Tiểu luận Ứng dụng của tế bào gốc trong y học Phạm Văn Thương Phạm văn thương - 1 - Phạm văn thương - 2 - Phạm văn thương - 3 - Phần 1. Mở Đầu Trước đây chúng ta chỉ tìm thấy tính toàn năng trong tế bào thực vật, còn tế bào động vật không thấy xuất hiện tính toàn năng. Có nghĩa rằng một thời gian dài chúng ta tưởng rằng một khi tế bào động vật đã trưởng thành nó không còn khả năng biệt hoá thành các tế bào chuyên hoá khác. Nhưng thời gian gần đây sự phát triển của khoa học đã giúp các nhà khoa học nghiên cứu thành công khả năng kì diệu của tế bào động vật, những tế bào không chuyên hoá có thể biệt hoá thành các tế bào khác, thành công này đã giúp chúng ta rất nhiều trong việc chữa trị các căn bệnh hiểm nghèo đòi hỏi phải có mô trưởng thành tương hợp để ghép như ghép gan, tuỵ hoặc các căn bệnh nan y hơn như là các bệnh ung thư như ung thư máu mặc dù cơ thể chúng ta không thể tái tạo cả một cẳng chân hay ngón tay bị mất, nhưng tế bào máu, tế bào da hay các tế bào khác vẫn thường xuyên được tái sinh trong cơ thể của chúng ta. Những tế bào “toàn năng” giúp chúng ta tái tạo mô, lần đầu tiên được phát hiện trong quá trình tiến hành thí nghiệm với tủy xương, vào những năm 1950 đã dẫn đến phát hiện về sự tồn tại của tế bào gốc trong cơ thể; từ đó phát triển kỹ thuật cấy ghép tủy xương hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong y học. Khám phá về tế bào gốc đã thắp sáng hy vọng về tiềm năng y học của kỹ thuật tái sinh. Lần đầu tiên trong lịch sử, các bác sĩ có thể tái tạo mô bị hủy hoại nhờ một nguồn cung cấp mới mẻ những tế bào khỏe mạnh bằng cách áp dụng khả năng độc nhất vô nhị của tế bào gốc nhằm tạo ra nhiều loại tế bào khác biệt trong cơ thể. Vậy cụ thể các tế bào gốc có đặc điểm gì và có những triển vọng gì khi nghiên cứu và ứng dụng nó trong y học, để hiểu rõ vấn đề này tôi chọn đề tài “ Tìm hiểu về tế bào gốc” Phạm văn thương - 4 - Phần II. Nội Dung I. Định nghĩa tế bào gốc 1. Tế bào gốc là gì? 1.1. Khái niệm Tế bào gốc hay còn gọi là tế bào nguồn (cell source) là những tế bào sơ khai chưa biệt hoá có khả năng phát triển thành nhiều loại tế bào khác nhau trong cơ thể. Khả năng này cho phép chúng hoạt động như một "hệ thống sửa chữa" của cơ thể, khi được đưa vào các bộ phận khác nhau, tế bào gốc có thể phân chia không giới hạn để lấp đầy những thiếu hụt tế bào của bộ phận đó (bù đắp cho những tế bào chết đi) chừng nào cơ thể còn sống. Tế bào gốc có thể trở thành tế bào cơ, hồng huyết cầu, tế bào não 1.2. Tế bào gốc bắt nguồn từ đâu ? Tất cả chúng ta đều khởi đầu sự sống từ một tế bào duy nhất, gọi là hợp tử, hình thành sau quá trình thụ tinh. Hợp tử phân chia tạo thành hai tế bào; mỗi một tế bào trong đó lại phân chia và cứ tiếp diễn như vậy. Khoảng 5 ngày sau khi thụ tinh, hợp tử có dạng một quả bóng rỗng, với khoảng 150 tế bào được gọi là phôi bào (blastocyst). Phôi bào thậm chí còn nhỏ hơn một hạt cát, bao gồm 2 nhóm tế bào: nguyên bào nuôi phôi (trophoblast) và khối tế bào nội tại trong phôi bào. Tế bào gốc phôi là những tế bào hình thành nên khối tế bào nội tại (inner cell mass). Do tế bào gốc phôi có thể hình thành nên bất cứ loại tế bào nào trong cơ thể người trưởng thành nên nó còn được coi là tế bào gốc toàn năng (pluripotent stem cell). Tế bào gốc cũng có thể tìm thấy ở một số loại mô nhất định ở người đã phát triển toàn diện, từ trẻ em đến người trưởng thành, với số lượng rất ít. Ví dụ, tế bào gốc tủy xương (tế bào gốc máu) có trong tủy của xương, chúng phát triển thành tất cả các loại tế bào máu chuyên biệt. Phạm văn thương - 5 - 2.3. Mục đích nghiên cứu tế bào gốc Các khoa học gia đều dùng tế bào gốc để nghiên cứu coi có thể làm nẩy sinh ra nhiều loại tế bào khác nhau của các bộ phận trong cơ thể. Và nếu thực hiện được điều đó thì tế bào gốc có thể được áp dụng trong trị bệnh, để thay thế cho tế bào đã bị hư hao vì bệnh tật cũng như ngăn ngừa sự hóa già. Hai vấn đề cốt lõi về tế bào gốc mà các nhà khoa học đang muốn nghiên cứu sâu là “tại sao tế bào gốc lại là tế bào không chuyên dụng có thể tự tái tạo trong nhiều năm và nhận biết các tác nhân khiến tế bào gốc biến đổi thành tế bào chuyên dụng”. 2. Đặc điểm của tế bào gốc 2.1. Tế bào gốc là tế bào không chuyên dụng Một đặc điểm cơ bản của tế bào gốc là nó không chứa một cấu trúc mô đặc biệt nào nên nó cũng không thực hiện một chức năng chuyên dụng nào. Một tế bào gốc không thể phối hợp với các tế bào gần đó để lưu thông máu trong cơ thể (như tế bào cơ tim), nó không thể mang các phân tử ôxy trong dòng máu (như hồng huyết cầu), nó không thể đốt cháy điện hóa học giúp cơ thể có thể di chuyển, nói năng (như tế bào thần kinh). Tuy nhiên, các tế bào gốc không chuyên dụng này lại có thể biến đổi thành các tế bào chuyên dụng như tế bào cơ tim, tế bào máu, tế bào não 2.2. Tế bào gốc có thể tự phân chia và tái tạo trong thời gian dài Không giống như tế bào cơ, tế bào máu hay tế bào não không thể tự tái tạo, tế bào gốc có thể tự tái tạo và tái tạo nhiều lần. Trong các phòng thí nghiệm, một lượng tế bào gốc tương đối có thể tái tạo thành hàng triệu tế bào gốc khác trong thời gian vài tháng. Nếu sau một quá trình tái tạo tế bào gốc vẫn là tế bào không chuyên dụng- có thể coi là tế bào mẹ, thì nó lại tiếp tục tái tạo thành các tế bào mới. Các điều Phạm văn thương - 6 - kiện để duy trì tế bào gốc như tế bào không chuyên dụng là mối quan tâm lớn của các nhà khoa học. 2.3. Tế bào gốc có thể biến đổi thành tế bào chuyên dụng Khi tế bào gốc biến đổi thành tế bào chuyên dụng quá trình này được gọi là sự phân ly. Hiện các nhà khoa học vẫn đang đi những bước đầu tiên tìm hiểu những yếu tố bên trong và bên ngoài quá trình này. Yếu tố bên trong được kiểm soát bởi gen của tế bào nằm trên các chuỗi ADN, có khả năng mang tải thông tin về cấu trúc và chức năng của tế bào. Các yếu tố bên ngoài là các hóa chất do các tế bào khác kiểm soát, là sự tương tác với các tế bào khác và một số phân tử trong môi trường vi mô. II. Các loại và chức năng của tế bào gốc Sự sống bắt đầu từ tế bào gốc (stem cell) vậy tế bào gốc là mầm mống của một cơ thể. Tế bào phân chia tạo ra nhiều thế hệ con cháu, mỗi con cháu sẽ thực hiện một chức năng khác nhau trong hoạt động sống kể cả duy trì nòi giống 1. Các loại tế bào gốc * Phân loại theo hiệu lực hay độ đặc hiệu của tế bào - Tế bào gốc totipotent: được sinh ra từ sự hợp nhất của trứng và tinh trùng. Những tế bào được tạo ra sau một vài lần phân chia đầu tiên của trứng đã thụ tinh cũng