Tế bào gốc toàn năng (TSCs) là gì? Nguồn gốc và ứng dụng trong y học

Tế bào gốc toàn năng có nhiều tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực y học. Việc nghiên cứu, ứng dụng tế bào gốc toàn năng có thể gặp phải các vấn đề về pháp lý, đạo đức. Vậy tế bào gốc toàn năng là gì? Tế bào toàn năng có nguồn gốc đến từ đâu?

* Lưu ý: Bài viết linh hoạt sử dụng “tế bào gốc toàn năng”, “tế bào toàn năng” để gần gũi với nhu cầu tìm kiếm thông tin của người dân.

Tế bào gốc toàn năng là gì?

Tế bào gốc toàn năng (totipotent stem cells - TSCs) là loại tế bào gốc linh hoạt nhất, có thể biệt hóa để hình thành toàn bộ phôi thai hoàn chỉnh. Tế bào gốc toàn năng được thu thập từ những lần phân chia đầu tiên trong sự phát triển của phôi (cụ thể là ở giai đoạn 1 - 8 tế bào). (1)

Nguồn gốc tế bào gốc toàn năng được tìm thấy ở đâu?

Tế bào gốc toàn năng chỉ có thể tìm thấy ở phôi sớm, không có trong cơ thể. Tế bào hợp tử lưỡng bội là tế bào toàn năng. Chúng cũng tồn tại trong ba lần phân chia kế tiếp của hợp tử, trước khi đạt 16 tế bào. Tế bào gốc toàn năng sẽ phân chia cũng như biệt hóa để tạo ra những tế bào gốc phôi và các tế bào gốc ngoài phôi.

Như đã nói, việc thu nhận, nghiên cứu tế bào gốc toàn năng có thể gặp phải một số vấn đề pháp lý, đạo đức, đặc biệt là khi sử dụng tế bào gốc từ phôi thai. Hiện nay, phần lớn tế bào toàn năng thường được dùng trong nghiên cứu sinh học để giúp hiểu rõ quy trình phát triển của cơ thể.

Đặc điểm của tế bào gốc toàn năng

Sau khi hình thành giao tử, quá trình khử methyl (demethylation) trên toàn bộ DNA diễn ra trong một khoảng thời gian ngắn trên các tế bào gốc toàn năng, các histone có tính di chuyển cao. Sau này khi các tế bào được phân chia công việc cụ thể, các gene sẽ được methyl hóa để phù hợp với biểu sinh. Ở giai đoạn phôi gồm 2 tế bào (2C), quá trình khử methyl hoàn thành và giai đoạn 2C cũng được coi là tế bào gốc toàn năng điển hình nhất và có khả năng tự sắp xếp cấu trúc để tạo thành phôi thai. (2)

Các nhà khoa học đã triển khai nhiều cách thức để tạo ra tế bào gốc toàn năng. Phương pháp nổi tiếng nhất là chuyển nhân tế bào soma vào tế bào trứng đã bỏ nhân, với cừu Dolly động vật được nhân bản vô tính đầu tiên ra đời. Một phương pháp khác đang nhận được nhiều quan tâm thì sử dụng quần thể tế bào gốc phôi (inner cell mass) ở giai đoạn sau có các yếu tố chuyển vị hoạt động tương tự như tế bào gốc toàn năng trong giai đoạn 2 tế bào (2-cell-like cells, 2CLCs) để nuôi trong môi trường kìm hãm khả năng biệt hóa, nhằm tạo ra các tế bào gốc vạn năng. (3)

Một phương pháp khác nữa là khử methyl (demethylation) của DNA tế bào sợi để tạo tế bào gốc toàn năng. Các nhà khoa học đã thiết lập các tiêu chí để đánh giá tính toàn năng của tế bào sao cho phù hợp với các đặc điểm của tế bào gốc toàn năng trong phôi sớm, đặc biệt là giai đoạn 2 tế bào:

• Biểu hiện gen: Biểu hiện gen đặc trưng cho giai đoạn phát triển phù hợp, chẳng hạn như: tế bào toàn năng không biểu hiện marker của tế bào gốc vạn năng (Nanog, Sox2, Pou5f1 đã được xác định ở chuột), và biểu hiện các gen đặc hiệu cho giai đoạn hai tế bào đã được xác định ở chuột (ERV, Zscan4, Eifa, Dux, Zfp352, Tpodz1-5, Tcstv1/3)…
• Trạng thái mở của chromatin do quá trình khử methyl (demethylation) trên của toàn bộ DNA, và tính di động cao của histone trong giai đoạn phôi sớm. Ngoài ra, tế bào gốc toàn năng ở giai đoạn 2 tế bào còn có đặc trưng là các yếu tố chuyển vị hoạt động mạnh.
• Khả năng biệt hóa: Tế bào toàn năng phải có khả năng biệt hóa thành cả hai dòng gồm tế bào gốc phôi (tế bào gốc vạn năng tạo nên ba lớp mầm phôi), và tế bào gốc ngoài phôi (tạo nên nhau thai, túi ối).

Tế bào gốc toàn năng được nuôi cấy như thế nào?

Quá trình nuôi cấy tế bào gốc toàn năng cần được thực hiện ở cơ sở y tế/trung tâm nghiên cứu hiện đại, đáp ứng được những yêu cầu về công nghệ, máy móc, quy tụ các kỹ thuật viên, bác sĩ, chuyên gia về lĩnh vực tế bào gốc có nhiều năm kinh nghiệm, chuyên môn cao. Quá trình nuôi cấy tế bào gốc toàn năng cần đảm bảo yếu tố khép kín, chuyên nghiệp với quy trình chặt chẽ, khoa học.

