BÀI 3: CÔNG NGHỆ TẾ BÀO ĐỘNG VẬT VÀ THÀNH TỰU
I. CÁC GIAI ĐOẠN CHUNG CỦA CÔNG NGHỆ TẾ
BÀO ĐỘNG VẬT
- Khái niệm:
Công nghệ tế bào động vật là quy trình nuôi cấy các loại tế bào động vật
và người trong điều kiện nhân tạo vô trùng để chúng phân chia, biệt hóa nhằm phục
vụ nghiên cứu cơ bản và ứng dụng thực tiễn.
- Quy trình công nghệ chung:
+ Bước 1: Chuẩn bị môi trường
nuôi cấy (đảm bảo đầy đủ chất dinh dưỡng, các yếu tố sinh trưởng thích hợp, vô
trùng tuyệt đối dụng cụ và môi trường).
+ Bước 2: Tách tế bào từ
cơ thể động vật đưa vào môi trường nuôi cấy.
+ Bước 3: Nuôi cấy tế bào
trong các bình thủy tinh chuyên dụng, đặt trong tủ ấm duy trì nhiệt độ thích hợp
để tế bào phân chia hoặc biệt hóa thành các dòng tế bào chuyên hóa khác nhau.
- Đặc điểm sinh học tế bào nuôi cấy:
+ Phần lớn tế bào bình thường
chỉ phân chia một số lần nhất định rồi dừng lại và chết (giới hạn Hayflick).
+ Một số tế bào ung thư hoặc
tế bào biến đổi gene có khả năng phân chia liên tục không ngừng (ví dụ dòng tế
bào bất tử HeLa).
+ Tế bào dễ nuôi cấy nhất
là tế bào phôi sớm (tế bào gốc vạn năng).
II. MỘT SỐ THÀNH TỰU VÀ TRIỂN VỌNG CỦA
CÔNG NGHỆ TẾ BÀO ĐỘNG VẬT
1. Nhân bản vô tính động vật
- Khái niệm:
Là công nghệ tạo ra các cá thể động vật có kiểu gene hoàn toàn giống nhau và giống
cá thể cho nhân mà không thông qua quá trình thụ tinh (sinh sản vô tính).
- Quy trình nhân bản cừu Dolly (1997):
+ Lấy nhân tế bào tuyến vú
của cừu cho nhân (Cừu mặt trắng A).
+ Lấy tế bào trứng của cừu
cho trứng (Cừu mặt đen B), loại bỏ nhân của tế bào trứng này.
+ Chuyển nhân tế bào tuyến
vú vào tế bào trứng đã loại nhân.
+ Kích thích dòng điện cho
tế bào trứng chuyển nhân phân chia thành phôi.
+ Cấy phôi vào tử cung của
cừu cái mang thai hộ (Cừu C).
+ Cừu C sinh ra cừu Dolly
có kiểu hình giống hệt Cừu A.
- Ý nghĩa:
+ Nhân nhanh nguồn gene động
vật quý hiếm hoặc động vật biến đổi gene có giá trị cao.
+ Tạo ra các động vật mang
gene người sản xuất protein quý trong sữa để làm thuốc chữa bệnh.
- Hạn chế:
Tỉ lệ thành công thấp, động vật nhân bản dễ mắc bệnh, lão hóa sớm và có tuổi thọ
ngắn hơn bình thường.
2. Liệu pháp tế bào gốc
- Khái niệm:
Là phương pháp chữa bệnh bằng cách truyền các tế bào gốc được nuôi cấy
ngoài cơ thể vào người bệnh để thay thế cho các tế bào bị tổn thương hoặc bị bệnh.
- Các nguồn thu nhận tế bào gốc:
+ Tế bào gốc phôi:
Lấy từ phôi thụ tinh trong ống nghiệm giai đoạn sớm (gây tranh cãi về mặt đạo đức).
+ Tế bào gốc trưởng thành:
Lấy từ các mô trưởng thành như tủy xương, máu cuống rốn sơ sinh.
+ Tế bào gốc cảm ứng (iPSC):
Tế bào sinh dưỡng được lập trình lại trở lại trạng thái tế bào gốc vạn năng.
- Ứng dụng điều trị:
+ Điều trị các bệnh về máu
(ung thư máu bằng ghép tủy).
+ Nghiên cứu điều trị tiểu
đường type 1, Parkinson, thoái hóa điểm vàng ở người già, phục hồi cơ tim sau đột
quỵ.
3. Liệu pháp gene
- Khái niệm:
Là phương pháp chữa bệnh di truyền bằng cách thay thế gene bệnh bằng gene lành.
- Quy trình gồm 3 bước:
+ Bước 1: Nuôi cấy tế bào
của người bệnh trong ống nghiệm, chuyển gene lành vào tế bào để thay thế gene bệnh.
+ Bước 2: Sàng lọc, tuyển
chọn các tế bào đã được sửa gene thành công và nhân bản chúng trong phòng thí
nghiệm.
+ Bước 3: Tiêm/truyền các
tế bào khỏe mạnh mang gene lành này trở lại cơ thể người bệnh.
- Phân loại:
+ Liệu pháp tế bào mầm:
Đưa gene lành vào hợp tử hoặc tế bào sinh dục phôi (gây biến đổi lâu dài, truyền
lại cho thế hệ sau).
+ Liệu pháp tế bào soma (tế bào sinh dưỡng):
Chuyển gene lành vào tế bào sinh dưỡng của người bệnh (chỉ tác dụng trên người
bệnh, không di truyền).
4. Triển vọng công nghệ tế bào động vật
- Công cụ chỉnh sửa gene thông minh:
Sử dụng phức hợp CRISPR/Cas9 để cắt bỏ chính xác tuyệt đối gene đột biến
gây bệnh và thay bằng gene lành.
- Y học tái tạo và ghép tạng:
Nuôi cấy tế bào gốc biệt hóa tạo ra các mô, cơ quan hoàn chỉnh (tim, gan, thận
nhân tạo) để cấy ghép trực tiếp cho người bệnh, giải quyết triệt để tình trạng
thiếu nguồn tạng hiến.
- Sản xuất thịt nhân tạo:
Nuôi cấy tế bào cơ động vật trong các bồn phản ứng sinh học khổng lồ để sản xuất
thịt sạch mà không cần chăn nuôi và giết mổ gia súc, bảo vệ môi trường.
BẢNG
SO SÁNH BA THÀNH TỰU ĐỘT PHÁ CỦA CÔNG NGHỆ TẾ BÀO ĐỘNG VẬT
|
Tiêu
chí |
Nhân
bản vô tính |
Liệu
pháp tế bào gốc |
Liệu
pháp gene |
|
Mục đích |
Tạo ra cá thể mới có kiểu gene giống hệt cá thể cho
nhân. |
Thay thế tế bào bị tổn thương bằng tế bào khỏe mạnh. |
Thay thế gene lỗi/bệnh bằng gene lành khỏe mạnh. |
|
Đối tượng tác động |
Tế bào trứng loại nhân và nhân tế bào tuyến vú
(soma). |
Tế bào gốc (phôi, trưởng thành hoặc cảm ứng). |
Tế bào mang gene đột biến của cơ thể bệnh nhân. |
|
Sản phẩm tạo ra |
Cá thể động vật hoàn chỉnh. |
Các mô, dòng tế bào chuyên hóa lành mạnh. |
Tế bào bình thường đã được sửa đổi vật chất di truyền. |