NGHIÊN CỨU VỀ LIỆU PHÁP GEN

Liệu pháp gene (gene therapy) là một kĩ thuật sử dụng gene để ngăn ngừa và điều trị bệnh tật. Trong tương lai, kĩ thuật này có thể cho phép bác sỹ điều trị bệnh bằng cách chèn gene vào trong tế bào của bệnh nhân thay vì dùng thuốc hay phẫu thuật. Các nhà nghiên cứu đang thử nghiệm một số hướng đi đối với liệu pháp gene, bao gồm: . Thay thế gene bệnh tức là gene đột biến bằng một bản sao của gene khỏe mạnh. . Làm bất hoạt, hay hạ nốcao gene đột biến có sai chức năng. . Đưa một gene mới vào cơ thể giúp chống lại bệnh. Mặc dù liệu pháp gene là một lựa chọn điều trị đầy hứa hẹn đối với một số bệnh (bao gồm bệnh di truyền, một số loại ung thư, và truyền nhiễm do virus), liệu pháp gene vẫn tiềm tàng nguy hiểm và cần được nghiên cứu nhiều hơn để đảm bảo chắc chắn là kĩ thuật này sẽ an toàn và hiệu quả. Hiện tại liệu pháp gene chỉ được dùng thử nghiêm để điều trị những bệnh chưa có cách khác để trị. Xem nhiều hơn nhé ...

LIỆU PHÁP GENE VÀ TẾ BÀO

TS BÙI CHÍ BẢO

I LƯỢC SỬ LIỆU PHÁP GEN

Liệu pháp gen và tế bào được gợi ra từ những thập niên cuối thế kỷ XX Trước

1990, người ta đã ghi nhận trường hợp hội chứng hiếm được phát hiện của cậu bé tên David Vetter, bị đột biến dòng mầm "germline" một gen dẫn đến khi sinh ra cơ thể cậu bé không sản sinh hệ thống miễn dịch Theo thuật ngữ y khoa, bệnh của David là dạng đồng hợp lặn gen gây bệnh có tên gọi là 'Suy giảm miễn dịch tổ hợp nghiêm trọng' "Severe Combined Immunodeficiency" (SCID) Dạng bệnh của David được xếp vào loại suy giảm miễn dịch tổ hợp nặng liên kết với nhiễm sắc thể X (X-linked SCID), và dạng này chỉ xảy ra ở nam giới David đã có một người anh đã qua đời trước sinh, và bị nghi ngờ là

có chung tình trạng đồng hợp lặn gây bệnh Do từ lúc sinh đến lúc lớn chỉ phát triển trong lồng kính để giúp cơ thể không thể tiếp xúc trực tiếp với các vật chưa được tiệt trùng, nên cậu bé còn có tên gọi là “cậu bé trong lồng kính” Nhiều liệu pháp được đưa ra, nhưng cuối cùng các bác sỹ quyết định tiến hành ca ghép tủy xương từ người thân Lúc đầu, ca cấy ghép diễn ra thành công, nhưng sau đó David bắt đầu phát triển các khối u Chúng được xác định là do một loại gen virus hiện diện trong bộ gen tế bào tủy xương của người cho tạo các oncogene gây phản ứng lên các mô khác hình thành ung thư Cậu bé mất năm

1983, kết quả liệu trị thất bại nhưng lại là bước đi mở đầu cho các nghiên cứu tìm hiểu làm thế nà khắc phục và làm rõ cơ chế tế bào và liệu pháp gen Những dòng chữ sau được

khắc trên mộ của cậu bé David: “he never touched the world, but the world was touched

by him”

NỘI DUNG CHÍNH

1 Lược sử liệu pháp gen

2 Những thay đổi của liệu pháp tế bào

3 Triển vọng cho tương lai

4 Phụ lục (thuật ngữ)

5 Tài liệu tham khảo

Sáu năm sau khi David mất, một ca khác ở Viện Sức khỏe Quốc gia, nơi Ashanthi DeSilva, một bé gái bốn tuổi mắc một dạng khác của hội chứng SCID Nguyên nhân là

do các đột biến ở trên gen ADA Lúc này, các nghiên cứu đã tiến bộ hơn, mục đích điều trị là làm sao đưa đoạn gen ADA bình thường một lượng vừa đủ vào các tế bào miễn dịch

để các tế bào này hồi phục chức năng ban đầu trong việc bảo vệ cơ thể khỏi các bệnh truyền nhiễm Liệu pháp gen lúc này đưa ra là bằng cách lấy ra các tế bào trong cơ thể, thêm vào các DNA không đột biến, và sau đó đưa trở lại cơ thể bệnh nhân Cách này