là những tế bào totipotent. Những tế bào này có thể phát triển thành mọi loại tế bào mà không có ngoại lệ. - Tế bào gốc pluripotent: là thế hệ sau của các tế bào totipotent và có thể phát triển thành mọi loại tế bào khác ngoại trừ tế bào totipotent. - Tế bào gốc multipotent: chỉ có thể sản sinh ra những tế bào thuộc cùng một họ có quan hệ gần gũi (ví dụ các tế bào máu như hồng cầu, bạch cầu và tiểu cầu). Phạm văn thương - 7 - - Tế bào tiền thân (đôi khi còn gọi là tế bào unipotent): chỉ có thể sinh ra một loại tế bào, nhưng có đặc tính tự tái sinh và đây là điểm khiến chúng khác với những tế bào không phải tế bào gốc. * Phân loại theo nguồn gốc: - Tế bào gốc người lớn: là những tế bào chưa biệt hóa nằm giữa những tế bào biệt hóa ở mô và phần lớn là những tế bào multipotent. Loại TB này có ở người lớn, trẻ em hoặc ở cuống rốn. - Tế bào gốc phôi: là những tế bào nuôi cấy lấy từ khối tế bào chưa biệt hóa của mầm phôi, là phôi thai ở giai đoạn đầu gồm từ 50- 150 tế bào. 2. Vai trò của tế bào gốc Tế bào gốc là những tế bào có khả năng biệt hóa trong quá trình phát triển để trở thành bất kỳ loại tế bào trưởng thành nào và là "phần không thể thiếu" của cơ thể. Từ khi động vật còn ở giai đoạn "trứng nước", các tế bào gốc trong phôi thai có khả năng biệt hóa thành bất kỳ dạng nào trong 220 loại tế bào đồng thời cũng thực hiện cơ chế sửa chữa một cách tự nhiên suốt quá trình phát triển và "kiến tạo" các cơ quan khác nhau. Về mặt lý thuyết, những tế bào gốc từ phôi (embryonic stem cells) có thể giữ được khả năng phân chia và tái phân chia trong suốt cuộc đời của người và động vật để sản sinh các tế bào hồng cầu, tế bào da, tế bào cơ hay bất cứ loại tế bào nào cần thiết để duy trì cuộc sống. Tế bào gốc giữ vai trò vô cùng quan trọng trong một cơ thể sống vì nhiều lý do. Trong một phôi thai 3-5 ngày tuổi, được gọi là túi phôi, các tế bào gốc nằm trong các mô sẽ phát triển thành các tế bào chuyên dụng của tim, phổi, da Ở cơ thể trưởng thành, tế bào gốc trong tủy sống có thể thay thế các tế bào bị hủy diệt do thương tật hoặc bệnh tật. Người ta cho rằng trong tương lai, tế bào gốc có thể sẽ trở thành cứu cánh để điều trị một số căn bệnh như Parkinson, tiểu đường và tim mạch. Phạm văn thương - 8 - Hình 1. Tế bào gốc lấy từ tủy xương III. Một số nghiên cứu về tế bào gốc 1. Tế bào gốc tạo máu Ghép tế bào gốc tạo máu hay thường được gọi ngắn gọn là ghép tủy là một phương pháp điều trị bệnh được ứng dụng nhiều trong ngành huyết học và ung thư học. Phương pháp này thực hiện quá trình cấy ghép tế bào gốc tạo máu lấy từ tủy xương hoặc từ máu ghép vào cơ thể người bệnh để chữa các bệnh lý huyết học, bệnh lý miễn dịch, di truyền và một số bệnh lý ung thư khác. Hơn 50 năm kinh nghiệm về TB gốc tạo máu các nhà khoa học đã hiểu biết khá nhiều và sử dụng chúng như một liệu pháp. Hiện nay việc cấy những TB gốc tạo máu đã cho thấy thành công trong việc rối loạn máu và bệnh miễn dịch. Người ta cũng đã thử sức trong lĩnh vực sử dụng TB gốc trong hóa trị liệu bệnh ung thư nhưng vấn đề này còn phải nghiên cứu nhiều. Một khó khăn trong nghiên cứu là nếu thiếu thận trọng các TB ung thư đôi khi cũng được thu nhận và đưa trở vào cơ thể bệnh nhân cùng với các TB gốc. 2. Thí