Tế bào là đơn vị tổ chức cơ bản của tất cả các cơ thể sống, tất cả tính chất
và hoạt động của cơ thể sống đều có cơ sở ở tính chất và hoạt động của tế bào dù la co thé don bao hay da bao.
Một trong những thành tựu của Sinh học tế bào là ứng dụng các kiến thức
của Sinh học tế bào vào thực tiễn sản xuất và đời sống. Ứng dụng kỹ thuật nuôi cay té bao invitro, lai tế bào, cây chuyển nhân đã dẫn đến hình thành công nghệ thụ tinh trong ống nghiệm để chữa bệnh vô sinh, công nghệ tạo kháng thể đơn
dòng để chân đoán và chữa bệnh, công nghệ nhân bản vô tính thực vật và động vật để sản xuất giống cây trồng và vật nuôi theo thiết kế của nhà sản xuất.
1.4.1. Công nghệ tẾ bào động vật
1.4.1.1. Công nghệ nhân bản vô tính động vật | a. Khái niệm: Nhân bản vô tính là thuật ngữ dé chi qua trình hình thành cơ
thể đa bào không bằng con đường sinh sản hữu tính mà thông qua sự phát triển
của tế bào soma bằng cách phân bào nguyên nhiễm và biệt hóa tế bào thành cơ
thé trong điều kiện nuôi cây ivifro. |
Đối với người và động vật có vú có đặc điểm thụ tỉnh trong và phôi phát triển trong dạ con của mẹ dưới sự nuôi dưỡng qua rau thai, vì vậy kỹ thuật nhân
bản nhân bản vô tính khó thực hiện.
b. Ứng dụng:
- Công nghệ nhân bản vô tính được ứng dụng trong chăn nuôi tạo giống vật nuôi có năng suât cao, chât lượng tôt phục vụ cho chăn nuôi công nghiệp quy '
20
đó lại thấy chúng tái sinh dẫn đến tạo lại cơ thể hải miên toàn vẹn. Khi trộn lẫn hai loại tế bào của hai loài hải miên là nâu và da cam. Đầu tiên thấy có sự tập hợp lại của cả hai loại tế bào, nhưng sau đó thì các tế bào di chuyển và sắp nhóm lại, cuối cùng tạo nên hai tập hợp riêng lẻ chỉ chứa các tế bào cùng loài.
Khi nghiên cứu ở phôi gà : Người ta đem tách rời các tế bào sụn và tế bào
gan. Sau đó thấy từ hỗn hợp tế bảo sụn và gan tạo thành các tổ hợp tế bào khác
nhau: loại chỉ gồm tế bào sụn, loại chỉ gồm tế bào gan.
Người ta cho rằng khả năng nhận biết nhau giữa các tế bào chắc chắn được
quy định bởi tính đặc trưng của màng tế bào. |
1.4. SINH HOC TE BAO VOI SAN XUAT VA DOI SONG
Tế bào là đơn vị tổ chức cơ bản của tất cả các cơ thể sống, tất cả tính chất và hoạt động của cơ thê sống đều có cơ sở ở tính chất và hoạt động của tế bào dù
la co thé don bao hay da bao.
Một trong những thành tựu của Sinh học tế bào là ứng dụng các kiến thức
của Sinh học tế bào vào thực tiễn sản xuất và đời sống. Ứng dụng kỹ thuật nuôi
cấy tế bào ứwiiro, lai tế bào, cây chuyên nhân đã dẫn đến hình thành công nghệ thu tinh trong ống nghiệm để chữa bệnh vô sinh, công nghệ tạo kháng thể đơn dòng để chân đoán và chữa bệnh, công nghệ nhân bản vô tính thực vật và động vật để sản xuất giống cây trồng và vật nuôi theo thiết kế của nhà sản xuất.
1.4.1. Công nghệ tế bào động vật
1.4.1.1. Công nghệ nhân bản vô tính động vật
a. Khải niệm: Nhân bản vô tính là thuật ngữ để chỉ quá trình hình thành cơ thé da bao không bằng con đường sinh sản hữu tính mà thông qua sự phát triển
của tế bào soma bằng cách phân bào nguyên nhiễm và biệt hóa tế bào thành cơ thể trong điều kiện nuôi cấy imvifro.
Đối với người và động vật có vú có đặc điểm thụ tỉnh trong và phôi phát triển trong dạ con của mẹ dưới sự nuôi dưỡng qua rau thai, vì vậy kỹ thuật nhân
bản nhân bản vô tính khó thực hiện.
b. Ứng dụng:
- Công nghệ nhân bản vô tính được ứng dụng trong chăn nuôi tạo giỗng vật nuôi có năng suât cao, chât lượng tôt phục vụ cho chăn nuôi công nghiệp quy
20
mô lớn, kết hợp với công nghệ gen tạo giống vật nuôi chống chịu bệnh tật, thích
nghi với điều kiện chăn nuôi...