được gọi chung là liệu pháp gen ngoài cơ thể (ex vivo gene therapy), được minh họa bằng

hình 1A Nhưng do là đột biến dòng mầm, có nhiều mô khác trên cơ thể cũng bị ảnh hưởng (như là mô não hay mô tim) mà những mô này không thể lấy ra và đưa vào lại

theo cách ex vivo, vì vậy các chiến lược gen liệu trị khác trên mô bằng việc chuyển trực tiếp các gen vào cơ thể người (in vivo gene therapy) hình 1B

Hình 1: Mô tả sự hai cách thức sử dụng trong liệu pháp gen (A) Thu nhận tế bào tuỷ xương người bệnh, thao tác trên gen để chuyển gen lành (bằng vector) vào tế bào dòng tuỷ, sau đó chọn lọc tế bào dòng hồi phục vào lại chính người bệnh (B) chuyển

trực tiếp gen lành (bằng vector) vào cơ quan người bệnh

Có ba lý do giải thích cho việc tại sao sự suy giảm gen ADA được lựa chọn cho thí nghiệm đầu tiên trên người của liệu pháp gen: (1) đây là một bệnh lý di truyền đơn gen,

do cơ đột biến dòng mầm (germline); (2) các tế bào của hệ miễn dịch biệt hoá từ dòng

mầm của tủy xương, nên có thể dễ dàng tiến hành cách tiếp cận ngoài cơ thể (ex vivo); và

(3) các tế bào miễn dịch sẽ có chức năng bình thường khi tiến hành thao tác trên việc chèn vào một đoạn gen ADA bình thường thay thế ADA đột biến Dựa vào nguyên lý trên, các tế bào được chỉnh sửa bình thường sẽ chiếm ưu thế hơn các tế bào suy giảm chức năng và giúp cho việc tái cấu trúc hệ thống miễn dịch hoàn chỉnh

Ashanthi bắt đầu có biểu hiện khá tốt, có cải thiện về chức năng đáp ứng miễn dịch Cho dù bước đầu cho thấy các tế bào nhận được gen ADA bình thường bị chết khá lớn do phương pháp chuyển gen có nhiều bước gây độc lên tế bào nhận Nhưng những nhóm tế bào khoẻ mạnh lại tiếp tục phân chia và biệt hoá bình thường như mong đợi Sau vài năm, một phương thuốc điều trị được phát triển liệu trị cho bệnh tình của Ashanthi và thuốc này cũng được thử nghiệm trong cùng thời gian Hiện giờ, cô ấy đang học đại học

và làm việc tốt, vẫn còn tiếp tục điều trị với loại thuốc này Đây là một trong những bước

mở đầu thành công đầu tiên của liệu pháp gen Nhiều nhà nghiên cứu nổ lực tham gia vào phát triển các ứng dụng liệu pháp này cho liệu trị các ca bệnh di truyền dòng mầm hiếm gặp Tuy nhiên, lúc bấy giờ các nhà nghiên cứu phải giải quyết ba thách thức lớn:

1 Vector vận chuyển DNA: DNA là một phân tử lớn mang điện tích âm và việc

vận chuyển DNA xuyên qua màng tế bào và màng nhân không phải là việc dễ dàng Hơn nữa, nếu việc điều trị có hiệu quả, một số lượng bền vững các tế bào ở bất kỳ cơ quan mục tiêu nào đều tiếp nhận gen ngoại lai Sự tiếp nhận bao nhiêu gen là vừa đủ đảm bảo cho tế bào tránh bị stress, gây độc tính? Các nhà nghiên cứu đã tìm các vector chuyển gen

an toàn, đặc biệt là các vỏ virus đã bị bất hoạt các gen độc để vận chuyển gen mục tiêu Các virus có ưu điểm là dễ dàng xâm nhập qua hệ thống tế bào chất để vào nhân, đưa gen mục tiêu cần chuyển vào tế bào nhận

2 Truyền tải đúng chức năng: việc đưa DNA vào tế bào đích sẽ không có giá trị

trừ khi đoạn DNA này được phiên mã thành RNA và dịch mã thành protein sản phẩm mong muốn Nếu vector có nguồn gốc từ virus được thiết kế để tích hợp vào một nhiễm sắc thể người (nhằm chống lại việc tồn tại ở dạng đoạn DNA trôi nổi tự do), thì vị trí tích hợp mang tính quyết định Thỉnh thoảng, đoạn DNA mới được đưa vào thành công, nhưng sau đó bị bất hoạt ngay lập tức bởi các đoạn DNA xung quanh Mặc khác, nếu DNA không tích hợp vào được nhiễm sắc thể, sau một khoảng thời gian, nồng độ DNA

sẽ bị pha loãng dần bởi sự phân chia tế bào

3 Đáp ứng miễn dịch: các virus cung cấp một phương pháp hiệu quả trong việc

truyền tải DNA, nhưng cũng mã hóa cho các protein lạ và các protein này được hệ miễn dịch nhận diện rất nhanh Mặc dù có nhiều nỗ lực lớn trong việc xây dựng lại virus nhằm

thoát khỏi sự nhận diện, hệ miễn dịch thường thông minh hơn các kỹ sư Ngay khi một vài thuận lợi của liệu pháp gen bắt đầu xuất hiện, hệ miễn dịch thường tìm ra và phá hủy các tế bào biểu hiện gen điều trị

