Tiểu luận SINH SẢN VÀ PHÁT TRIỂN CÁ THỂ ĐỘNG VẬT TẾ BÀO GỐC MỘT SỐ ĐẶC TÍNH VÀ ỨNG DỤNG

Đa phần các tế bào đó đãchuyên hóa về mặt chức năng hoàn toàn không phân chia, ví dụ như tế bào thần kinh.Tuy nhiên vẫn có các tế bào chưa biệt hóa, có thể tự tái tạo và phân chia và đặc

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

- -TIỂU LUẬNSINH SẢN VÀ PHÁT TRIỂN

CÁ THỂ ĐỘNG VẬT

Tên đề tài:

TẾ BÀO GỐC MỘT SỐ ĐẶC TÍNH VÀ ỨNG DỤNG

-CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

MỤC LỤC

A – ĐẶT VẤN ĐỀ

Từ một tế bào hợp tử ban đầu sau khi tinh trùng kết hợp với trứng, đến cơ thểtrưởng thành của chúng ta hiện có khoảng 60 ngàn tỉ tế bào Đa phần các tế bào đó đãchuyên hóa về mặt chức năng hoàn toàn không phân chia, ví dụ như tế bào thần kinh.Tuy nhiên vẫn có các tế bào chưa biệt hóa, có thể tự tái tạo và phân chia và đặc biệt cóthể biệt hóa thành các tế bào có chức năng chuyên biệt như tế bào cơ tim, tế bào bào da,

tế bào máu… đó chính là các tế bào gốc Hiện nay, tế bào gốc và công nghệ tế bào gốc

đã và đang mang lại những thành tựu to lớn cho cuộc sống con người đặc biệt trong lĩnhvực y học, Vậy tế bào gốc là gì, đặc tính của nó như thế nào và những ứng dụng mà nómang lại cho con người ra sao, đó chính là nội dung của bài tiểu luận dưới đây

B – NỘI DUNG

I Lịch sử nghiên cứu tế bào gốc:

- 1908: thuật ngữ tế bào gốc được sử dụng trong khoa học bởi AlexanderMaksimov

- 1960’: Joseph Altman và Gopal Das đã đưa ra bằng chứng khoa học về sự hìnhthành thần kinh trưởng thành đang xảy ra ở hoặc động tế bào gốc trong não

- 1963: McCulloch và Till đã chứng minh sự có mặt của các tế bào tự làm mới lạitrong tủy xương chuột

- 1978: tế bào gốc tạo máu đã được phát hiện ở máu cuống rốn người

- 1981: Gail Martin đã đề xuất thuật ngữ “tế bào gốc phôi”

- 1992: tế bào gốc thần kinh được nuôi cấy in vitro

- 1997: bệnh bạch cầu được phát hiện bắt nguồn từ một tế bào gốc tạo máu, bằngchứng trực tiếp đầu tiên cho các tế bào gốc ung thư

- 1998: Jame Thomson thu nhận được dòng tế bào gốc phôi người đầu tiên ởtrường Đại học Wiscosin-Madison

- 2001: các nhà khoa học ở Advance Cell Technology đã tạo dòng phôi ngườisớm đầu tiên với mục đích tạo ra tế bào gốc phôi

- 2003: Songtao Shi khám phá nguồn tế bào gốc trưởng thành mới ở răng nguyênthủy của trẻ em

- 2005: các nhà khoa học ở trường Đại học Kingston ở Anh đã khám phá ra loại

tế bào gốc giống phôi có nguồn gốc từ máu cuống rốn

- 10/2006: các nhà khoa học ở trường Đại học Newcastle ở Anh đã tạo ra tế bàogan nhân tạo đầu tiên từ tế bào gốc máu dây rốn

- 10/2007: giải thưởng Nobel Sinh lý học đã được trao cho công trình nghiên cứuchuyển gen và tế bào gốc phôi chuột tạo thành chuột chuyển gen để nghiên cứu về gencủa Mario Capecchi, Martin Evans và Oliver Smithies

- 1/2008: các dòng tế bào gốc phôi người được tạo nên mà không phải phá hủyphôi

- 2/2008: tạo ra tế bào gốc đa năng pluri từ gan và dạ dày chuột trưởng thành

- 3/2008: lần đầu tiên công bố kết quả nghiên cứu sự tái tạo sụn ở đầu gối ngườithành công sử dụng các tế bào gốc trung mô trưởng thành cùng nguồn