Sự kiện tháng 7 — 1996, khi báo chí công bố con cừu Dolly ra đời bằng kỹ
thuật nhân bản vô tính với nhân lấy từ tế bào tuyến vú của cừu mẹ trưởng thành 6 năm tuổi do ông I. Wilmut thực hiện ở Anh đã gây một tiếng vang lớn trong giới khoa học và cả xã hội về nhiều phương điện.
Tế bào cho
<3 lấy từ vú cừu Nhân cho
G — Hòa hai tế hào
hằng dòng điện
Tế bào trứng
wa Húi bỏ nhân trửng “Spe bao hoa
Trứng lấy từ — —⁄- trộn bất đầu một cừu cái ru phân chia
| ` : bình thường
nhân bản ae
ee Đặt phôi vàc Phôi phát triển tử cung mẹ nuôi thành cừu Dolly
- Công nghệ nhân bản được ứng dụng trong y học để tạo các mô, các cơ quan phục vụ cho liệu pháp cấy ghép mô, co quan và ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy tế bào imviro, lai tế bảo, cây chuyển nhân đã dẫn đến hình thành công nghệ thu tinh trong ống nghiệm đề chữa bệnh vô sinh...
1.4.1.2. Công nghệ tẾ bào gốc
a. Khái niệm: TẾ bào gốc là những tế bào có khả năng sinh sản và biệt hóa khả thành các tế bào biệt hóa.
Theo mức độ biệt hoá có thể xếp tế bào gốc thành bốn loại: toàn năng (hay thuỷ tô), vạn năng, đa năng và đơn năng.
- TẾ bào gốc toàn năng hay tế bào gốc thủy tỗ (totipotent stem cells):
Là những tế bào có khả năng biệt hóa thành tất cả các loại tế bào cơ thê 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 tỉnh (hợp tử) và các tế bào được sinh ra từ những lần phân chia đầu tiên của tế bào trứng đã thụ tỉnh (giai đoạn 2 - 4 tế bào — các
21
mô lớn, kết hợp với công nghệ gen tạo giống vật nudi chéng chịu bệnh tật, thích nghi với điều kiện chăn nuôi...
Sự kiện tháng 7 — 1996, khi báo chí công bố con cừu Dolly ra đời bằng kỹ
thuật nhân bản vô tính với nhân lấy từ tế bào tuyến vú của cừu mẹ trưởng thành 6 năm tuổi do ông I. Wilmut thực hiện ở Anh đã gây một tiếng vang lớn trong giới khoa học và cả xã hội về nhiều phương diện. SỐ
Tế hào cho
sẽ lấy từ vú cừu Nhân cho
eS ae Hòa hai tế bào
bằng dòng điện
Tế bào trứng “Ú —,
: ơ XÃ
a . a “ A . 1 Xót 2 H `
: GẤP Hút bỏ nhân trứng “Pể bào hòa Trứng lấy từ — ⁄' trộnhắi đầu một cừu cái ada phần chia
“; | ; , binh thutng
nhân ban 1); ae
Al, Đặt phôi vào
Phôi phát triển wf cung me nudi thành cừu Dolly
- Công nghệ nhân bản được ứng dụng trong y học để tạo các mô, các cơ quan phục vụ cho liệu pháp cấy ghép mô, cơ quan và ứng dụng kỹ thuật nuôi cay té bao invitro, lai té bao, cấy chuyển nhân đã dẫn đến hình thành công nghệ
thụ tinh trong ống nghiệm để chữa bệnh vô sinh...
1.4.1.2. Công nghệ tẾ bào gốc
a. Khái niệm: TẾ bào gốc là những tế bào có khả năng sinh sản và biệt
hóa khả thành các tế bào biệt hóa. |
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 (fotipoter stem cells):
Là những tế bảo 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 tỉnh (hợp tử) và các tế bào được sinh ra từ
những lần phân chia đầu tiên của tế bào trứng đã thụ tỉnh (giai đoạn 2 - 4 tế bào — các 21
blastosomer) là các tế bào gốc toàn năng, có khả năng phân chia và biệt hóa ra tất cả các dòng tế bào đề tạo nên một cơ thể sinh vật hoàn chỉnh.
- Té bao géc van nang (pluripotent stem cells):
Là những tế bảo có khả năng biệt hóa thành tất cả các tế bào của cơ thé cd
nguồn gốc từ ba lá mầm phôi — lá trong, lá giữa và lá ngoài. Ba lá mầm phôi này là nguồn gốc của tất cả các loại tế bào chuyên biệt khác nhau của cơ thể. Khác với tế bào gốc toàn 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.