Năm 1999, một tình nguyện viên 18 tuổi, Jesse Gelsinger, tham gia vào thí nghiệm

liệu pháp gen trong cơ thể in vivo nhằm điều trị việc thiếu sót một enzyme trong gan đột

nhiên qua đời sau 3 ngày chuyển virus mang gen khiếm khuyết enzyme điều trị vào cơ thể Chàng trai trẻ chết vì sự hoạt hóa mạnh mẽ của hệ miễn dịch trong quá trình đáp ứng với cơ chất enzyme lạ này Một cuộc điều tra tỉ mỉ về sự việc này phát hiện một vài điều kiện an toàn đã không được tuân thủ hoàn toàn Tệ hơn nữa, trưởng nhóm bác sỹ nghiên cứu cho thấy có sự mâu thuẫn về quyền lợi: khi ông ta liên kết với một công ty công nghệ dược thử nghiệm liệu pháp mới này trên bệnh nhân gan

Sau một vài cải tổ nghiêm túc trong y đức, và các thí nghiệm chặt chẽ, một nhóm nhỏ các nhà nghiên cứu tiếp tục được tiến hành trở lại Một kết quả thống kê cho thấy 20

bé trai khác có hội chứng SCID liên kết với nhiễm sắc thể X (X-linked SCID) (với cùng bệnh lý đã giết chết David Vetter 20 năm trước đây) được điều trị với liệu pháp gen mới Các báo cáo ban đầu về việc tái cấu trúc hệ thống miễn dịch của các cậu bé này cho thấy nhiều khả quan Tuy nhiên, 5/20 bệnh nhân lại phát triển ung thư máu (leukemia) Trong

số này, 4/5 đứa trẻ đã được điều trị thành công hoá trị liệu cho leikemia Nhưng kết quả một lần nữa cho thấy mối đe doạ của hệ gen trong tuỷ xương tồn tại vài các gen gây ung thư (gọi là oncogen) Lưu ý 1 điều là vào thời điểm đó, giải trình tự bộ gen người chưa hoàn thành Đến năm 2003, bộ gen người được công bố, và kĩ thuật giải trình tự cho thấy

đã có nhiều bước tiến quan trọng trong y học cá thể "personalized medicine" và đặc biệt trong liệu pháp gen liệu trị cho từng cá nhân

Một trường hợp khác, cậu bé Dale phát triển bình thường về mọi mặt, nhưng đến năm 5 tuổi thị lực bé trai này giảm Sau nhiều buổi gặp với các chuyên gia di truyền, cậu

bé được chẩn đoán bị thanh manh bẩm sinh Leber (LCA- Leber’s congenital amaurosis) Đây là một ví dụ điển hình về việc một thuật ngữ y khoa che khuất hiện thực; chứng thanh manh (amaurosis) có nghĩa là mù Rối loạn LCA của cậu bé là đồng hợp lặn nguyên nhân là do đột biến ở gen RPE65 Thời gian trôi qua, Dale càng gặp khó khăn trong cuộc sống đời thường Tháng 11 năm 2005, Dale kinh ngạc khi nhận một lá thư từ bác sỹ, hỏi rằng liệu anh ta có muốn tham gia vào một thử nghiệm liệu pháp gen trên RPE65 hay không Các thí nghiệm trên chó bị bệnh LCA do RPE65 cho thấy nhiều hứa hẹn, và đã tới lúc bắt đầu có thể thử nghiệm trên người Dale mất 2 tháng suy nghĩ và kí vào văn bản ưng thuận Vào ngày cuối tháng 1 năm 2008, anh ta được đẩy trên một chiếc

xe lăn vào phòng mổ cho liệu pháp gen Một loại virus được tiêm vào một vùng nhỏ ở đáy mắt phải Cuộc phẫu thuật được đánh giá là thành công về mặt kỹ thuật Dale chờ đợi

để xem có tiến triển gì tốt hay không Ba ngày đầu tiên, anh ta được bảo phải ở trong nhà Ngày thứ 4 anh đi ra ngoài với mắt kính râm Anh ta không thể kháng cự lại mong muốn nhìn trộm lên bầu trời Anh ta sững sờ khi thấy bầu trời xanh cỡ nào và anh ta nhận ra rằng những màu sắc trước đây rất xám xịt Vài tuần sau, khả năng nhìn của anh ta ngày càng tốt hơn Anh nhận ra anh có thể nhắm mắt trái lại và nhìn thấy mũi mình! Những điều đơn giản như là sự rõ ràng của các chi tiết nhỏ trên cánh đồng cỏ hay là các thớ gỗ trên bàn đều là làm anh vui vẻ hơn Các xét nghiệm (hình 2) biểu thị rằng phần được điều trị của võng mạc mắt Dale đã cải thiện hơn 100 lần Sự cải thiện này lâu bền và không có chứng cứ cho việc suy giảm trong hơn 1 năm Cải thiện tầm nhìn, Dale tự tin thi vào học trường luật vào mùa thu năm 2008 Anh ta thấy rằng có thể thực sự theo kịp khá tốt với các bài đọc mà không cần phụ thuộc vào thiết bị đặc biệt như trước đây