II Khái niệm:

Tế bào gốc là các tế bào chưa biệt hóa, có thể tự tái tạo (self renew) và phân chianhiều lần Trong những điều kiện sinh lý/thực nghiệm nhất định, tế bào gốc có thể cảmứng biệt hóa thành các tế bào có chức năng chuyên biệt như tế bào cơ tim, tế bào tuyếntụy, tế bào bào da, tế bào máu, tế bào thần kinh…

III Phân loại tế bào gốc:

1 Phân loại theo đặc tính hay mức độ biệt hoá:

Theo mức độ biệt hóa, có thể xếp tế bào gốc thành các loại chủ yếu sau: tế bàogốc toàn năng (tế bào gốc nguyên thủy), tế bào gốc vạn năng (tế bào gốc tổng năng), tếbào gốc đa năng và tế bào gốc đơn năng Ngoài ra, bên cạnh những loại tế bào gốc trêncòn có những loại khác như tế bào gốc 2, 3, 4, tiềm năng

1.1 Tế bào gốc toàn năng (totipotent stem cells):

Là những tế bào có khả năng biệt hóa thành tất cả các loại tế bào cơ thể từ một tế bàoban đầu Tế bào toàn năng có khả năng phát triển thành thai nhi, tạo nên một cơ thể sinh vậthoàn chỉnh Trứng đã thụ tinh (hợp tử) và các tế bào được sinh ra từ những lần phân chia đầutiên của tế bào trứng đã thụ tinh (giai đoạn 2 - 4 tế bào – các blastosomer) là các tế bào gốctoàn năng, có khả năng phân chia và biệt hóa ra tất cả các dòng tế bào để tạo nên một cơ thểsinh vật hoàn chỉnh

1.2 Tế bào gốc vạn năng (pluripotent stem cells):

Là những tế bào có khả năng biệt hóa thành tất cả các tế bào của cơ thể có nguồngốc từ ba lá mầm phôi – lá trong, lá giữa và lá ngoài Ba lá mầm phôi này là nguồn gốccủa tất cả các loại tế bào chuyên biệt khác nhau của cơ thể Khác với tế bào gốc toànnăng, các tế bào gốc vạn năng không thể phát triển thành thai, không tạo nên được một

cơ thể sinh vật hoàn chỉnh mà chỉ có thể tạo nên được các tế bào, mô nhất định Các tếbào gốc phôi lấy từ khối tế bào bên trong (inner cell mass) là những tế bào gốc vạnnăng

1.3 Tế bào gốc đa năng (multipotent stem cells):

Là những tế bào có khả năng biệt hóa thành nhiều loại tế bào của cơ thể từ một tếbào ban đầu Các tế bào được tạo thành nằm trong một hệ tế bào có liên quan mật thiết,

ví dụ chỉ tạo nên các tế bào máu (bao gồm hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu lympho…), hoặcchỉ tạo nên các tế bào của hệ thống thần kinh Thường thì các tế bào gốc trưởng thành

như tế bào gốc tạo máu, tế bào gốc thần kinh chỉ có tính đa năng; nhưng trong nhữngđiều kiện nhất định, chúng vẫn có thể chuyển biệt hóa và trở nên có tính vạn năng.

Hình 1 Tế bào gốc toàn năng, vạn năng và đa năng.

1.4 Tế bào gốc đơn năng (mono/unipotential progenitor cells):

Tế bào gốc đơn năng, còn gọi là tế bào định hướng đơn dòng hay tế bào đầu dòng(progenitor cells), là những tế bào gốc chỉ có khả năng biệt hóa theo một dòng Ví dụmẫu tiểu cầu, tế bào định hướng dòng lympho, tế bào định hướng dòng hồng cầu, dòngbạch cầu Trong điều kiện bình thường, các tế bào gốc trưởng thành trong nhiều tổchức đã biệt hóa có tính đơn năng và có thể biệt hóa thành chỉ một dòng tế bào Khảnăng biệt hóa theo dòng này cho phép duy trì trạng thái sẵn sàng tự tái tạo mô, thay thếcác tế bào mô chết vì già cỗi bằng các tế bào mô mới

- Tế bào gốc một tiềm năng (unipotent): là những tế bào gốc chỉ có khả năng tạo

ra một loại tế bào

2 Xếp loại theo nguồn gốc phân lập:

Theo nguồn gốc phân lập, có thể xếp tế bào gốc thành 3 loại chủ yếu sau: tế bàogốc phôi (trong đó là tế bào gốc phôi thực thụ và tế bào mầm phôi), tế bào gốc thai và tếbào gốc trưởng thành

