Trong vài thập kỷ gần đây, chúng ta đã được chứng kiến nhiều thành tựu quan trọng trong nghiên cứu về tế bào và cụ thể là lĩnh vực tế bào gốc. Nghiên cứu về tế bào gốc trang bị cho chúng ta những hiểu biết về quá trình hình thành cơ thể sinh vật từ một tế bào đơn lẻ và quá trình các tế bào khỏe mạnh thay thế các tế bào bị tổn thương trong các cơ thể trưởng thành, mang lại cho nhân loại hy vọng chữa được nhiều bệnh mãn tính và nan giải mà hiện nay chưa có biện pháp điều trị hiệu quả.
Trang 1MỤC LỤC
Trang
ĐẶT VẤN ĐỀ 1
NỘI DUNG 1 Định nghĩa tế bào gốc 2
1.1 Tế bào gốc là gì? 2
1.1.1 Khái niệm 2
1.1.2 Nguồn gốc tế bào gốc 2
1.1.3 Mục đích nghiên cứu 3
1.1.4 Lịch sử nghiên cứu 3
1.2 Đặc điểm của tế bào gốc 4
1.2.1 Tế bào gốc là tế bào không chuyên dụng 4
1.2.2 Tế bào gốc có thể tự phân chia và tái tạo trong thời gian dài 4
1.2.3 Tế bào gốc có thể biến đổi thành tế bào chuyên dụng 5
2 Phân loại tế bào gốc 5
3 Nguồn lấy tế bào gốc 9
4 Một số nghiên cứu về tế bào gốc 10
4.1 Tế bào gốc tạo máu 10
4.2 Thí nghiệm về tế bào gốc thần kinh chuột 11
4.3 Sản xuất noron từ tế bào gốc 11
4.4 Tạo tinh trùng từ tuỷ xương 12
4.5 Tế bào gốc từ dây cuống rốn 12
5 Ứng dụng của tế bào gốc 13
5.1 Tế bào gốc chữa khỏi bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm 13
5.2 Ghép tế bào gốc để điều trị bệnh tiểu đường 14
5.3 Tạo tế bào gan từ mỡ dưới da 15
5.4 Chữa bệnh Parkinson 15
5.5 Nhân bản vô tính 16
5.6 Biến da người thành tế bào gốc 18
KẾT LUẬN 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trang 3Để hiểu rõ vấn đề trên cũng như tìm hiểu các thành tựu y học đương đại mà tế bào gốc đem lại, chúng tôi lựa chọn nghiên cứu vấn đề:
“Tế bào gốc và các ứng dụng của tế bào gốc”.
Trang 4- Tế bào gốc hay còn gọi là tế bào nguồn (cell source) là những tế bào sơ khai chưabiệt hoá có khả năng phát triển thành nhiều loại tế bào khác nhau trong cơ thể Khảnăng này cho phép chúng hoạt động như một "hệ thống sửa chữa" của cơ thể, khi đượcđưa vào các bộ phận khác nhau, tế bào gốc có thể phân chia không giới hạn để lấp đầynhững thiếu hụt tế bào của bộ phận đó (bù đắp cho những tế bào chết đi) chừng nào cơthể còn sống
- Tế bào gốc là các tế bào chưa biệt hóa, có thể tự tái tạo (self renew) và phânchia nhiều lần Trong những điều kiện sinh lý/thực nghiệm nhất định, tế bào gốc
có thể cảm ứng biệt hóa thành các tế bào có chức năng chuyên biệt như tế bào cơtim, tế bào tuyến tụy, tế bào bào da, tế bào máu, tế bào thần kinh…