Hình 2: Trường hợp của Dale bị hội chứng LCA- Leber’s congenital amaurosis được điều trị trên gen RPE65 bên mắt phải So sánh thị lực của mắt phải (treated eye) và

trái (control eye)

Dale là một câu chuyện thành công đầy ấn tượng và anh ta không phải là người duy nhất Việc điều trị bằng liệu pháp gen cho các bệnh nhân mắc bệnh LCA vừa được báo cáo gần đây ở cả Mỹ và Anh Mặc dù kết quả liệu pháp gen thành công ban đầu không nhiều nhưng lại cho thấy triển vọng lớn với liệu trị này Không cần phải nghi ngờ rằng,

liệu pháp gen có nhiều thăng trầm trong suốt 20 năm qua, với nhiều thất vọng đang xen Thành công trong việc điều trị suy giảm miễn dịch, LCA và một vài trường hợp khác là đặc biệt Nhưng liệu có thể có cách khác thay thế việc truyền tải bằng virus có thể thay đổi đáng kể cơ chế này? Để hiểu các nguyên lý về di truyền gen gây bệnh, chúng ta phải hiểu rõ cơ chế của bộ gen người được giải mã và các ứng dụng của nó trong y học hiện đại

Năm 2003 là một năm quan trọng của y sinh học phân tử, khi toàn bộ gen người

"human genome" được công bố hoàn thiện Trong khoảng 5-10 năm kế tiếp, các bác sĩ nhiều chuyên khoa kết hợp với nhà di truyền học đã tiến hành khảo sát hàng loạt các bệnh

di truyền đơn gen hoặc đa gen Kết quả cho ra một lượng lớn dữ liệu được kết nối với nhiều viện và trung tâm nghiên cứu mở rộng số lượng mẫu mẫu bệnh (cả mô tươi và mô paraffin đã được lưu giữ nhiều năm trước) Việc tích hợp các thông tin từ bộ gen, hệ biểu

mô "epigenome", hệ gen biểu hiện "transcriptome", hệ protein "proteome", và các nghiên cứu thông tin chức năng biến dưỡng "metabolome" đã đem lại cho chúng ta một cái nhìn toàn diện về các vận hành bên trong của tế bào bệnh so với tế bào lành Mặc dù vẫn còn nhiều nhiệm vụ khó khăn để cố gắng biện luận ý nghĩa của dữ liệu này, nhưng tất cả các nhà nghiên cứu và bác sĩ chuyên khoa hy vọng rằng nỗ lực tiếp theo sẽ giúp cải thiện phương pháp điều trị cho từng bệnh nhân hướng đến "personalized medicine"

Hiện nay ước tính ở người có khoảng 27.000 gen Chức năng của sinh học thể hiện qua dòng thông tin di truyền từ DNA →RNA→ protein Trong đó phần lớn các kiểu hình trung gian quy định sinh học của tất cả các bệnh do protein được mã hóa từ thông tin di truyền DNA Do đó bất kỳ sự khác biệt trong trình tự DNA có thể thay đổi kiểu hình gây bệnh Ở nhiều loài, chỉ có một phần nhỏ trong tổng số trình tự gen mã hóa protein, chức năng và sự liên quan của trình tự không mã hoá còn lại vẫn chưa được biết Ví dụ, trên 98% tổng số hệ gen của con người là không mã hoá protein Tuy nhiên, Bách khoa toàn thư của yếu tố DNA (gọi là "Encyclopedia of DNA Elements" ENCODE) báo cáo rằng hơn 80% DNA trong hệ gen của con người có một số chức năng sinh hóa, hầu hết trong

số đó vẫn còn chưa biết đến Một số nghiên cứu hiện nay chú ý đến hệ RNA, trong đó có những họ RNA không mã hoá cho 1 protein nào, nhưng lại có chức năng như là một tín hiệu thông báo trạng thái hoặc diễn tiến của bệnh, gọi là các biomarker (dấu ấn sinh học)

Họ RNA này gồm: microRNAs, lncRNA (long non-coding RNA), siRNA Một số có cấu trúc bậc hai, đó là các cấu trúc mà hai vùng trình tự trên mạch đơn RNA tạo mạch đôi thông qua liên kết bổ sung (A-U; G-C) Những cấu trúc này, trước đó đã được tìm thấy

do chúng đóng vai trò như enzyme ví dụ như ribozyme (Nobel y khoa 1989 - GS Sidney Altman, ĐH Yale, và GS Thomas Cech, HHMI Hiện nay, RNA không mã hoá, đặc biệt

là các dạng microRNAs đang được tìm hiểu và nghiên cứu trên vai trò là biomarker cho

tiên lượng sớm, chẩn đoán, tiên lượng kháng thuốc trong các bệnh lý Ngành nghiên cứu điều hoà mức độ phiên mã được dịch là di truyền biểu mô "epigenetic"