- TẾ bào géc da nang (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 đâu. Các tế bào được tạo thành năm trong một hệ tế bào có liên quan mật thiết, ví dụ chỉ tạo nên các tế bào máu (bao gôm hồng cầu, bạch cầu, tiêu cầu lympho...), hoặc chỉ tạo nên các tế bào của hệ thống thần kinh.
- TẾ bào gốc don nang (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 dụ: mẫu tiểu cầu, tế bào định hướng dòng lympho, tế bào định hướng dòng hồng cầu, dòng bạch cầu...
b. Ứng dụng
- Công nghệ tế bào gốc được ứng dụng trong tạo giống vật mở ra một hứa hẹn lớn sản xuất theo quy mô công nghiệp các sản phẩm chăn nuôi thịt, trứng, sữa, len bằng kỹ thuật nuôi cấy tế bào gốc invitro.
- Công nghệ tế bào gốc được ứng dụng trong y học làm liệu pháp tế bào,
tức là sử dụng kỹ thuật phân lập, cất giữ và nuôi cấy các tế bào gốc và điều
khiển cho chúng biệt hóa thành bất kì dòng tế bào nào, mô nào để làm nguyên
liệu thay thế tế bào mô hỏng, bị tổn thương cân thay thế.
Ví dụ: Trường hợp bị suy tủy xương, thì mô tủy xương hỏng được chích bỏ và được thay thế từ nguồn tế bào gốc tủy xương được nuôi cấy từ tế bào gốc.
22
blastosomer) là các tế bào gốc toàn năng, có khả năng phân chia và biệt hóa ra tất cả
các dòng tế bào để tạo nên một cơ thé 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 có nguồn gốc từ ba lá mầm phôi — lá trong, lá giữa và lá ngoài. Ba lá mầm phôi này
là nguồn gốc của tất cả các loại tế bào chuyên biệt khác nhau của cơ thể. Khác với tế bào gốc toàn 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 lay từ khối tế bào bên trong (inner cell mass) là những tế bào gốc vạn năng.
- TẾ bào gốc đa năng (multipotent stem cells):
Là những tế bảo 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 mật thiết, ví dụ chỉ tạo nên các tế bào máu (bao gồm hồng cầu, bạch cầu, tiêu cầu lympho...), hoặc chỉ tạo nên các tế bào của hệ thống thần kinh.
- TẾ bảo gốc đơn năng (mono/unipotential progenitor cells):
Tế bào gốc đơn năng, còn gọi là tế bào định hướng đơn dòng hay tế bảo đầu dòng (progenitor cells), là những tế bào gốc chỉ có khả năng biệt hóa theo một dòng.
Ví dụ: mẫu tiểu câu, tế bào định hướng dòng lympho, tế bào định hướng
dòng hồng cầu, dòng bạch cầu...
b. Ứng dụng
- Công nghệ tế bào gốc được ứng dụng trong tạo giống vật mở ra một hứa hẹn lớn sản xuất theo quy mô công nghiệp các sản phẩm chăn nuôi thịt, trứng, sữa, len bằng kỹ thuật nuôi cấy tế bào gốc izviro.
- Công nghệ tế bào gốc được ứng dụng trong y học làm liệu pháp tế bào, tức là sử dụng kỹ thuật phân lập, cất giữ và nuôi cấy các tế bào gốc và điều khiển cho chúng biệt hóa thành bất kì dòng tế bào nào, mô nào dé lam nguyên liệu thay thế tế bào mô hỏng, bị tổn thương cần thay thế.
Ví dụ: Trường hợp bị suy tủy xương, thì mô tủy xương hỏng được chích bỏ và được thay thế từ nguồn tế bào gốc tủy xương được nuôi cấy từ tế bào gốc.
22
1.4.1.3. Công nghệ sản xuất kháng thể đơn dòng `
a. Khái niệm: là kháng thể có tính đồng nhất về cầu trúc và tính chất được sử dụng trong miễn dịch học, y học ...
b. Quy trình tạo kháng thé don dòng:
- Chuột nhất được gây miễn dịch bằng một kháng nguyên nào đó, trong
huyết thanh miễn dịch của chuột sẽ xuất hiện các kháng thể đa dòng khác nhau
tuy mỗi dòng tế bào limpho B chỉ sản xuất một loại khản thể đơn dòng.