1.1.2 Nguồn gốc tế bào gốc.
Tất cả chúng ta đều khởi đầu sự sống từ một tế bào duy nhất, gọi là hợp tử, hìnhthành sau quá trình thụ tinh Hợp tử phân chia tạo thành hai tế bào; mỗi một tế bàotrong đó lại phân chia và cứ tiếp diễn như vậy Khoảng 5 ngày sau khi thụ tinh, hợp tử
có dạng một quả bóng rỗng, với khoảng 150 tế bào được gọi là phôi bào (blastocyst).Phôi bào thậm chí còn nhỏ hơn một hạt cát, bao gồm 2 nhóm tế bào: nguyên bào nuôiphôi (trophoblast) và khối tế bào nội tại trong phôi bào Tế bào gốc phôi là những tế
Trang 5bào hình thành nên khối tế bào nội tại (inner cell mass) Do tế bào gốc phôi có thể hìnhthành nên bất cứ loại tế bào nào trong cơ thể người trưởng thành nên nó còn được coi
là tế bào gốc toàn năng (pluripotent stem cell)
Tế bào gốc cũng có thể tìm thấy ở một số loại mô nhất định ở người đã phát triểntoàn diện, từ trẻ em đến người trưởng thành, với số lượng rất ít Ví dụ, tế bào gốc tủyxương (tế bào gốc máu) có trong tủy của xương, chúng phát triển thành tất cả các loại
tế bào máu chuyên biệt
1.1.3 Mục đích nghiên cứu.
Các khoa học gia đều dùng tế bào gốc để nghiên cứu xem có thể làm nảy sinh ranhiều loại tế bào khác nhau của các bộ phận trong cơ thể hay không? Và nếu thực hiệnđược điều đó thì tế bào gốc có thể được áp dụng trong trị bệnh, để thay thế cho tế bào
đã bị hư hao vì bệnh tật cũng như ngăn ngừa sự già hóa
Hai vấn đề cốt lõi về tế bào gốc mà các nhà khoa học đang muốn nghiên cứu sâu là:
“Tại sao tế bào gốc lại là tế bào không chuyên dụng có thể tự tái tạo trong nhiều năm
và những triển vọng khi áp dụng công nghệ tế bào gốc vào y học và đời sống”
- 1981: Evans và Kaufman và Martin phân lập được tế bào gốc phôi từ khối tế bàobên trong của phôi túi (blastocyst) chuột
- 1995 -1996: Tế bào gốc phôi linh trưởng có nhân lưỡng bội bình thường đượcphân lập từ khối tế bào bên trong của phôi túi và duy trì trên in vitro
- 1998: Thomson và cộng sự ở đại học Wisconsin-Madison (Mỹ) tạo ra dòng tếbào gốc phôi người đầu tiên từ khối tế bào bên trong của phôi túi
- 1999: Khẳng định khả năng chuyển biệt hóa (transdifferentiation) hay tính mềmdẻo (plasticity) của tế bào gốc trưởng thành
Trang 6- 2001: Tìm ra một số phương pháp định hướng tế bào gốc biệt hóa trên in vitrotạo ra các mô có thể dùng cho ghép mô.
- 2003: Tạo được noãn bào từ tế bào gốc phôi chuột Điều này gợi ý rằng tế bàogốc phôi có thể có tính toàn năng, bằng thực nghiệm có thể làm một tế bào “trẻlại”
- 2005: Phát triển kỹ thuật mới cho phép tách chiết tế bào gốc phôi mà không làmtổn thương phôi
- 2007: Mario Capecchi, Martin Evans và Oliver Smithies đã nhận giải thưởng Nobel
Y học về các khám phá nền tảng liên quan đến tế bào gốc phôi chuột
- 2012: John Gurdon và Shinya Yamanaka đã nhận giải Nobel Y học về phát minh các
tế bào trưởng thành có thể “ tái lập trình” để trở thành tế bào các loại (trừ tế bào bào thai)
1.2 Đặc điểm của tế bào gốc.
1.2.1 Tế bào gốc là tế bào không chuyên dụng.
Một đặc điểm cơ bản của tế bào gốc là nó không chứa một cấu trúc mô đặc biệt nàonên nó cũng không thực hiện một chức năng chuyên dụng nào Một tế bào gốc khôngthể phối hợp với các tế bào gần đó để lưu thông máu trong cơ thể (như tế bào cơ tim),
nó không thể mang các phân tử oxy trong dòng máu (như hồng huyết cầu), nó khôngthể đốt cháy điện hóa học giúp cơ thể có thể di chuyển, nói năng (như tế bào thầnkinh) 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
1.2.2 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 bàogốc 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 thànhhàng triệu tế bào gốc khác trong thời gian vài tháng Nếu sau một quá trình tái tạo tếbào gốc vẫn là tế bào không chuyên dụng- có thể coi là tế bào mẹ, thì nó lại tiếp tục táitạo thành các tế bào mới Các điều kiện để duy trì tế bào gốc như tế bào không chuyêndụng là mối quan tâm lớn của các nhà khoa học
Trang 71.2.3 Tế bào gốc có thể biến đổi thành tế bào chuyên dụng.