Marker hay dấu ấn di truyền là một đoạn DNA có thể được biết đến vị trí trên nhiễm sắc thể, có thể được sử dụng như là biện pháp cho nghiên cứu di truyền Một dấu

ấn có thể là một gen, đa hình cấu trúc (ví dụ như chèn/xóa) hoặc nó có thể có một số phần của DNA như các trình tự lặp lại ngắn (STR), và đa hình đơn nucleotide (SNP) Những tiến bộ gần đây trong sinh học phân tử đã dẫn đến việc phát hiện ra nhiều dấu ấn DNA và

cơ sở dữ liệu của mỗi điểm đánh dấu ngày càng gia tăng hàng ngày Đa hình (poly = nhiều và morphism = hình) là một biến thể chuỗi DNA tại bất kỳ locus (bất kỳ phân khúc hoặc khu vực trên hệ gen) trong dân số, đã tồn tại trong một thời gian và quan sát trong cùng ít nhất là 1% dân số, trong đó một đột biến và tần số đột biến trong các quần thể nhỏ hơn 1% Các đột biến và đa hình thường sử dụng thay thế cho nhau nhưng chủ yếu là định nghĩa trong khuôn khổ của tần số biểu hiện Các biến thể trong vùng mã hóa có thể thay đổi chức năng protein (vô nghĩa "missense") hoặc mất đoạn, cắt cụt protein (vô nghĩa) và kết quả là tác động khác biệt, từ có lợi, đến hại Đáng lưu ý, mặc dù intron (vùng trình tự giữa các trình tự mã hóa là exon) không mã hóa cho protein, tuy nhiên nếu

có sự đa hình được tìm thấy trên intron, nó có thể ảnh hưởng đến sự nối hoặc cắt giữa các exon quy định về biểu hiện gen Để hiểu được vai trò của di truyền bệnh với bất kỳ kiểu hình nào thì điều quan trọng là phải hiểu được những trình tự biến thể trong số những người có và không có kiểu hình trong dân số và giữa thế hệ gia đình Từ hai yếu tố đó, quá trình nghiên cứu di truyền lập bản đồ gen bệnh được hình thành Có nhiều phương pháp khác nhau lập bản đồ gen bệnh Nhưng có hai phương thức chung là: bản đồ liên kết gen "linkage map" và bản đồ hệ liên kết gen "Genome-Wide Association Study - GWAS"

II NHỮNG THAY ĐỔI CỦA LIỆU PHÁP TẾ BÀO

Nếu việc truyền tải gen vào trong tế bào là có tiềm năng ích lợi nhưng có nhiều thách thức về mặt kỹ thuật, tế bào gốc lành cấy ghép là một khái niệm mới? Gần đây việc nhận ra rằng khả năng của việc tái lập trình "reprogramming" tế bào somatic thành tế bào gốc iPS (công trình Nobel Y học năm 2012 của nhóm nghiên cứu Nhật Bản Shinya Yamanaka và nhóm người Anh Sir John Gurdon) đã mở ra một viễn cảnh mới hoàn toàn cho các phương pháp điều trị tiềm năng trên tế bào gốc Để hiểu được nghiên cứu này, chúng ta cần một chút cơ bản của sự phát triển sinh học, và chúng ta cần cân nhắc khái niệm tế bào gốc

Thực chất, một tế bào gốc là một tế bào có khả năng tự làm mới, và có chức năng tái lập trình (các nhà khoa học gọi là “sự biệt hóa”) thành các dạng tế bào khác sau một kích thích tương ứng Có rất nhiều loại tế bào gốc Tế bào mẹ của tất cả các tế bào gốc là phôi một tế bào được tạo thành bởi sự dung hợp giữa tinh trùng và trứng, mang bên trong

là tiềm năng bám vào tử cung và hình thành một đứa trẻ Tế bào gốc như vậy gọi là “toàn năng” (totipotent) Khi phôi người phân chia thành 2 tế bào, sau đó 4, và 8, khả năng toàn phần này chỉ tồn tại ngắn Ở thời gian mà 100 tế bào xuất hiện, những tế bào này biệt hóa thành một vài tế bào có thể quyết định kiến tạo nên cơ thể hoàn chỉnh của thai nhi, và các

tế bào khác tạo thành nhau thai Trong khi phôi hình dạng cầu chỉ có kích cỡ của một đầu bút chì, các tế bào trong một nhóm xác định (gọi là khối tế bào bên trong “inner cell mass”) còn khả năng biệt hóa thành tất cả các mô người, dù cho thiếu tiềm năng tạo thành nhau Các tế bào này được gọi là vạn năng (pluritotent) Các thí nghiệm với chuột suốt nhiều thập kỷ chỉ ra rằng các tế bào này có thể sinh trưởng vô hạn định trong phòng thí nghiệm và duy trì tính vạn năng

