CÔNG NGHỆ SINH HỌC Chương 4: TẾ BÀO GỐC (STEM CELL)

NỘI DUNG  Một số khái niệm  Định nghĩa  Lịch sử  Phân loại  Tiềm năng ứng dụngMỘT SỐ KHÁI NIỆM  Biệt hóa (differentiation): Là quá trình các tế bào mang một đặc tính riêng biệt và trở thành “được định hình” dưới góc độ phôi thai học.  Chuyển biệt hóa (transdifferentiation) hay tính “mềm dẻo” (plasticity): Là khả năng một tế bào gốc, phần nào đã “được định hình”, có thể biệt hóa thành các loại tế bào khác với loại mà nó “được định hình”.  Diễn ra in vitro  Diễn ra in vivo khi tế bào gốc được đưa vào tổ chức tương ứngMỘT SỐ KHÁI NIỆM  Giải biệt hóa hay phản biệt hóa hay biệt hóa ngược (dedifferentiation): Là quá trình trong đó đặc tính “được định hình” của một tế bào bị đảo ngược. Tức là từ một tế bào đã biệt hóa trở thành tế bào ít biệt hóa hơn.  Trước kia nhiều người cho rằng không thể giải biệt hóa tế bào. Tế bào được sinh ra, biệt hóa rồi chết là một quá trình không thể đảo ngược.  Tuy nhiên, những thành tựu nghiên cứu gần đây cho thấy có thể giải biệt hóa tế bào. Tính mềm dẻo của tế bào gốc trưởng thành là một minh chứng cho khả năng giải biệt hóa tế bào.ĐỊNH NGHĨA  Tế bào gốc là các tế bào chưa biệt hóa, có thể tự tái tạo (self renew) và phân chia nhiều lần.  Trong những điều kiện thích hợp, chúng có thể biệt hóa thành các kiểu TB chức năng trong cơ thể như TB cơ tim, TB da, TB não, TB sinh dục…LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU  1900, giới khoa học châu Âu nhận ra rằng mọi tế bào máu bắt nguồn từ một TB nguyên thủy đặc thù => ‘Tế bào gốc  1940, các nhà nghiên cứu phát hiện các dòng TB gốc phôi ở chuột.  1981, Gail Martin và Martin Evans lần đầu tiên tách được TB gốc từ phôi chuột.  1997, nhóm Ian Wilmut công bố nhân bản thành công động vật có vú đầu tiên => cừu Dolly.LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU  1998, Jame.Thomson, Madison và John Gearhart ( Mỹ) nuôi cấy thành công TB gốc người.  2001, Các nhà khoa học tại Advanced Cell Technology đã nhân bản phôi người thành công đầu tiên (giai đoạn 4 – 6 tế bào).  2005, Các nhà nghiên cứu ở Đại học Kingston (Anh) đã tuyên bố phát hiện một loại TB gốc giống TB gốc phôi được thu nhận trong máu

Thái Nguyên, 2010

Chương 4

TẾ BÀO GỐC (STEM CELL)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

KHOA CNSH - CNTP

MỘT SỐ KHÁI NIỆM

mang một đặc tính riêng biệt và trở thành “được định hình” dưới góc độ phôi thai học

“mềm dẻo” (plasticity): Là khả năng một tế bào gốc, phần nào đã “được định hình”, có thể biệt hóa thành các loại tế bào khác với loại mà nó

“được định hình”

 Diễn ra in vitro

 Diễn ra in vivo khi tế bào gốc được đưa vào tổ chức tương ứng

MỘT SỐ KHÁI NIỆM

ngược (dedifferentiation): Là quá trình trong đó đặc tính “được định hình” của một tế bào bị đảo ngược Tức là từ một tế bào đã biệt hóa trở

thành tế bào ít biệt hóa hơn

 Trước kia nhiều người cho rằng không thể giải biệt hóa tế bào Tế bào được sinh ra, biệt hóa rồi chết là một quá trình không thể đảo ngược

 Tuy nhiên, những thành tựu nghiên cứu gần đây cho thấy có thể giải biệt hóa tế bào Tính mềm dẻo của tế bào gốc trưởng thành là một minh chứng cho khả

năng giải biệt hóa tế bào

ĐỊNH NGHĨA

 Tế bào gốc là các tế bào chưa biệt hóa, có thể tự tái tạo (self renew) và phân chia

nhiều lần

 Trong những điều kiện thích hợp, chúng

có thể biệt hóa thành các kiểu TB chức

năng trong cơ thể như TB cơ tim, TB da,

TB não, TB sinh dục…

LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU

bào máu bắt nguồn từ một TB nguyên thủy đặc thù => '‘Tế bào gốc''

gốc phôi ở chuột

tách được TB gốc từ phôi chuột

công động vật có vú đầu tiên => cừu Dolly

LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU

( Mỹ) nuôi cấy thành công TB gốc người

Technology đã nhân bản phôi người thành công đầu tiên (giai đoạn 4 – 6 tế bào)

(Anh) đã tuyên bố phát hiện một loại TB gốc

giống TB gốc phôi được thu nhận trong máu

cuống rốn

LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU

 Tháng 10/2007, Mario Capecchi, Martin

Evans và Oliver Smithies đã nhận giải

thưởng Nobel Y học về các khám phá nền tảng liên quan đến TB gốc phôi chuột.