2.1 Tế bào gốc phôi ( Embryonic stem cells - ESCs) và tế bào mầm phôi (Embryonic germ cells - EGCs):

* Khái niệm:

Tế bào gốc phôi là các tế bào gốc vạn năng (pluri) được lấy từ phôi giai đoạn sớm (4

- 7 ngày tuổi) Ở giai đoạn này phôi có hình cầu và được gọi là phôi nang (blastocyst).Blastocyst có cấu trúc gồm 3 thành phần: Một lớp tế bào bên ngoài (trophoblast), mộtkhoang chứa đầy dịch và một nhóm có khoảng 30 tế bào vạn năng nằm lệch về một cực gọi

là khối tế bào bên trong (inner cell mass) Dùng một loại enzyme đặc biệt để phân tách các

tế bào của khối này sẽ thu được các tế bào gốc phôi (Vẽ hình lên bảng)

Tế bào mầm phôi là các tế bào mầm nguyên thủy có tính vạn năng Đó là các tếbào sẽ hình thành nên giao tử (trứng và tinh trùng) ở người trưởng thành Các tế bàomầm nguyên thủy này được phân lập từ phôi 5-9 tuần tuổi hoặc từ thai nhi So với tếbào gốc phôi, các tế bào mầm phôi khó duy trì dài hạn hơn trong nuôi cấy nhân tạo dochúng ở giai đoạn biệt hóa cao hơn

*

Sự sinh trưởng của tế bào gốc phôi trong phòng thí nghiệm:

- Sự sinh trưởng của tế bào gốc phôi trong phòng thí nghiệm là sự nuôi cấy Tếbào gốc phôi được tạo ra bằng cách chuyển tế bào từ một phôi giai đoạn tiền nuôi cấyvào trong một đĩa chứa môi trường nuôi cấy và tiến hành nuôi cấy

- Tế bào gốc phôi đã tăng sinh trong nuôi cấy tế bào sáu tháng hoặc nhiều hơn

mà không biệt hóa gọi là tế bào gốc vạn năng và bình thường về mặt di truyền được gọi

là dòng tế bào gốc phôi

*

Sự kích thích biệt hóa tế bào gốc phôi:

- Khi tế bào gốc phôi được nuôi cấy sinh trưởng dưới các điều kiện thích hợp thìchúng có thể duy trì không biệt hóa, nhưng nếu các tế bào kết thành khối với nhau tạothành các thể phôi (embryoid body) thì chúng bắt đầu biệt hóa một cách tự sinh

- Sự biệt hóa tự sinh là không được kiểm soát, vì thế nuôi cấy các tế bào đặctrưng là không có hiệu quả Để nuôi cấy các loại tế bào đã biệt hóa đặc trưng, các nhàkhoa học cố gắng kiểm soát sự biệt hóa của các tế bào gốc phôi bằng cách thay đổithành phần hóa học của môi trường nuôi cấy, bề mặt đĩa nuôi cấy, chuyển các gen đặctrưng vào tế bào gốc phôi

2.2 Tế bào gốc thai (Foetal stem cells):

Là các tế bào vạn năng hoặc đa năng được phân lập từ tổ chức thai sau nạo pháthai hoặc từ máu cuống rốn sau khi sinh Nhiều người cho rằng, tế bào gốc thai thuộcloại tế bào gốc trưởng thành ở giai đoạn biệt hóa thấp

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

* Khái niệm::

Còn gọi là tế bào gốc thân Là các tế bào chưa biệt hóa được tìm thấy với một sốlượng ít trong các mô của người trưởng thành (máu ngoại vi, mô não, mô da, mô cơ…).Tuy nhiên, cũng có thể tìm thấy ở trẻ em, thai nhi và có thể tách chiết từ máu cuống rốn.Trong cơ thể, vai trò chủ yếu của các tế bào gốc trưởng thành là duy trì và sửa chữa tổchức mà ở đó chúng được tìm ra

Bình thường, các tế bào gốc trưởng thành được cho là có tính đa năng, chúng cóthể phát triển thành nhóm các tế bào có quan hệ mật thiết với nhau trong cùng một tổchức Ví dụ tế bào gốc tạo máu có khả năng hình thành nên tất cả các loại tế bào máukhác nhau bao gồm hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu, lympho… Tuy nhiên, các bằng chứnggần đây cho thấy một số loại tế bào gốc trưởng thành còn có thể có tính vạn năng, hoặc