Khi tế bào gốc biến đổi thành tế bào chuyên dụng quá trình này được gọi là sự phân
ly Hiện các nhà khoa học vẫn đang đi những bước đầu tiên tìm hiểu những yếu tố bêntrong và bên ngoài quá trình này Yếu tố bên trong được kiểm soát bởi gen của tế bàonằm trên các chuỗi ADN, có khả năng mang tải thông tin về cấu trúc và chức năng của
tế bào Các yếu tố bên ngoài là các hóa chất do các tế bào khác kiểm soát, là sự tươngtác với các tế bào khác và một số phân tử trong môi trường vi mô
2 Phân loại tế bào gốc.
- Theo đặc tính hay mức độ biệt hoá: Theo mức độ biệt hoá có thể xếp tế bào
gốc thành bốn loại: toàn năng (hay thuỷ tổ), vạn năng, đa năng và đơn năng
+ Tế bào gốc toàn năng hay tế bào gốc thủy tổ (totipotent stem
cells):
Là những tế bào có khả năng biệt hóa thành tất cả các loại tế bào cơ thể từ một tếbào ban đầu Tế bào toàn năng có khả năng phát triển thành thai nhi, tạo nên một cơ thể sinhvật hoàn chỉnh Trứng đã thụ tinh (hợp tử) và các tế bào được sinh ra từ những lần phân chiađầu tiên của tế bào trứng đã thụ tinh (giai đoạn 2 - 4 tế bào – các blastosomer) là các tế bàogốc toàn năng, có khả năng phân chia và biệt hóa ra tất cả các dòng tế bào để tạo nên một cơthể sinh vật hoàn chỉnh
+ 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 cónguồn gốc từ ba lá mầm phôi – lá trong, lá giữa và lá ngoài Ba lá mầm phôi này lànguồn gốc của tất cả các loại tế bào chuyên biệt khác nhau của cơ thể Khác với tế bào
Trang 8gốc toàn năng, các tế bào gốc vạn năng không thể phát triển thành thai, không tạo nênđược một cơ thể sinh vật hoàn chỉnh mà chỉ có thể tạo nên được các tế bào, mô nhấtđịnh Các tế bào gốc phôi lấy từ khối tế bào bên trong (inner cell mass) là những tế bàogốc vạn năng
Hình 3 Tế bào gốc vạn năng (Pluripotent stem cells)
+ 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
tế bào ban đầu Các tế bào được tạo thành nằm trong một hệ tế bào có liên quan mậtthiết, ví dụ chỉ tạo nên các tế bào máu (bao gồm hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầulympho…), hoặc chỉ tạo nên các tế bào của hệ thống thần kinh Thường thì các tế bàogốc trưởng thành như tế bào gốc tạo máu, tế bào gốc thần kinh chỉ có tính đa năng;nhưng trong những điều kiện nhất định, chúng vẫn có thể chuyển biệt hóa và trở nên cótính vạn năng
Trang 9
Hình 4 Tế bào gốc đa năng (Multipotent stem cells)
+ 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 đầudòng (progenitor cells), là những tế bào gốc chỉ có khả năng biệt hóa theo một dòng Ví
dụ mẫu tiểu cầu, tế bào định hướng dòng lympho, tế bào định hướng dòng hồng cầu,dòng bạch cầu Trong điều kiện bình thường, các tế bào gốc trưởng thành trong nhiều
tổ chức 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
- Theo nguồn gốc phân lập: Theo nguồn gốc phân lập có thể xếp loại tế bào gốc
làm 3 loại: tế bào gốc phôi (trong đó có tế bào gốc phôi thực thụ và tế bào mầm phôi),
tế bào gốc thai, và tế bào gốc trưởng thành:
+ Tế bào gốc phôi (Embryonic stem cells-ESCs) và tế bào mầm phôi (Embryonic germ cells):