PHÂN LOẠI

 Theo tiềm năng biệt hóa

 Theo vị trí thu nhận

PHÂN LOẠI THEO TIỀM NĂNG

BIỆT HÓA

 Tế bào gốc toàn năng

 Tế bào gốc đa năng

 Tế bào gốc một vài tiềm năng

 Tế bào gốc đơn năng

PHÂN LOẠI THEO TIỀM NĂNG

BIỆT HÓA

(totipotent stem cells):

 Là những tế bào có khả năng biệt hóa thành tất cả các loại tế bào cơ thể từ một tế bào ban đầu

 Tế bào toàn năng có khả năng phát triển thành thai nhi, tạo nên một cơ thể sinh vật hoàn chỉnh

 Trứng đã thụ tinh (hợp tử) và các tế bào được sinh ra

từ những lần phân chia đầu tiên của tế bào trứng đã thụ tinh (giai đoạn 2 - 4 tế bào – các blastosomer) là các tế bào gốc toàn năng

PHÂN LOẠI THEO TIỀM NĂNG

 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 tế bào gốc phôi lấy từ khối tế bào bên trong

(inner cell mass) là những tế bào gốc vạn năng

PHÂN LOẠI THEO TIỀM NĂNG

BIỆT HÓA

 Tế bào gốc một vài tiềm năng

(multipotent stem cells):

nhiều loại tế bào của cơ thể từ một tế bào

ban đầu

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…), hoặc chỉ tạo nên các

tế bào của hệ thống thần kinh

PHÂN LOẠI THEO TIỀM NĂNG

 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

 Khả năng biệt hóa theo dòng này cho phép duy trì

trạng thái sẵn sàng tự tái tạo mô, thay thế các tế bào

mô chết vì già cỗi bằng các tế bào mô mới

PHÂN LOẠI THEO NGUỒN GỐC

PHÂN LOẠI THEO NGUỒN GỐC

Zygote Phôi dâu

(3 ngày)

Phôi nang (5-7 ngày)

(Vạn tiềm năng) mầm phôi Tế bào

(Vạn tiềm năng)

Tế bào gốc từ người trưởng thành

(Một vài tiềm năng)

Sơ sinh Trưởng thành

Tế bào gốc nhũ nhi từ dây rốn, nhau thai, trẻ sơ sinh

(Đa tiềm năng)

PHÂN LOẠI THEO NGUỒN GỐC

 Tế bào gốc phôi là các tế bào gốc vạn năng được lấy

từ giai đoạn phôi nang (4-7 ngày tuổi)

 Blastocyst có cấu trúc gồm 3 thành phần: Một lớp tế bào bên ngoài (trophoblast), một khoang 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)

Tế bào gốc phôi

(Embryonic stem

cells-ESCs):

(Nguồn: Fischbach GD và Fischbach RL 2004

J Clin Invest.; 114:1364-1370.)

TẾ BÀO GỐC PHÔI

(Embryonic Stem Cell)

PHÂN LOẠI THEO NGUỒN GỐC

 Tế bào mầm phôi gốc sinh dục (Embryonic germ cells):

lập từ phôi 5-9 tuần tuổi

(trứng và tinh trùng) ở người trưởng thành

PHÂN LOẠI THEO NGUỒN GỐC

 Tế bào gốc thai (Foetal stem cells):

phần phụ của thai nhi sau khi sinh

nước ối, mô nhau thai, mô cuống rốn

PHÂN LOẠI THEO NGUỒN GỐC

 Tế bào gốc trưởng thành (Adult stem

cells/Somatic stem cells):

một số lượng ít trong các mô của người

trưởng thành (tủy xương, máu ngoại vi, mô não, mô da, mô cơ…)

gốc trưởng thành là duy trì và sửa chữa tổ

chức mà ở đó chúng được tìm ra

Bone graft

Multipotential stem cell

Tế bào gốc tủy xương

Tế bào nguồn

TB nguồn lympho TB nguồn máu

Hồng cầu Tiểu cầu

Lympho B Lympho T

Tương bào TB “độc” TB mast Đại thực bào TB tua

chưa chín TB tua Bạch cầu

(Đa tiềm năng)