Thế còn người trưởng thành? Không có tế bào gốc toàn năng hoặc vạn năng tồn tại

rõ ràng ở người trưởng thành, nhưng các dạng khác của tế bào gốc thực tế tồn tại ở nhiều khoang cơ thể, đáng chú ý nhất là tủy xương Các tế bào này bị giới hạn nhiều về khả năng biệt hóa thành nhiều dạng tế bào khác, và vì vậy được gọi là đa năng (multipotent)

Sự tồn tại các tế bào gốc ở người trưởng thành làm cho việc ghép tủy là có thể từ một người cho đến một người nhận, tái lập lại toàn thể sự tạo máu và hệ miễn dịch của người nhận bởi tế bào gốc đa năng cho bởi người cho Có một đề nghị rằng tế bào gốc tủy xương trưởng thành có thể biệt hóa thành các mô khác, và có lẽ đóng góp cụ thể nhất cho

y học là việc sửa chữa thay thế tế bào cơ tim hoặc thay thế thần kinh cảm giác và vận động

Tuy vậy, có nhiều hạn chế về khả năng của các tế bào đa năng về việc tự đổi mới và biệt hóa làm cho các tế bào này không phù hợp cho việc cung cấp giải pháp điều trị cho nhiều bệnh rất cần các phương pháp điều trị Theo ngôn ngữ chuyên ngành, vạn năng thì khỏe mạnh hơn đa năng Vì thế các tế bào gốc phôi thai là một chủ đề nóng Khả năng gần như không hạn chế trở thành loại tế bào mong muốn đã tạo nên một lượng lớn sự chú

ý của các nhà khoa học Nó cũng tạo nên sự ồn ào mạnh mẽ tranh cãi về mặt đạo đức y học Phương pháp chuẩn cho việc chuẩn bị tế bào gốc phôi thai người (hình 3A), được tiến hành đầu tiên cách đây 10 năm, bằng cách lấy ra các tế bào trong khối tế bào mặt trong (inner cell mass) của phôi thai người đã được tạo ra bởi thụ tinh trong ống nghiệm

"in vitro fertilization" (IVF) Với việc nuôi cấy cẩn thận trong phòng lab, các tế bào này

sinh trưởng không hạn định, trong trường hợp này gọi là dòng tế bào gốc

Đối với những người tin tưởng rằng đời sống con người bắt nguồn từ lúc thụ thai, việc sử dụng phôi người cho nghiên cứu đang gặp nhiều rắc rối sâu xa Tuy nhiên, quá trình IVF đã được xác nhận bởi đa số rằng là một phương pháp chấp nhận được của việc thụ thai có hỗ trợ, thường tạo thành nhiều phôi Cấy các phôi này vào tử cung người phụ

nữ dễ tạo nên tình trạng đa thai, với nhiều nguy cơ nghiêm trọng cho cả mẹ và con Kết quả là hang tram ngàn phôi người đã được đông lạnh và lưu giữ ở phòng khám IVF Không thể tránh khỏi rằng đa số các phôi đông lạnh đó cuối cùng cũng bị loại bỏ Phải chăng có quá nhiều nguyên tắc đạo đức y học trong việc phá hủy các phôi đông lạnh hay sử dụng một lượng nhỏ những phôi này để tạo ra các dòng tế bào gốc phôi người mới cho việc điều trị các hội chứng nguy hiểm như tổn thương tủy sống, tiểu đường hay Parkinson? Đây là vấn đề được tranh luận gay gắt tại Mỹ Trong năm 2001, tổng thống Bush quyết định cấp vốn từ ngân quỹ liên bang cho nghiên cứu sử dụng các dòng tế bào gốc phôi người, bắt đầu có hiệu lực từ ngày 9 tháng 8 năm 2001, tuy nhiên, không phải mọi dòng tế bào đều được cho phép phát triển Đến năm 2009, tổng thống Obama đã ngăn sắc lệnh này của chính quyền tổng thống Bush Cố vấn y khoa cho tổng thống Obama, Francis Collin - lãnh đạo dự án bản đồ gen người, giám đốc viện Y tế Quốc Gia, NIH, Hoa Kì tuyên bố: "Tôi tin chắc rằng sản phẩm của tinh trùng và trứng là một con người tiềm năng và nên được trân trọng Trong vấn đề này, tôi cũng thực sự lo lắng về việc tạo ra phôi người chỉ dành cho các mục đích nghiên cứu Do đó, việc chính phủ Obama không cấp ngân quỹ liên bang cho các dòng tế bào gốc từ phôi người Nhưng nếu

có được sự đồng ý từ cả cha mẹ và không liên quan đến những động cơ không phù hợp, những nghiên cứu sử dụng các phôi IVF còn dư, mà không thể bỏ đi, đây dường như là một vấn đề y đức có thể biện hộ được - đặc biệt bởi vì việc cố gắng giúp đỡ những người phải chịu những điều kiện không may cũng là một nhiệm vụ y đức."