ít nhất có khả năng biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau (tức là có tính mềm dẻo –plasticity (giải thích tính mềm dẻo cho mọi người))

*

Chức năng: duy trì và sửa chữa mô mà chúng tồn tại trong đó Các nhà khoa

học đang cố gắng sử dụng tế bào gốc trưởng thành để tạo ra các loại tế bào đặc hiệu sửdụng để điều trị các tổn thương và bệnh tật như là: thay thế các tế bào tạo dopaminetrong não của bệnh nhân Parkinson,phát triển các tế bào sản xuất insulin cho bệnh nhântiểu đường, sửa chữa cơ tim tổn thương

*

Nhận dạng tế bào gốc trưởng thành: có 3 phương pháp để nhận dạng và

kiểm tra tế bào gốc trưởng thành

- Đánh dấu các tế bào trong mô sống bằng các marker phân tử và sau đó xác địnhcác loại tế bào đặc hiệu mà chúng tạo ra

- Thu nhận các tế bào này từ cơ thể động vật sống, đánh dấu chúng trong nuôicấy tế bào và cấy chuyển chúng trở lại động vật khác để xác định xem các tế bào này cótái cư trú ở mô gốc của chúng hay không.

- Phân lập các tế bào này, cho chúng sinh trưởng trong môi trường nuôi cấy và xửlý chúng, thường là bổ sung các nhân tố sinh trưởng hoặc chuyển gen mới vào để xácđịnh các loại tế bào nào đã biệt hóa

*

Khả năng biệt hóa của tế bào gốc trưởng thành: Tế bào gốc trưởng thành đi

vào con đường biệt hóa bình thường để hình thành các loại tế bào đặc trưng của mô mà

nó đang cư trú, ngoài ra, nó có thể biểu hiện khả năng tạo thành các loại tế bào đặc trưngcủa các mô khác gọi là sự chuyển biệt hóa hoặc tính linh hoạt

2.4 Mốt số loại tế bào gốc khác:

Tế bào carcinoma phôi (Tế bào EC)

- Là tế bào gốc của u quái được sinh ra từ các tế bào mầm chuyển dạng

- Chúng là các bản sao ác tính của tế bào gốc phôi

- Là các tế bào vạn năng, có khả năng tự làm mới lại cũng như biệt hóa thànhnhiều loại tế bào khác nhau

- Vào năm 1964, Kliensmith đã cung cấp bằng chứng đầu tiên chứng minh tế bào

EC là các tế bào gốc ác tính có mặt ở các khối u tế bào mầm tạo ra mô biệt hóa trong uquái Việc cấy ghép một tế bào EC đơn lẻ vào một vật chủ thích hợp là đủ để tạo ra một

u quái mới bao gồm nhiều loại tế bào biệt hóa

- Tế bào gốc ES và EC người nuôi cấy có thể biệt hóa tự khi sinh trưởng trongcác điều kiện gần tối ưu

IV Nguồn lấy tế bào gốc:

1 Tế bào gốc phôi:

- Tế bào gốc phôi được lấy từ những tế bào trong của phôi nang

+ Những phôi tạo nên từ kỹ thuật thụ tinh trong ống nghiệm

+ Những phôi nhân bản tạo nên bằng cách tách phôi nang trong giai đoạn phôi(2 – 4 Tế BÀO) ỏ bằng phân chia blastocyst

+ Các phôi nhân bản vô tính tạo nên bằng kt nhân bản tế bào thân

2 Tế bào mầm phôi và tế bào gốc thai:

Tế bào mầm phôi và tế bào gốc thai được lấy từ động vật ỏ thai nhi bị nạo bỏ Với thai

ng nạo bỏ, thường chỉ lấy ở thai nhi dưới 6 tuần tuổi (thai sớm, mức độ bh chưa cao) Tổ chức

mầm sinh dục thai là nới lấy tế bào mầm phôi, nh tổ chức khác của thai (não, gan) là nơi lấy

tế bào gốc thai

3 Nguồn lấy tế bào gốc trưởng thành:

Thường lấy từ các tổ chức trưởng thành như: máu cuống rốn, trung mô cuốngrốn, tủy xương, máu ngoại vi, nang lông, tổ chức não…

Hình 2 Các nguồn lấy tế bào gốc

V Các đặc tính của tế bào gốc phôi:

1

Có khả năng phân chia và tự làm mới lại trong thời gian dài:

- Không như tế bào cơ, tế bào máu hoặc là các tế bào thần kinh là những tế bàokhông tự tái bản một cách bình thường, tế bào gốc có thể tái bản nhiều lần hoặc tăngsinh Nếu các tế bào tạo thành không biệt hóa, giống như các tế bào gốc bố mẹ thì chúng

là các tế bào có khả năng tự làm mới lại trong thời gian dài

- Hai đặc tính cơ bản của tế bào gốc liên quan đến khả năng làm mới lại trongthời gian dài của chúng:

+ Tại sao các tế bào gốc phôi có thể tăng sinh trong một hoặc nhiều năm trongphòng thí nghiệm mà không biệt hóa trong khi tế bào không phải là tế bào gốc phôi (tếbào gốc trưởng thành) thì không thể?

+ Các nhân tố nào trong cơ thể sống điều hòa sự tăng sinh và tự làm mới lại của

tế bào gốc một cách bình thường?

- Việc trả lời các câu hỏi đó giúp hiểu đượcquá trình phân chia tế bào bất thườngdẫn đến ung thư như thế nào và hiệu quả hơn trong quá trình nghiên cứu

Tế bào gốc tổ chức thai

- Việc nghiên cứu các nhân tố và điều kiện đặc trưng làm cho tế bào gốc duy trìkhông chuyên hóa đang rất được các nhà khoa học quan tâm.

2

Không chuyên hóa

Một trong những đặc tính cơ bản của tế bào gốc là không có bất kỳ cấu trúc đặctrưng mô nào cho phép nó thực hiện chức năng chuyên hóa Tuy nhiên, tế bào gốckhông chuyên hóa có thể tạo ra các tế bào chuyên hóa, kể cả các tế bào cơ tim, tế bàomáu hoặc tế bào thần kinh

3

Có thể tạo ra các tế bào chuyên hóa

- Khi các tế bào gốc không chuyên hóa tạo ra các tế bào chuyên hóa thì gọi là sựbiệt hóa

- Tế bào gốc trưởng thành tạo ra các tế bào của mô mà chúng cư trú trong đó Ví

dụ tế bào gốc trưởng thành tạo máu trong tủy xương tạo ra nhiều loại tế bào máu, khôngthể tạo ra tế bào mô rất khác như tế bào thần kinh ở trong não Kết quả nghiên cứu chothấy tế bào gốc của một mô có thể tạo ra các loại tế bào của một mô hoàn toàn khác

VI Ưu và nhược điểm của các loại tế bào gốc

1 Tế bào gốc phôi:

- Do có tính vạn năng và dễ tăng sinh khi nuôi cấy labo, tế bào gốc phôi có lẽthuận lợi hơn cho liệu pháp điều trị bằng tế bào gốc Tuy nhiên nếu chỉ đơn thuần tiêm

tế bào gốc phôi vào vị trí tổn thương, rất có khả năng hình thành nên khối u teratoma tại

vị trí tiêm Do đó các tế bào gốc cần được định hướng biệt hóa thành các tế bào mongmuốn trước khi được tiêm vào vị trí tổn thương Hiện nay có một số kỹ thuật được dùng

để kiểm soát sự biệt hóa tế bào gốc trên nuôi cấy thực nghiệm, ví dụ: thay đổi thànhphần hóa học của môi trường nuôi cấy, tác động vào bề mặt của đĩa nuôi cấy (tạo cácgiá thể), hay gài các gen đặc hiệu vào những tế bào này

- Một trở ngại khác có thể có của việc sử dụng các dòng tế bào gốc phôi trong tếbào gốc trị liệu là khi truyền tế bào gốc từ một cơ thể này vào một cơ thể khác chúng cóthể bị loại bỏ bởi cơ chế miễn dịch vì hệ miễn dịch của cơ thể nhận coi các protein cótrên bề mặt tế bào gốc truyền vào như một kháng nguyên lạ

2 Tế bào gốc trưởng thành:

- Lợi ích của việc sử dụng tế bào gốc trưởng thành lấy từ bệnh nhân là ở chỗ: đó

là các tế bào của bản thân bệnh nhân có thể được nhân lên trong nuôi cấy, xử lý để biệthóa thành các tế bào mong muốn, và rồi đưa trở lại vào bệnh nhân Việc sử dụng tế bào