• Tế bào gốc phôi là các tế bào gốc vạn năng được lấy từ phôi giai đoạn sớm (4-7ngày tuổi) Ở giai đoạn này phôi có hình cầu và được gọi là phôi túi (blastocyst) Phôi túi
có cấu trúc gồm 3 thành phần: Một lớp tế bào bên ngoài (trophoblast), một khoang chứađầy dịch và một nhóm có khoảng 30 tế bào vạn năng nằm lệch về một cực gọi là khối tếbào bên trong (inner cell mass) Dùng một loại enzyme đặc biệt để phân tách các tế bào củakhối này sẽ thu được các tế bào gốc phôi
Hình 5 Tế bào gốc phôi được tạo thành
Trang 10• Tế bào mầm phôi là các tế bào
mầm nguyên thủy có tính vạn năng Đó
là các tế bào sẽ hình thành nên giao tử
(trứng và tinh trùng) ở người trưởng
thành Các tế bào mầm nguyên thủy
này được phân lập từ phôi 5-9 tuần tuổi
hoặc từ thai nhi So với tế bào gốc
phôi, các tế bào mầm phôi khó duy trì
dài hạn hơn trong nuôi cấy nhân tạo do
chúng ở giai đoạn biệt hóa cao hơn
Hình 6 Tế bào mầm phôi (Embryonic germ cells)
+ 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
Hình 7 Tế bào gốc thai (Foetal stem cells)
+ Tế bào gốc trưởng thành (Adult stem cells/Somatic stem cells):
Còn gọi là tế bào gốc thân Là các tế bào chưa biệt hóa được tìm thấy với một
số lượng ít trong các mô của người trưởng thành (máu ngoại vi, mô não, mô da, môcơ…) Tuy nhiên, cũng có thể tìm thấy ở trẻ em, thai nhi và có thể tách chiết từ máucuống rốn Trong cơ thể, vai trò chủ yếu của các tế bào gốc trưởng thành là duy trì vàsửa chữa tổ chức mà ở đó chúng được tìm ra
Trang 11Hình 8 Vị trí của tế bào gốc trưởng thành trong cơ thể người
Bình thường, các tế bào gốc trưởng thành được cho là có tính đa năng, chúng
có thể phát triển thành nhóm các tế bào có quan hệ mật thiết với nhau trong cùng một
tổ chức Ví dụ tế bào gốc tạo máu có khả năng hình thành nên tất cả các loại tế bàomáu khác nhau bao gồm hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu, lympho… Tuy nhiên, các bằngchứng gần đây cho thấy một số loại tế bào gốc trưởng thành còn có thể có tính vạnnăng, hoặc ít nhất có khả năng biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau (tức là cótính mềm dẻo-plasticity)
3 Nguồn lấy tế bào gốc.
- Nguồn lấy tế bào gốc phôi:
Tế bào gốc phôi được lấy từ khối tế bào bên trong (inner cell mass) của phôi túi (blastocyst) phát triển từ:
+ Các phôi tạo nên bằng kỹ thuật thụ tinh trong ống nghiệm
+ Các phôi nhân bản (cloned embryo) tạo nên bằng tách blastosomer trong
giai đoạn phôi 2- 4 tế bào, hoặc bằng phân chia phôi túi
+ Các phôi nhân bản vô tính tạo nên bằng kỹ thuật chuyển nhân tế bào thân
- Nguồn lấy tế bào mầm phôi và tế bào gốc thai:
Nguồn lấy tế bào mầm phôi và tế bào gốc thai là thai động vật hoặc thai thainhi nạo bỏ Với thai người nạo bỏ, thường chỉ lấy ở thai nhi dưới 6 tuần tuổi (thai
Trang 12Hình 10 Tế bào gốc lấy
từ tủy xương
sớm, mức độ biệt hóa chưa cao) Tổ chức mầm sinh dục thai là nơi lấy tế bào mầmphôi, các tổ chức khác của thai (não, gan) là nơi lấy tế bào gốc thai
- 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 9 Các nguồn lấy tế bào gốc