Hình 3: Các cách thức liệu pháp tế bào gốc (A và B) Phương pháp truyền thống, thu nhận các tế bào gốc từ phôi trưởng thành (C) Phương pháp hiện đại, tái chu trình tế bào soma thành tế bào dòng iPS nhờ các gen chức năng chuyển bằng virus Phương pháp này được giải Nobel Y học 2012 trao cho Shinya Yamanaka (Nhật) và Sir John

Gurdon (Anh)

Vào tháng một năm 2009, thử nghiệm đầu tiên sử dụng tế bào gốc phôi người đã được phê duyệt cho điều trị tổn thương tủy sống Khi một người bị tổn thưởng tủy sống (ví dụ do tai nạn xe cộ), họ thường bị liệt hoàn toàn phần cơ thể ở bên dưới vùng tổn thương Nhiều phương pháp khác nhau đã được thử nghiệm để chữa trị tê liệt nhưng thường không thành công Các thí nghiệm hiện tại trên chuột đã cho thấy tế bào gốc có thể kết nối lại các vùng cột sống bị tổn thương bằng cách hình thành các hệ thần kinh vận động Một khi ta bắt đầu suy ngẫm về tiềm năng của các tế bào gốc trong thay thế và sửa chữa mô thì số lượng các tổn thương mà ta có thể điều trị theo cách này bắt đầu tăng lên Bệnh tiểu đường, do có quá ít các tế bào sản xuất insulin trong tụy, hay bệnh Parkinson,

do một nhóm các tế bào thần kinh dopamine trong não đang chết dần, là hai trong nhiều mục tiêu đó Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu phải đối mặt với hàng loạt các vấn đề thực tế rất quen thuộc trong các thảo luận của chúng ta về liệu pháp gen Chuyển các tế bào đến những vị trí thích hợp là một thách thức; để cho các tế bào này biểu hiện đúng chức năng

tại những vị trí đó càng khó; và còn những trở ngại từ hàng rào miễn dịch nếu những tế bào này được chuyển từ những cá nhân khác

Hai phát triển rất thú vị gần đây đã đặt ra giả thuyết về giải pháp tiềm năng cho vấn

đề thải loại tế bào ghép Nếu các tế bào gốc đa năng có thể lấy từ chính bệnh nhân thì sau

đó không cần thiết phải ức chế rào cản miễn dịch Đó là trường hợp cừu Dolly Nhân bản

vô tính được tạo ra bởi quá trình 'chuyển nhân tế bào sinh dưỡng' "somatic cell nuclear transfer" (SCNT) Với quá trình này (hình 3B), một tế bào động vật trưởng thành có chứa toàn bộ bộ gen của con vật đó (thường là tế bào da, nhưng đối với Dolly đó là tế bào vú), được biệt hóa thành tế bào gốc toàn năng Quy trình được thực hiện bằng cách chuyển nhân của tế bào da hay tế bào vú vào bên trong một tế bào trứng đã bị loại bỏ nhân Các tín hiệu từ tế bào chất của tế bào trứng bằng cách nào đó có thể tái thiết lập chương trình cho DNA nhân tế bào Trong trường hợp của Dolly, tế bào này được cấy vào bên trong tử cung của một con cừu khác và sinh ra cừu Dolly có đặc tính di truyền của con cừu cho ban đầu Quá trình sinh sản vô tính này đã tác động mạnh mẽ trên toàn thế giới 20 năm trước, và thực hiện thành công trên bò, ngựa, mèo, và chó Tuy nhiên, vấn đề gây trở ngại

là thực hiện chương trình tái thiết lập tế bào gốc toàn năng này ở người Một nhóm nghiên cứu tại Hàn Quốc đã khẳng định bước đầu thực hiện thành công quá trình SCNT tạo ra tế bào gốc toàn năng người, nhưng sau đó đã bị phát giác chỉ là trò gian lận (trường hợp của GS Hwang Woo-suck năm 2005)

Nhiều quan ngại sâu sắc về mặt đạo đức liên quan đến khả năng SCNT có thể tạo ra một tế bào toàn năng để cấy vào trong tử cung của một người phụ nữ và được sử dụng để sinh sản vô tính người, tạo ra “bản sao” của một cá thể sống Theo ý kiến của tất cả mọi người, những nhà khoa học cũng như những người không làm khoa học, điều này là phi đạo đức Thứ nhất, điều này là không an toàn vì hầu như những động vật sinh sản vô tính (gồm cả cừu Dolly) đều biểu hiện một bất thường nào đó (trường hợp của cừu Dolly đã mắc phải bệnh viêm khớp, béo phì và đã chết sớm) Thứ hai, điều này sẽ làm gia tăng những lo ngại về gánh nặng của những kỳ vọng được đặt lên “dòng vô tính” mới và không được dễ dàng chấp thuận về mặt đạo đức Cuối cùng, với tôi cũng như nhiều người khác, đây là vấn đề lo lắng thực sự bởi con người phải là sản phẩm của sự kết hợp giữa tinh trùng và trứng

