pháp

VesCell™ như sau:

1/ Trích lấy tế bào từ máu bệnh nhân

- Bệnh tim mạch:

Các bệnh về tim mạch là nguyên nhân dẫn đến cái chết của hơn

17 triệu người trên thế giới mỗi năm Một tỉ lệ lớn trong số đó

có liên quan tới các hỏng hóc của mô cơ tim gây ra chứng suy tim và nhồi máu cơ tim

3/ Đưa vào tim bệnh nhân các tiền tế bào Một khi được cấy lại vào tim, các tiền tế bào này sẽ tạo ra những thay đổi trong các tế bào của động mạch và các tế bào cơ tim,

phục hồi cơ tim và tế bào động mạch Trong vòng một tháng, bệnh nhân sẽ cảm thấy tim “yên ổn”, ít đau thắt ngực hơn

4/ Phương pháp này ít “xâm lấn” tức ít “đụng chạm dao kéo” như phương pháp mổ bắc cầu mà mỗi lần lên bàn mổ đều có một tỉ lệ bất trắc nhất định Cũng không “xâm lấn” gây đau đớn như phương pháp cấy tế bào tủy sống (nguồn: www.theravitae.com)

2/ Do lượng tế bào gốc “hữu dụng của bệnh nhân rất ít nên

sẽ chọn lọc những tế bào “khả dụng”, rồi nuôi trong một môi trường thích hợp, biến chúng thành hàng triệu tiền tế bào mạch máu (ACP) có khả năng biệt hóa (thành một loại tế bào như tế bào da, gan, tim, phổi và chỉ tạo ra đúng loại tế bào ấy mà thôi) Quá trình nuôi tế bào này kéo dài khoảng một tuần

- Bệnh Parkinson:

Bệnh Parkinson hay còn gọi là bệnh liệt rung là căn bệnh được gây ra bởi sự suy thoái chức năng thần kinh Nguyên nhân chính của bệnh là do hơn 80% các neuron có nhiệm vụ sản xuất chất truyền tín hiệu (dopamine) giữa các phần của não bị chết Biểu hiện của những người bệnh Parkinson là bị rung tay chân và cuối cùng là bị liệt

Yasushi Takagi và cộng sự thuộc ĐH Kyoto đã sử dụng

hoá chất để làm khỉ mắc một chứng bệnh tương tự như

Parkinson Tiếp đến, họ trích tế bào gốc từ phôi khỉ và biến

chúng thành tế bào thần kinh Sau đó, họ cấy tế bào thần kinh vào não của khỉ mắc bệnh Kết quả cho thấy, các triệu chứng của bệnh Parkinson thuyên giảm hẳn Khi mổ sọ khỉ, nhóm

nghiên cứu phát hiện các tế bào cấy ghép đã phát triển trong não của chúng

Bệnh tiểu đường: Bệnh tiểu đường là nỗi phiền muộn của 120

triệu người trên thế giới, và theo thống kê của tổ chức y tế thế giới WHO số người mắc bệnh tiểu đường sẽ lên đến 350 triệu người vào năm 2025

- Trong các dạng bệnh tiểu đường, loại I là gây nguy hiểm hơn cả Tiểu đường loại I gây ra do hệ thống miễn dịch của chính người bệnh phá hủy tế bào beta có chức năng sản xuất insuline của tuyến tụy

- Nhiều nghiên cứu đã cho thấy rằng có thể sử dụng các tế bào gốc trưởng thành để tạo tế bào beta và cuối cùng có thể sử dụng chúng

để cấy vào tụy của người bệnh Một báo cáo gần đây cho thấy các

tế bào gốc trưởng thành từ tuyến tụy của chuột có thể tạo thành các

tế bào đảo tụy và cả tế bào thần kinh Ngoài ra, các tế bào gốc ở gan có thể tạo thành insulin Những nghiên cứu trên đã đem lại hi vọng trong việc chữa trị bệnh tiểu đường bằng liệu pháp tế bào

Nhân bản trị liệu (therapeutic

cloning):

Nhân bản trị liệu là một chiến

lược điều trị bằng tế bào gốc

Nhân bản trị liệu kết hợp các

biện pháp thay thế nhân tế bào

(nhằm tạo ra các tế bào gốc

người “cá thể hóa”), nuôi cấy và

làm biệt hóa các tế bào gốc

người này và sử dụng chúng vào

Tạo tinh trùng từ tế bào gốc

Các nhà khoa học thuộc ĐH Khoa học tự nhiên

TP HCM đã thành công trong việc nuôi cấy tế bào

mầm tinh trùng của chuột thành tinh trùng mở ra triển vọng điều trị vô sinh ở nam giới

Qua nhiều lần thử nghiệm kéo dài trong thời gian

hơn hai năm, các nhà khoa học đã thành công khi tìm

được một số hóa chất quan trọng có tác động tích cực

đến quá trình biệt hóa của tế bào mầm thành tinh

trùng, trong đó có hormone FSH và testosteron

Khi nuôi cấy trong môi trường đặc biệt của phòng thí nghiệm, tỉ lệ thành công đạt cao nhất 46,33%, nghĩa

là cứ lấy 100 tế bào mầm cho nuôi cấy và biệt hóa thì sẽ thu được khoảng 46 tế bào tinh trùng Theo các thành viên tham gia nghiên cứu, tỷ lệ này là khá cao trong hỗ trợ sinh sản, có thể thụ tinh với trứng để phát triển thành phôi trong ống nghiệm

Nghiên cứu sản xuất da nuôi bằng tế bào gốc

Các bác sĩ tại bệnh viện Concord ở Sydney, Australia đang nghiên cứu các biện pháp giúp bệnh nhân bị bỏng bằng cách tạo lớp da thay thế trong phòng thí nghiệm, với hy vọng có thể tạo ra một bước ngoặt trong việc điều trị cho các nạn nhân bỏng

Hội Bỏng Sydney hy vọng có thể tạo một loại da dầy thay thế giúp người bị bỏng cảm nhận và cử động được

Giáo sư Peter Maitz, người đứng đầu dự án, cho biết: "Khái niệm cơ bản là tạo ra một cơ chế giống như một

miếng xốp và hút nước, gọi là một lớp nền, thường nằm trong lớp biểu bì sâu dưới da người Cơ chế giống như

miếng bọt biển đó sẽ được gieo giống bằng chính các tế bào của người bệnh."