- Bang kỹ thuật nuôi cấy invitro với môi trường chọn lọc có chứa HAT (gồm kỹ thuật nuôi cây Hypoxantin, Aminopterin và Timidin), người ta nuôi các tế bào limpho B được tách từ lách chuột đã được miễn dịch với các tế bào u tủy myeloma và người ta thu nhận được các tế bào lai (hybridoma). |
- Các tế bào limpho B có khả năng tổng hợp kháng thê và có thê chống chịu được môi trường chứa HAT, nhưng chúng không sống được lâu và nhanh chóng bị chết đi. Các tế bào u tủy myeloma không có khả năng tông hợp khang thé nhưng chúng có khả năng sống trong điều kiện nuôi cấy imviro, nhưng vì trong môi trường chọn lọc có HAT là chất chúng không chống chịu được cho nên chúng cũng bị chết. Trái lại, các tế bào lai vừa có khả nnăng tông hợp kháng thể, sống được trong môi trường chứa HAT lại vừa có khả năng phân bào và sống lâu dài. Bằng kỹ thuật chọn dòng (clonning) để tạo ra quân thê tế bào xuất phát
từ chỉ một tế bào lai và mỗi dòng tế bào lai sẽ chỉ sản xuất ra một loại phân tử kháng thể hoàn toàn giỗng nhau đó là kháng thê đơn dòng.
c. Ứng dung trong y hoc |
- Dùng để chân đoán và chữa trị các bệnh nhiễm trùng, dùng để thử nghiệm
miễn dịch để phát hiện các kháng nguyên với nồng độ thấp.
- Các kháng thể đơn dòng chống kháng nguyên ung thư được sử dụng dé chan doan va diéu tri ung thu.
- Có thể dùng kháng thể đơn dòng dẫn dắt, hướng chất thuốc đến đúng mô ung thư để tiêu diệt chúng, do đó không gây ảnh hưởng tác hại đến mô lành.
- Kết hợp với kỹ thuật chuyển gen với kỹ thuật lai soma, người ta đã chế được các kháng thể đơn dòng đặc hiệu của người, do đó không gây nên phản
ứng miền dịch có hại khi dùng chúng.
1.4.1.3. Công nghệ sản xuất kháng thể đơn dòng `
a. Khái niệm: là kháng thể có tính đồng nhất về cấu trúc và tính chất được
sử dụng trong miễn dịch học, y học ...
b. Quy trình tạo kháng thể đơn dòng:
- Chuột nhặt được gây miễn dịch bằng một kháng nguyên nào đó, trong huyết thanh miễn dịch của chuột sẽ xuất hiện các kháng thể đa dòng khác nhau
tuy mỗi dòng tế bào limpho B chỉ sản xuất một loại khản thể đơn dòng.
- Bằng kỹ thuật nuôi cấy invitro với môi trường chọn lọc có chứa HAT (gồm kỹ thuật nuôi cây Hypoxantin, Aminopterin và Timidin), người ta nuôi các
tế bảo limpho B được tách từ lách chuột đã được miễn dịch với các tế bào u tủy
myeloma và người ta thu nhận được các tế bào lai (hybridoma).
- Các tế bào limpho B có khả năng tổng hợp kháng thê và có thể chống chịu được môi trường chứa HAT, nhưng chúng không sống được lâu và nhanh chóng bị chết đi. Các tế bào u tủy myeloma không có khả năng tổng hợp kháng thể nhưng chúng có khả năng sống trong điều kiện nuôi cay invitro, nhumg vi trong môi trường chon lọc có HAT là chất chúng không chống chịu được cho nên chúng cũng bị chết. Trái lại, các tế bào lai vừa có khả nnăng tong hop khang thé, sống được trong môi trường chứa HAT lại vừa có khả năng phân bao va sống
lâu dài. Bằng kỹ thuật chọn dòng (clonning) để tạo ra quần thể tế bào xuất phát từ chỉ một tế bào lai và mỗi dòng tế bào lai sẽ chỉ sản xuất ra một loại phân tử
kháng thể hoàn toàn giống nhau đó là kháng thé don dong.
c. Ung dung trong y hoc
- Dùng để chẩn đoán và chữa trị các bệnh nhiễm trùng, dùng đề thử nghiệm
miễn dịch để phát hiện các kháng nguyên với nông độ thấp.
- Các kháng thể đơn dòng chống kháng nguyên ung thư được sử dụng để
chân đoán và điều trị ung thư.
- Có thể dùng kháng thể đơn dòng dẫn dắt, hướng chất thuốc đến đúng mô
ung thu dé tiêu diệt chúng, do đó không gây ảnh hưởng tác hại đến mô lành. | - Kết hợp với kỹ thuật chuyên gen với kỹ thuật lai soma, người ta đã chế được các kháng thể đơn dòng đặc hiệu của người, do đó không gây nên phản
ứng miễn dịch có hại khi dùng chúng.