Tế bào gốc vạn năng: Phân loại, quy trình nuôi cấy và nghiên cứu ứng dụng

Tế bào gốc vạn năng là gì?

Tế bào gốc vạn năng (Pluripotent Stem Cells) là những tế bào thường chỉ tồn tại trong giai đoạn phát triển phôi sớm. PSCs có khả năng biệt hóa thành ngoại bì, trung bì, nội bì hoặc tế bào mầm, tuy nhiên không thể hình thành một cơ thể hoàn chỉnh như tế bào gốc toàn năng.

Tế bào gốc vạn năng có khả năng biệt hóa thành nhiều loại tế bào

Ngoài phôi thai, PCSs còn được phát hiện trong những tế bào trưởng thành đã tái lập trình. Các nhà khoa học khẳng định loại tế bào gốc này có tiềm năng lớn trong nghiên cứu và ứng dụng lâm sàng.

Tuy nhiên tế bào gốc lấy từ phôi thai vấp phải những tranh cãi về đạo đức, tôn giáo nên bị hạn chế sử dụng. Trong khi tế bào gốc vạn năng cảm ứng chưa giải quyết triệt để nguy cơ hình thành khối u, cần có thêm những nghiên cứu cải tiến chức năng.

Phân loại tế bào gốc vạn năng

Tế bào gốc vạn năng có khả năng tự nhân đôi nhiều lần, sản sinh các tế bào có cấu trúc và chức năng tương tự. Nguồn thu thập PSCs rất hiếm, chủ yếu tìm thấy ở phôi thai và tế bào soma/sinh dưỡng trưởng thành.

Tế bào gốc phôi

Tế bào gốc vạn năng được tìm thấy ở phôi nang, thường sử dụng phôi tạo ra từ phương pháp IVF. PSCs gốc phôi thai được lưu trữ, nuôi cấy trong phòng thí nghiệm, nhằm kích thích khả năng biệt hóa và tăng sinh vô hạn.

Tế bào gốc phôi được được lấy từ phôi thai hình thành từ phương pháp IVF

Bằng phương pháp IVF, các nhà khoa học tiến hành thụ tinh nang trứng với tinh trùng để tạo hợp tử. Phôi thai nuôi cấy thành công đến ngày thứ 3 trở thành thành phôi dâu, gồm 8 tế bào vạn năng.

Phôi ngày 5 ước tính có khoảng 100 - 200 tế bào, còn gọi là quần thể tế bào gốc vạn năng. Đây là nguồn thu PSCs dồi dào, tự nhiên và ít nguy cơ tác động xấu đến cơ thể người ghép.

Song việc thu thập tế bào gốc phôi (ESC) phải phá hủy phôi thai giai đoạn tiền cấy ghép, được coi là hình thức xâm phạm quyền sống của con người. Vấn đề này dấy lên làn sóng tranh cãi trong chính cộng đồng khoa học, cũng như với quan niệm xã hội đề cao tính nhân đạo.

Tế bào gốc vạn năng cảm ứng

Tế bào gốc vạn năng cảm ứng (iPSC) là tế bào gốc được tái lập trình từ tế bào trưởng thành, có khả năng biệt hóa tương tự PSCs.

Việc sử dụng tế bào soma trưởng thành cũng giải quyết vấn đề nhân đạo ở ESC. iPSC được lấy từ người hiến tặng khỏe mạnh hoặc bệnh nhân, phục vụ các công trình thử nghiệm thuốc, nghiên cứu căn nguyên gây bệnh.

iPSC giải quyết những tranh cãi về quyền sống của con người

Tế bào gốc đa tiềm năng tồn tại một số hạn chế như nguy cơ hình thành khối u, tỷ lệ thành công thấp, có sự khác biệt về di truyền. Dẫu vậy kỳ vọng ứng dụng iPSC vẫn rất cao, khi các nhà khoa học không ngừng tìm hướng cải thiện hiệu quả và chất lượng tế bào gốc nhân tạo.

Quy trình nuôi cấy tế bào gốc vạn năng

Thách thức nuôi cấy tế bào gốc vạn năng gồm có tăng sinh khối u, rối loạn miễn dịch và tính đa dạng trong quần thể tế bào gốc. Quy trình kỹ thuật tuân theo trình tự rã đông, cấy tế bào vào bình nuôi cấy, thay đổi môi trường, di chuyển, kết thúc với bảo quản lạnh.