Vì sao tế bào gốc toàn năng nhận được nhiều sự quan tâm?

Tế bào gốc toàn năng có tiềm năng phát triển lớn hơn so với những loại tế bào gốc khác. Tế bào này có thể phân lập, nuôi cấy để phục vụ điều trị và nghiên cứu:

• Trước khi hình thành hợp tử, 90% DNA của tinh trùng và 40% DNA của trứng được methyl hóa để phù hợp với chức năng riêng biệt. Sau khi hình thành hợp tử, demethylation trên toàn bộ DNA diễn ra mạnh mẽ, nhằm tái lập trình tế bào và tái cấu trúc biểu sinh. Một loạt các thay đổi khác về hoán vị gene, tái cấu trúc nhiễm sắc thể hay telomerase cũng diễn ra. Các thay đổi mạnh mẽ trong bộ gene này là cần thiết và lành tính trong tế bào gốc toàn năng, nhưng thay đổi tương tự diễn ra ở tế bào sinh dưỡng lại là hiện tượng nguy hiểm có thể hình thành tế bào ung thư. Vì vậy, hiểu rõ về các cơ chế di truyền trong tế bào gốc toàn năng đặt nền tảng cho việc chữa trị những tình trạng bệnh lý nguy hiểm do di truyền và biểu sinh gây ra.
• Tế bào gốc toàn năng có thể biệt hóa thành các tế bào gốc ngoài phôi, tạo thành nhau thai và túi ối. Nhau thai là phần nhận được nhiều quan tâm do nó gắn liền với dung hòa miễn dịch giữa mẹ và thai nhi (maternal-fetal tolerance) và liên quan đến nhiều bệnh lý của sản phụ trong và sau thai kỳ. Vì vậy, tế bào gốc toàn năng có thể cung cấp nguồn tế bào để tạo mô hình nghiên cứu về quá trình làm tổ của thai nhi, cũng như miễn dịch và bệnh lý của sản phụ.
• Tế bào gốc toàn năng trải qua quá trình hoạt hóa bộ gene hợp tử, các gene của mẹ giảm dần và sự phát triển được kiểm soát hoàn toàn bởi bộ gen hợp tử. Các tế bào gốc toàn năng ở giai đoạn 1-2 tế bào còn có khả năng tự sắp xếp thành bào thai, nghiên cứu về tế bào gốc toàn năng sẽ giúp khoa học hiểu rõ hơn về sự phát triển của phôi thai sớm, kiểm soát và giảm thiểu tình trạng phôi ngừng phát triển trong thụ tinh nhân tạo…

Tế bào gốc toàn năng dù gặp nhiều trở ngại về pháp lý nhưng không thể phủ nhận tiềm năng ứng dụng rất lớn và luôn nhận được sự quan tâm từ các nhà khoa học.

Tiềm năng ứng dụng của tế bào gốc toàn năng

Tế bào gốc toàn năng có tiềm năng điều trị to lớn, góp phần tạo ra những phương pháp chữa trị thông qua liệu pháp tế bào, gen, tái tạo mô… Với liệu pháp thay thế, những tế bào gốc được biệt hóa thành các tế bào chuyên biệt theo mong muốn điều trị. Sau đó, bác sĩ tiến hành cấy các tế bào này vào mô bị tổn thương. Đây là một trong những phương pháp lý tưởng giúp phục hồi các chức năng của mô.

Theo lý thuyết, không có giới hạn về số lượng bệnh lý mà công nghệ tế bào có thể điều trị tận gốc. Việc các nhà khoa học nghiên cứu để có thể tạo ra tất cả những loại tế bào chức năng thông qua tế bào gốc đã và đang đóng góp các giá trị to lớn cho lĩnh vực y học tái tạo. Nếu tận dụng triệt để tiềm năng của tế bào gốc có thể mở ra một kỷ nguyên mới cho nền y học hiện đại.

Tế bào gốc đang được ứng dụng trong việc hỗ trợ điều trị nhiều loại bệnh. Các nghiên cứu vẫn đang được thực hiện nhằm phát triển những nguồn tế bào gốc khác nhau, áp dụng các kỹ thuật chữa trị mới trong điều trị các loại bệnh hiểm nghèo…

Các vấn đề khi nghiên cứu và sử dụng tế bào gốc toàn năng

Dưới đây là một số vấn đề khác có liên quan đến việc nghiên cứu và sử dụng tế bào gốc toàn năng:

• Việc thu nhận và dùng tế bào gốc toàn năng trong nghiên cứu, ứng dụng y học có thể gặp phải một số vấn đề về pháp lý, đạo đức, đặc biệt là khi sử dụng tế bào gốc từ phôi thai.
• Tế bào gốc toàn năng thường được dùng trong nghiên cứu sinh học phát triển để giúp hiểu rõ quy trình phát triển của cơ thể.
• Những thử nghiệm với tế bào gốc toàn năng dù có nhiều triển vọng nhưng vẫn chưa được chú trọng triển khai do nhiều nguyên nhân.

Để đặt lịch thăm khám, điều trị bệnh tại Hệ thống Bệnh viện Đa khoa Tâm Anh, Quý khách vui lòng liên hệ:

Tóm lại, tế bào gốc toàn năng được cho là có tiềm năng ứng dụng lớn trong y học, hỗ trợ điều trị nhiều bệnh lý hiểm nghèo nhờ khả năng tự phục hồi, biến đổi thành các tế bào khác nhau. Tuy nhiên, việc nghiên cứu, ứng dụng còn vấp phải các tranh cãi, phần lớn chưa ứng dụng thực tiễn nhiều.