BÀI 2: TẾ BÀO GỐC VÀ MỘT SỐ THÀNH TỰU
I. TẾ BÀO GỐC
- Khái niệm:
Tế bào gốc là tế bào có khả năng phân chia và biệt hoá thành nhiều loại tế bào
khác nhau trong cơ thể.
+ Vai trò: Phân chia biệt
hóa để thay thế các tế bào bị chết hoặc bị tổn thương.
+ Phân loại: Dựa vào tiềm
năng biệt hoá hoặc vị trí phát sinh (nguồn gốc).
Ví dụ thực tế: Khi
chúng ta bị đứt tay hoặc trầy xước da, sau một vài ngày vết thương sẽ lành và
xuất hiện lớp da non mới. Hiện tượng này xảy ra nhờ các tế bào gốc ở lớp đáy của
da liên tục phân chia và biệt hóa để thay thế các tế bào biểu bì đã bị tổn
thương và chết đi.
1. Phân loại theo tiềm năng biệt hoá
- Tế bào gốc toàn năng:
+ Đặc điểm: Có khả năng
phân chia, biệt hoá thành mọi loại tế bào của cơ thể (kể cả tế bào màng bao bọc
phôi) để phát triển thành một cơ thể hoàn chỉnh.
+ Nguồn gốc: Hợp tử và các
tế bào phôi sớm đầu tiên sau vài lần phân bào (ở người là giai đoạn 8 tế bào).
Ví dụ thực tế:
Trong sinh sản tự nhiên, hiện tượng sinh đôi cùng trứng xảy ra khi phôi ở giai
đoạn cực sớm (2 đến 8 tế bào) bị tách làm đôi. Mỗi nhóm tế bào này vẫn giữ
nguyên tính toàn năng nên tự phát triển thành một cơ thể em bé hoàn chỉnh độc lập.
- Tế bào gốc vạn năng:
+ Đặc điểm: Có thể biệt hoá
thành mọi loại tế bào phôi (ngoại bì, trung bì, nội bì) ngoại trừ lớp màng bao
bọc phôi. Không thể tự phát triển thành cơ thể hoàn chỉnh.
+ Nguồn gốc: Tế bào phôi sớm
(khối tế bào bên trong của phôi nang).
Ví dụ thực tế:
Các nhà khoa học đã nuôi cấy thành công tế bào gốc vạn năng phôi trong phòng
thí nghiệm và kích thích chúng biệt hóa thành các tế bào cơ tim khỏe mạnh để cấy
ghép, thay thế vùng cơ tim bị hoại tử ở những bệnh nhân sau nhồi máu cơ tim.
- Tế bào gốc đa tiềm năng:
+ Đặc điểm: Tiềm năng biệt
hoá bị hạn chế hơn, chỉ có thể biệt hoá thành một số loại tế bào chuyên hoá nhất
định trong cùng một nhóm/hệ cơ quan.
+ Nguồn gốc: Tìm thấy ở
phôi muộn và các mô của cơ thể trưởng thành.
Ví dụ thực tế: Tế
bào gốc tạo máu trong tủy xương là tế bào gốc đa tiềm năng. Chúng chỉ có thể biệt
hóa thành các tế bào thuộc hệ tuần hoàn máu như hồng cầu (vận chuyển oxy), bạch
cầu (bảo vệ cơ thể) hoặc tiểu cầu (đông máu) chứ không thể biệt hóa thành tế
bào cơ hay tế bào gan.
- Tế bào gốc đơn năng:
+ Đặc điểm: Chỉ có khả năng
phân chia và biệt hoá thành một loại tế bào chuyên hoá duy nhất.
+ Nguồn gốc: Tồn tại ở các
mô trưởng thành cụ thể.
Ví dụ thực tế: Tế
bào gốc tinh trùng trong tinh hoàn của nam giới chỉ có khả năng phân chia và biệt
hóa thành một loại tế bào chuyên biệt duy nhất là tinh trùng, đóng vai trò quyết
định trong quá trình sinh sản.
BẢNG
SO SÁNH CÁC LOẠI TẾ BÀO GỐC THEO TIỀM NĂNG BIỆT HÓA
|
Tiêu
chí |
Tế
bào gốc toàn năng |
Tế
bào gốc vạn năng |
Tế
bào gốc đa tiềm năng |
Tế
bào gốc đơn năng |
|
Khả năng biệt hóa |
Tạo ra tất cả các loại tế bào + màng bao phôi |
Tạo ra mọi loại tế bào cơ thể (trừ màng bao phôi) |
Tạo ra một số loại tế bào trong cùng hệ cơ quan |
Chỉ tạo ra 1 loại tế bào chuyên biệt duy nhất |
|
Phát triển thành cơ thể mới |
Có thể |
Không thể |
Không thể |
Không thể |
|
Đại diện tiêu biểu |
Hợp tử, phôi giai đoạn dưới 8 tế bào |
Tế bào phôi sớm |
Tế bào gốc tủy xương |
Tế bào gốc tinh trùng |
2. Phân loại theo vị trí phát sinh
- Tế bào gốc phôi
(Embryonic stem cells):
+ Vị trí: Lấy từ phôi giai
đoạn sớm.