Chất lượng và tỷ lệ thành công thu tế bào gốc dễ bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Trước khi tiến hành thử nghiệm, nhà nghiên cứu cần chuẩn bị môi trường phù hợp tăng sinh tế bào gốc, mặt phẳng nuôi cấy và yếu tố tăng trưởng duy trì đặc tính vạn năng của PSC.

Về kỹ thuật, PSC cơ bản được tăng sinh và biệt hóa theo quy trình 4 bước như sau:

• Bước 1: Phân lập tế bào gốc từ nguồn ban đầu trước khi chuyển vào môi trường nuôi cấy.
• Bước 2: Tăng sinh số lượng tế bào gốc trong môi trường có điều kiện thích hợp.
• Bước 3: Chuyển bình nuôi cấy mới khi tế bào tăng sinh để mật độ đạt chuẩn.
• Bước 4: Thêm vào các yếu tố kích thích biệt hóa tế bào theo hướng mong muốn.

Tế bào gốc vạn năng được nuôi cấy thành công cần kiểm tra, đánh giá về hình thái, bản sắc, khả năng tự tái sinh và mức độ biệt hóa. Tế bào đạt chuẩn được chuyển tiếp lưu trữ, phục vụ nghiên cứu rộng rãi hơn nữa.

Quy trình nuôi cấy tế bào gốc vạn năng

Ưu nhược điểm của tế bào gốc vạn năng

Tế bào gốc vạn năng là phát hiện đột phá trong lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng tế bào gốc, sở hữu những ưu điểm vượt trội như:

• Khả năng biệt hóa mạnh mẽ, có thể sản sinh lượng lớn tế bào tham gia phục hồi, thay thế mô bị tổn thương.
• iPSC chỉ chỉnh sửa gen tế bào soma tự thân, tạo dòng tế bào gốc có chức năng tương tự ESC.
• Giảm nguy cơ thải ghép nhờ sử dụng chính tế bào tự thân, mang đặc điểm di truyền của từng bệnh nhân.
• Mở ra hướng nghiên cứu mới những bệnh lý như Parkinson, Alzheimer, tiểu đường, tim mạch, tổn thương tủy sống,...

Bên cạnh những ưu điểm, PSC tồn tại một số hạn chế cần cải thiện trong tương lai:

• Sử dụng tế bào gốc làm tăng khả năng hình thành khối u, đặc biệt iPSC.
• Tế bào gốc phôi vấp phải tranh cãi về đạo đức, do liên quan đến quyền sống của con người.
• Chưa thể kiểm soát, điều khiển khả năng biệt hóa của tế bào gốc.
• Chi phí nghiên cứu bằng tế bào gốc vạn năng cao, khó tiếp cận.

Ứng dụng PSCs trong Y học tái tạo

Tiềm năng nghiên cứu ứng dụng PSCs trong Y học tái tạo tương đối đa dạng, bao gồm:

• Hỗ trợ phục hồi khả năng vận động do chấn thương.
• Có tác động với các vấn đê tổn thương não, hệ thần kinh đối với bệnh nhân Alzheimer, Parkinson, bại não,...
• Cải thiện tầm nhìn với bệnh nhân viêm võng mạc sắc tố.
• Cải thiện hoạt động tim ở người cơ tim thiếu máu cục bộ.
• Ứng dụng trẻ hóa da mặt, trẻ hóa tuổi,... trong thẩm mỹ.

Những ứng dụng của PSC trong Y học tái tạo tương lai

Tế bào gốc vạn năng có khả năng biệt hóa thành nhiều loại tế bào cơ thể người. Đây là phát hiện mang tính đột phá của nền y học hiện đại, hứa hẹn những cơ hội nghiên cứu hỗ trợ điều trị nhiều bệnh trong tương lai.

Có thể nói, tế bào gốc đang là một trong những lĩnh vực nhận được nhiều sự quan tâm trong y học hiện đại nhờ khả năng tăng sinh, biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau và tiềm năng ứng dụng trong y học tái tạo. Tuy nhiên, đây vẫn là lĩnh vực đang được nghiên cứu và phát triển không ngừng, với nhiều ứng dụng cần tiếp tục được đánh giá thông qua các nghiên cứu và thử nghiệm khoa học trước khi được triển khai rộng rãi.