Nhưng phải chăng sản phẩm của một dòng tế bào gốc người toàn năng tạo bởi SCNT tự bản thân nó là phi đạo đức? Thật khó để gắn liền ý nghĩa đạo đức với một tế bào da, hay một tế bào trứng bị loại bỏ nhân, chỉ đơn giản là một túi tế bào chất Vì con người tác động làm sao kết hợp hai thực thể trong phòng thí nghiệm, một quá trình diễn biến không tự nhiên Tuy nhiên gần đây, sự tiến bộ mới đã có những khám phá thật ấn tượng, có thể cung cấp những giải pháp mạnh mẽ cho cả vấn đề thực tiễn và đạo đức Đó

là công trình của nhóm khoa học làm việc ở Nhật Bản, GS Shinya Yamanaka đã mở ra hướng mới từ ý tưởng trên tế bào soma của SCNT Dựa trên cơ sở cho rằng tế bào chất của một trứng cần cung cấp một lượng thông tin các tín hiệu ở mức phiên mã, có khả năng tái thiết lập chương trình một tế bào da người Nếu các tín hiệu thiết lập này được tìm ra thì các tế bào gốc có thể được tạo ra một cách đơn giản hơn, mà không cần dùng đến trứng của người cho Hầu như mọi người đều nghĩ rằng đây chỉ là một giấc mơ, nhưng Yamanaka đã chứng minh và khẳng định được điều này

Đây là một phát triển khoa học có đủ khả năng hình thành một cuộc cách mạng thực

sự trong y khoa Khi bài báo của Yamanaka năm 2006 được công bố, báo cáo về khả

năng chuyển bốn yếu tố (Oct4, Sox2, cMyc và Klf4) vào tế bào da chuột để kích hoạt

chúng trở thành tế bào gốc đa năng, và tế bào này có thể biệt hóa thành hầu như tất cả các loại mô chuột như gan, mỡ, cơ, thần kinh Chỉ một năm sau đó, Yamanaka và một nhóm khác đã báo cáo điều tương tự thực hiện trên các tế bào da người; và gần đây nhất họ đã công bố có thể thực hiện được điều này mà chỉ cần một tế bào lấy từ tóc người

Loại tế bào mới này, tế bào gốc đa năng cảm ứng "Incduced pluripotent stem cell" (iPS) (hình 3C), đã mở ra một cánh cửa mới cho nghiên cứu và các ứng dụng tiềm năng cho lâm sàng Trong một thời gian ngắn từ sau khi quy trình của Yamanaka được công

bố, những nhà nghiên cứu khác đã cố gắng giảm số lượng gen cần cho quá trình chuyển gen xuống chỉ còn một đến vài gen, và đã nhanh chóng tạo ra được các dòng tế bào iPS

từ tế bào da của các cá nhân bị mắc phải các bệnh di truyền Hiện tại, các tế bào này cho chúng ta cơ hội quan trọng để hiểu chi tiết làm thế nào các bệnh gây nên những tổn thương cho con người mà không gây ảnh hưởng đến sự sống của họ

Nghiên cứu tiền lâm sàng của iPS

Ca cấy ghép tế bào nguồn gốc từ iPS đầu tiên cho mục đích trị liệu được tiến hành trên mô hình chuột mang bệnh hồng cầu hình liềm chỉ một năm sau khi tế bào iPS được công bố Từ thời điểm đó, một vài thí nghiệm đã nhấn mạnh vai trò của công nghệ tế bào iPS trong y học tái sinh ở mức độ tiền lâm sàng Bảng 1 báo cáo tóm tắt những báo cáo quan trọng nhất về vấn đề này Nhiều nghiên cứu đã mô tả sự dung nạp thành công của tế bào cấy ghép và mức độ phục hồi kiểu hình bệnh Ví dụ như, tế bào thần kinh dopaminergic tái biệt hóa từ tế bào iPS được thu nhận từ bệnh nhân Parkinson sống sót được trong não loài gặm nhấm trưởng thành và cải thiện tình trạng vận động bất đối xứng trên những con chuột bị Parkinson Trong mô hình tổn thương cột sống, Nori và cộng sự

đã xác nhận rằng không chỉ nhờ những tế bào được cấy ghép mà còn có sự biệt hóa của chúng thành tế bào thần kinh trưởng thành và tái phát triển sợi trục thần kinh đã mang lại

sự phục hồi chức năng Trong một hướng nghiên cứu khác, tiến hành tái thiết lập chương