nghiệm về tế bào gốc thần kinh chuột Ở Canada và Ý, một nhóm các nhà khoa học đã ghép các tế bào gốc thần kinh chuột vào những con chuột đã bị rút hết tủy. Kết quả là các tế bào gốc này thay đổi số phận của chúng và biến thành các tế bào gốc tạo máu, những loại tế bào thường chỉ có ở tủy xương và là nguồn sản sinh ra hồng cầu và các tế bào miễn dịch khác. Từ đó là một phần của làn sóng các nghiên cứu công bố tồn tại hiện tượng chuyển hướng biệt hóa và điều đó Phạm văn thương - 9 - gợi ý việc có khả năng tạo ra các mô thay thế mà không cần phải hủy phôi để lấy tế bào gốc phôi. Một nhóm nghiên cứu khác đã phải mất đến hơn hai năm làm việc cật lực họ đưa tế bào gốc thần kinh vào 128 con chuột cũng đã bị rút tủy. Tuy nhiên sau một thời gian nghiên cứu họ đã không thu được kết quả và nhiều người đã công nhận sự thành công ở trên là sự kỳ diệu. Vì vậy, cho đến nay vẫn chưa có sự nhất trí chung về việc liệu hiện tượng trên có có ý nghĩa thực tiễn trong y học hay không? 3. Sản xuất noron từ tế bào gốc Một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Phòng thí nghiệm gen (LOEX), trường Đại học Laval (Quebec, Canada) đã thành công trong việc tạo ra các nơ ron từ các tế bào gốc ở da người. Công trình của họ đã chỉ ra rằng da người chứa đựng các tế bào có khả năng tự phân biệt, nhất là các tế bào thần kinh. Các thử nghiệm ở LOEX, từ da người lớn có được sau khi phẫu thuật thẩm mỹ, đã cho thấy rằng các tế bào gốc ở da có thể được nhân và tự khác nhau trong ống nghiệm được đặt ở nơi thích hợp. Chúng dần dần tạo thành hình dạng đặc trưng của các nơ ron. não người có hơn 100 tỉ nơ ron, mỗi nơ ron liên kết với khoảng 10.000 nơ ron khác. Khám phá này có thể sẽ có ảnh hưởng lớn tới giới nghiên cứu nơ ron và có thể mở ra triển vọng điều trị các căn bệnh liên quan đến thần kinh. 4. Tạo tinh trùng từ tuỷ xương Tế bào gốc lấy từ tủy xương đàn ông có thể được điều chỉnh thành những yếu tố tương tự như tinh trùng chưa trưởng thành. Phát hiện sẽ mở Phạm văn thương - 10 - [...]... tế bào gốc, đặc biệt là tế bào gốc từ phôi còn gặp trở ngại do các vấn đề đạo đức, tôn giáo Để hạn chế sử dụng tế bào gốc từ phôi, nhiều nhà khoa học tập trung nghiên cứu xác định và sử dụng các loại tế bào gốc của cơ thể trưởng thành VI Đạo lý sinh học Hiện nay trên thế giới có hai loại tế bào gốc chính đó là tế bào gốc trưởng thành và tế bào gốc phôi người Tế bào gốc trưởng thành là loại tế bào gốc. .. thiết vào tế bào da Các gene n y sẽ tái cấu trúc các nhiễm sắc thể trong tế bào da, biến chúng thành tế bào gốc- là những tế bào có khả năng phân chia thành mọi loại tế bào khác của cơ thể như tim, gan, thần kinh, máu hoặc xương Những tế bào n y có tiềm năng cực kỳ to lớn trong trị liệu y khoa Cho đến nay, phần đông các nhà khoa học vẫn nghĩ rằng: cách thức duy nhất mà họ có thể tạo ra tế bào gốc dễ dàng... ra liệu pháp gen tế bào mầm- là phương pháp điều trị, sửa chữa hoặc thay thế gen hỏng cho các giao tử (tinh trùng hoặc tế bào trứng) nhằm tạo ra thế hệ sau bình thường * Triển vọng của liệu pháp tế bào gốc liệu có thể thành hiện thực Cần phải chú tâm giải quyết những câu hỏi về mặt xã hội và pháp lý, trước khi các liệu pháp tế bào gốc được ứng dụng trong y học Những vấn đề pháp