4 Một số nghiên cứu về tế bào gốc.
4.1 Tế bào gốc tạo máu.
Ghép tế bào gốc tạo máu hay thường
được gọi ngắn gọn là ghép tủy là một phương
pháp điều trị bệnh được ứng dụng nhiều trong
ngành huyết học và ung thư học Phương pháp
này thực hiện quá trình cấy ghép tế bào gốc
tạo máu lấy từ tủy xương hoặc từ máu ghép
vào cơ thể người bệnh để chữa các bệnh lý
huyết học, bệnh lý miễn dịch, di truyền và
một số bệnh lý ung thư khác
Hơn 50 năm kinh nghiệm về tế bào gốc tạo máu các nhà khoa học đã hiểu biếtkhá nhiều và sử dụng chúng như một liệu pháp Hiện nay việc cấy những tế bào gốctạo máu đã cho thấy thành công trong việc rối loạn máu và bệnh miễn dịch
Người ta cũng đã thử sức trong lĩnh vực sử dụng tế bào gốc trong hóa trị liệubệnh ung thư nhưng vấn đề này còn phải nghiên cứu nhiều Một khó khăn trong nghiên
Trang 13Hình 12 Cấu trúc của một tế bào thần kinh
cứu là nếu thiếu thận trọng các tế bào ung thư đôi khi cũng được thu nhận và đưa trởvào cơ thể bệnh nhân cùng với các tế bào gốc
4.2 Thí nghiệm về tế bào gốc thần kinh chuột.
Ở Canada và Ý, một nhóm các nhà khoa học đã ghép các tế bào gốc thần kinhchuột vào những con chuột đã bị rút hết tủy Kết quả là các tế bào gốc này thay đổi sốphận của chúng và biến thành các tế bào gốc tạo máu, những loại tế bào thường chỉ có
ở tủy xương và là nguồn sản sinh ra hồng cầu và các tế bào miễn dịch khác Từ đó làmột phần của làn sóng các nghiên cứu công bố tồn tại hiện tượng chuyển hướng biệthóa và điều đó gợi ý việc có khả năng tạo ra các mô thay thế mà không cần phải hủyphôi để lấy tế bào gốc phôi
Một nhóm nghiên cứu khác đã phải mất đến hơn hai năm làm việc cật lực họđưa tế bào gốc thần kinh vào 128 con chuột cũng đã bị rút tủy Tuy nhiên sau một thờigian nghiên cứu họ đã không thu được kết quả và nhiều người đã công nhận sự thànhcông ở trên là sự kỳ diệu Vì vậy, cho đến nay vẫn chưa có sự nhất trí chung về việcliệu hiện tượng trên có có ý nghĩa thực tiễn trong y học hay không?
4.3 Sản xuất noron từ tế bào gốc.
Một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Phòng thí nghiệm gen (LOEX), trường Đạihọc Laval (Quebec, Canada) đã thành công trong việc tạo ra các noron từ các tế bàogốc ở da người
Công trình của họ đã chỉ ra rằng dangười chứa đựng các tế bào có khả năng tựphân biệt, nhất là các tế bào thần kinh Cácthử nghiệm ở LOEX, từ da người lớn có đượcsau khi phẫu thuật thẩm mỹ, đã cho thấy rằngcác tế bào gốc ở da có thể được nhân và tựkhác nhau trong ống nghiệm được đặt ở nơithích hợp Chúng dần dần tạo thành hìnhdạng đặc trưng của các noron, não người cóhơn 100 tỉ noron, mỗi noron liên kết với khoảng 10.000 noron khác
Khám phá này có thể sẽ có ảnh hưởng lớn tới giới nghiên cứu noron và có thể
mở ra triển vọng điều trị các căn bệnh liên quan đến thần kinh
Sợi nhánh
Thân
tế bào
Nút Ranvier
Đầu cuối sợi trục
Nhân
Sợi trục Bao Myelin
Tế bào Schwann