Tế bào gốc trưởng thành

(Adult stem cells)

PHÂN LOẠI THEO NGUỒN GỐC

 Tế bào gốc ung thư phôi (EC - Emnbryonic carcinorma cell):

trong các mô

Tế bào gốc phôi Tế bào gốc trưởng thành

Có ở phôi túi (blastocyst) với số lượng lớn Có ở các mô trưởng thành, số lượng ít

Có tính vạn năng cao hơn, dễ tăng sinh trên

nuôi cấy in vi tro, cho phép tạo ra lượng lớn

Về cơ bản có tính đa năng, có thể có tính vạn năng

Nguy cơ tạo các khối u teratoma cao

Vì thế mà tế bào gốc phôi chưa được sử

dụng trên lâm sàng Để tránh tạo khối u,

cần định hướng biệt hóa tế bào gốc phôi

trước trên nuôi cấy nhân tạo

Ít nguy cơ tạo các khối u teratoma

Do lấy từ một cơ thể khác nên tế bào gốc

phôi “lạ” với cơ thể nhận vì thế có nguy cơ

gây nên phản ứng thải ghép

- Không bất đồng miễn dịch, không gây thải ghép nếu là ghép tự thân

- Nếu ghép cho một người khác thì vẫn bất đồng gây phản ứng thải ghép

Không dùng được cho ghép tự thân, trừ

trường hợp tế bào gốc tạo ra bằng kỹ thuật

Các tế bào gốc của bản thân là nguồn tế bào tốt nhất cho ghép

NGUỒN THU NHẬN TẾ BÀO GỐC

 Tế bào gốc phôi được lấy từ khối tế bào

bên trong (inner cell mass) của phôi nang (blastocyst) phát triển từ:

ống nghiệm

bằng tách blastosomer trong giai đoạn phôi 2-

4 tế bào, hoặc bằng phân chia blastocyst

thuật chuyển nhân tế bào thân

NGUỒN THU NHẬN TẾ BÀO GỐC

 Nguồn lấy tế bào mầm phôi và tế bào gốc thai là thai động vật hoặc thai thai nhi nạo

bỏ

 Nguồn lấy tế bào gốc trưởng thành:

Thường lấy từ các tổ chức trưởng thành

như: máu cuống rốn, trung mô cuống rốn, tủy xương, máu ngoại vi, nang lông, tổ

chức não…

 Biến đổi gen động vật

 Trong nghiên cứu cơ bản

TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG

TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG

 TBG phôi (ES):

số bệnh: Bệnh Parkinson, tiểu đường, loạn dưỡng

cơ Duchenne, thoái hóa thần kinh, tim, tạo

xương…

 Nghiên cứu tìm hiểu quá trình, thời điểm định

hướng biệt hóa của TB thành những dòng TB

chính của cơ thể => định hướng các bộ phận thô sơ của các mô, cơ quan => các loại TB chuyên hóa

=> cơ thể

Phôi – trứng được thụ

tinh hoặc nhân bản vô

tính để tạo phôi, phôi

bắt đầu phân chia

1 đến 5 ngày – Phôi

phân chia nhiều lần tạo

phôi nang (phôi bào)

hình cầu

5 đến 7 ngày – TB gốc phôi đã phát triển và có thể quan sát được

Dòng TB gốc – TB gốc được tách ra và phát triển trong đĩa nuôi cấy Khi

chúng phân chia tạo ra dòng TB gốc

Sản xuất TB – Sử dụng các công thức dinh dưỡng

và các yếu tố khấc nhau biến đổi TB gốc thành hơn

200 loại TB khác nhau

TB Cơ - Khôi phục

TB Tụy Tạng –

Sử dụng điều trị tiểu đường.

TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG

 TBG trưởng thành (AS):

 Vai trò: Duy trì và sửa chữa mô => Ứng dụng trong cấy ghép trị liệu

TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG

MỘT SỐ ỨNG DỤNG ĐIỂN HÌNH

Khôi phục cơ tim bằng TB gốc trưởng thành

1 TB gốc được

tuyển lựa từ tủy

xương chậu của

Trẻ hóa mô tim

MỘT SỐ ỨNG DỤNG ĐIỂN HÌNH

TB gốc.

5 Các TB được tiêm vào cho bệnh nhân để điều trị bệnh Cơ thể người bệnh sẽ không đào thải các TB này

vì chúng chứa DNA của chính bệnh nhân đó.

4 Các TB gốc được chuyển sang một đĩa nuôi cấy khác nhau để biệt hóa thành các loại TB mong muốn

Tế bào gốc

tăng sinh tế bào

Cấy ghép vào bệnh nhân

Bệnh nhân ung thư máu

dòng tuỷ

TBG đa tiềm năng

TBG vạn tiềm năng

Trong cơ thể bệnh nhân