lý ảnh hưởng đến ứng dụng. .. nguồn gốc của nó là l y từ một bào thai người 4-5 ng y tuổi Ngoài ra còn một loại tế bào gốc nữa là tế bào gốc cuống rốn với khả năng ứng dụng nằm ở giữa hai loại tế bào gốc trưởng thành và tế bào gốc phôi người Tuy nhiên TB gốc có nhiều chủng loại, từ nhiều nguồn với các tính chất khác nhau do v y trong trị liệu không phải lúc nào cũng mang lại hiệu quả tốt Một hạn chế nữa là nếu phân lập TB gốc đôi... loại tế bào khác nhau; đó là nang tóc, tuyến bã nhờn giữ ẩm và các mô ở giữa Các tế bào gốc là những tế bào nguyên th y mà từ đó phát triển tất cả các tế bào khác Trước đ y các nhà khoa học cho rằng các tế bào gốc ở mỗi chủng loại tế bào da chỉ có thể sản xuất ra các tế bào cùng loại, nhưng với phát hiện n y thì một tế bào “mẹ” có thể sản xuất ra cả ba loại tế bào trên Tiến sỹ Clevers cho biết với phát... nh : thu nhận tế bào gốc từ máu tuỷ xương, cuống rốn; thu nhận tế bào gốc trung mô từ tuỷ xương và biệt hoá thành mỡ, tế bào thần kinh… Tuy nhiên, trước những thành công đạt được từ tế bào gốc thì vẫn còn vấp phải một số khó khăn và hạn chế trong nghiên cứu ứng dụng hay đạo đức sinh học trong nhân bản điều trị Những khó khăn và hạn chế n y hi vọng trong tương lai gần nó sẽ được khắc phục để tế bào gốc. .. thì lại n y sinh những vấn đề mới khi tế bào chuyên biệt (từ tế bào gốc) được c y ghép vào cơ thể người Chúng phải kết hợp với mô và cơ quan của người đó để học các chức năng cần thiết và hòa hợp với các tế bào tự nhiên của cơ thể Tế bào tim hoạt động trong môi trường nuôi c y chẳng hạn, có thể không đập cùng nhịp với tế bào tim của chính người được ghép Những nơron c y vào phần não bị h y hoại buộc... bởi những tế bào gốc được sản xuất không phải từ phôi thai Các nhà nghiên cứu đã nhân tính hóa các chú chuột th y có những tế bào biểu hiện hemoglobin người đột biến của bệnh hồng cầu hình liềm Người ta l y các tế bào da trên đuôi của những chú chuột n y nuôi c y cho tiếp nhận những biến đổi di truyền (4 gen) làm tái lập chương trình tế bào Các tế bào n y trẻ lại giống hệt với các tế bào gốc phôi thai... gốc phôi thai Có 24 dòng tế bào gốc đã được xác lập, rồi được biến đổi nhờ những y u tố hormon khác thành các tế bào gốc sinh huyết- là nguồn gốc của các hồng cầu, bạch cầu và tiểu cầu trong t y xương Một trong các dòng n y đã nhận gen của hemoglobin bình thường thay thế cho gen bệnh của nó Đó là một kỹ thuật được xem là phương pháp đặc biệt Chỉ một vài tế bào trong các tế bào được tái lập chương trình... và ứng dụng tế bào gốc phải đạt được các mục tiêu sau: - Xác định đúng loại tế bào gốc, điều khiển được quá trình phát triển của chúng - Chuyển tế bào gốc vào đúng vị trí cần thiết - Các tế bào được chuyển phải “hợp” được với các tế bào lân cận và không “ch y lung tung” - Phải điều khiển được quá trình nhân lên của chúng, “bắt” được chúng dừng phân chia đúng thời điểm - Ngoài ra, các nghiên cứu về tế . tế bào gốc biến đổi thành tế bào chuyên dụng . 2. Đặc điểm của tế bào gốc 2.1. Tế bào gốc là tế bào không chuyên dụng Một đặc điểm cơ bản của tế bào gốc. nhiên, các tế bào gốc không chuyên dụng n y lại có thể biến đổi thành các tế bào chuyên dụng như tế bào cơ tim, tế bào máu, tế bào não 2.2. Tế bào gốc có