+ Tiềm năng: Thường là tế
bào gốc vạn năng.
- Tế bào gốc trưởng thành:
+ Vị trí: Tồn tại với số lượng
rất nhỏ ở các mô, cơ quan của cơ thể trưởng thành.
+ Tiềm năng: Thường là tế
bào gốc đa tiềm năng hoặc đơn năng.
+ Cơ chế hoạt động: Tế bào
gốc phân chia tạo tế bào gốc mới và tế bào tiến thân (tế bào trung
gian). Tế bào tiến thân nhận tín hiệu hóa học từ môi trường xung quanh để biệt
hóa thành tế bào chuyên hóa cần thiết.
Ví dụ thực tế:
Tủy răng sữa của trẻ em chứa nguồn tế bào gốc trưởng thành rất dồi dào. Hiện
nay, nhiều gia đình lựa chọn công nghệ lưu trữ tế bào gốc từ răng sữa đã rụng của
con để làm "bảo hiểm sinh học", dự phòng điều trị các bệnh hiểm nghèo
cho chính trẻ trong tương lai.
II. THÀNH TỰU TRONG SỬ DỤNG TẾ BÀO GỐC
- Trong nghiên cứu khoa học cơ bản:
+ Giúp làm sáng tỏ quá
trình phát triển cá thể từ hợp tử đến cơ thể trưởng thành.
+ Hiểu rõ cơ chế điều hòa
hoạt động của gene dẫn đến sự biệt hóa tế bào.
Ví dụ thực tế:
Bằng cách theo dõi các tín hiệu hóa học kích hoạt tế bào gốc biệt hóa, các nhà
khoa học đã giải mã được nguyên nhân gây ra một số dị tật bẩm sinh ở thai nhi từ
những tuần đầu tiên của thai kỳ.
- Liệu pháp tế bào gốc cảm ứng:
+ Thành tựu: Năm 2006,
Shinya Yamanaka (Nhật Bản) đã tìm ra cách chuyển đổi tế bào chuyên hóa ở người
trưởng thành trở lại thành tế bào gốc phôi (gọi là tế bào gốc cảm ứng - iPSCs).
+ Ý nghĩa: Mở ra hướng đi mới
trong y học tái tạo mà không cần sử dụng phôi thai người, tránh được các tranh
cãi gay gắt về mặt đạo đức sinh học.
Ví dụ thực tế: Các
nhà khoa học lấy tế bào da của một bệnh nhân Parkinson, lập trình lại thành tế
bào gốc cảm ứng (iPSCs), sau đó kích thích chúng phát triển thành các tế bào thần
kinh sản xuất dopamine bị thiếu hụt để cấy ngược lại cho chính bệnh nhân đó mà
không sợ bị thải ghép.
+ Ứng dụng: Điều trị ung
thư máu, tiểu đường type 1, Parkinson, phục hồi tổn thương tủy sống,...
Ví dụ thực tế: Trong
điều trị ung thư máu (bạch cầu cấp), bệnh nhân được hóa trị để tiêu diệt toàn bộ
tế bào máu ung thư. Sau đó, họ được truyền ghép tế bào gốc tạo máu khỏe mạnh từ
tủy xương của người hiến tặng phù hợp để tái tạo lại hệ thống miễn dịch và dòng
máu mới hoàn toàn khỏe mạnh.
- Công nghệ tạo cơ quan nhân tạo:
+ Thành tựu: Nuôi cấy tế
bào gốc trong phòng thí nghiệm để tạo ra các cơ quan thu nhỏ (organoid) như
não, gan, thận, phổi nhân tạo...
Ví dụ thực tế: Trong
đại dịch COVID-19, các nhà khoa học đã tạo ra các phế nang phổi nhân tạo (lung
organoids) từ tế bào gốc phôi để nghiên cứu cơ chế xâm nhập và phá hủy phổi của
virus SARS-CoV-2, từ đó thử nghiệm nhanh chóng các loại thuốc kháng virus hiệu
quả mà không cần thử nghiệm trực tiếp gây nguy hiểm trên người.
- Triển vọng tương lai:
+ Tạo ra mô, cơ quan cấy
ghép từ chính tế bào gốc của người bệnh để hạn chế tối đa phản ứng đào thải miễn
dịch sau ghép tạng.
+ Nuôi cấy tế bào gốc của động
vật (như lợn) đã được chuyển gene người để phát triển các tạng thích hợp ghép
cho con người, giải quyết cuộc khủng hoảng khan hiếm tạng hiến.