Các nguồn tế bào gốc ở người trưởng thành tìm thấy ở đâu

Tế bào gốc là những tế bào chưa biệt hóa, có thể tự đổi mới (phân chia thành tế bào khác giống hệt với nó) và biệt hóa thành các tế bào chuyên hóa như tế bào da, cơ, thần kinh,... Tế bào gốc trưởng thành là được tìm thấy trong các mô, cơ quan của người trưởng thành, khác với tế bào gốc phôi (thu nhận từ phôi ở giai đoạn túi phôi – khoảng 5-9 ngày sau thụ tinh) hay tế bào gốc nhũ nhi (thu nhận khi đứa trẻ mới chào đời).

Tế bào gốc trưởng thành được phát hiện và nghiên cứu từ những năm 1950. Khi đó, người ta đã xác định được tủy xương chứa ít nhất hai loại tế bào gốc: Loại thứ nhất là những tế bào gốc tạo máu, tạo thành tất cả các loại tế bào máu trong cơ thể. Loại thứ hai là các tế bào gốc trung mô, chiếm tỷ lệ nhỏ trong tủy xương, có thể tạo ra xương, sụn, mỡ để hỗ trợ sự hình thành mạch máu và mô liên kết. Chỉ một thời gian ngắn sau, việc sử dụng tế bào gốc tủy xương để cấy ghép điều trị các bệnh lý ác tính huyết học đã bắt đầu được áp dụng và vẫn đang thực hiện cho đến ngày nay.

Tế bào gốc là tế bào chưa biệt hóa, có thể tự đổi mới và phân chia thành tế bào khác giống hệt nhau. Theo đó, tế bào gốc trưởng thành được tìm thấy trong các mô, cơ quan của người trưởng thành, khác với tế bào gốc phôi hoặc tế bào gốc nhũ nhi. Tế bào gốc trưởng thành đã được tìm thấy trong nhiều mô và cơ quan khác nhau, bao gồm tủy xương, mô mỡ, máu ngoại vi, mạch máu, cơ, ruột, gan, tinh hoàn,... Chúng thường cư trú trong một khu vực cụ thể của từng mô (được gọi là ổ tế bào gốc – “stem cell niche”). Các tế bào gốc có thể không hoạt động (không phân chia) trong thời gian dài cho đến khi được kích hoạt bởi nhu cầu thay thế tế bào, chấn thương mô hay bệnh lý nào đó.

Tế bào gốc có thể được thu nhận từ máu ngoại vi (a), gan (b), tủy xương (c), cơ (d), da (e), mô mỡ (f), răng (g), não, tủy sống... ở người trưởng thành. Cụ thể:

Tủy xương

Tủy xương chứa ít nhất hai loại tế bào gốc khác nhau: tế bào gốc tạo máu và tế bào gốc trung mô.

Tế bào gốc tạo máu (Hematopoietic Stem Cell – HSC) là tế bào nguyên thủy, chưa trưởng thành có thể sinh trưởng và phát triển thành nhiều loại tế bào máu khác nhau, bao gồm bạch cầu, hồng cầu, và tiểu cầu. Chúng phân chia liên tục để thay thế cho những tế bào máu cũ già yếu – đa số có vòng đời chỉ khoảng vài ngày. Người ta ước tính từ một tế bào gốc máu ban đầu có khả năng nhân đôi hơn 50 thế hệ, tạo ra khoảng 1015 tế bào máu trong cơ thể một người bình thường sống 60 năm. Các tế bào gốc máu chiếm tỷ lệ nhỏ, khoảng 0,01% số tế bào trong tủy xương, có thể dễ dàng thu nhận bằng cách hút trực tiếp từ tủy xương, hay kích thích để di chuyển vào dòng máu để thu nhận từ máu ngoại vi.

Ngoài tế bào gốc tạo máu, trong tủy xương cũng chứa tế bào gốc trung mô (Mesenchymal Stem Cell – MSC), có thể biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau của mô liên kết bao gồm nguyên bào xương, nguyên bào sụn, tế bào cơ, tế bào mỡ,... Vai trò của tế bào gốc trung mô là duy trì và phục hồi các mô trong trường hợp cơ thể bị tổn thương hoặc thoái hóa nghiêm trọng.

Mô mỡ

Tế bào gốc mô mỡ (Adipose derived stem cells – ADSC) được phát hiện đầu tiên vào năm 1980, khi một nghiên cứu trên bò cho thấy mỡ chứa những tế bào giống tế bào gốc trung mô và hình thành nên mỡ, sau đó những nghiên cứu khác trên các loài động vật khác cho kết quả tương tự. Ngày nay, người ta đã xác định được những tế bào gốc mô mỡ mang những đặc điểm tương tự như tế bào gốc trung mô từ tủy xương (nên còn được gọi là tế bào gốc trung mô từ mô mỡ), do đó mở ra tiềm năng lớn trong ứng dụng điều trị. Mô mỡ có lợi thế là rất phổ biến trong cơ thể người, có thể thu nhận dễ dàng, đồng thời nguồn tế bào này nhanh chóng được phục hồi trong cơ thể. Với lượng mỡ có sẵn trong cơ thể ở bất kỳ thời điểm nào, tế bào gốc mô mỡ có thể được thu nhận với số lượng lớn và cấy ghép ngay, hoặc được nuôi cấy tăng sinh và lưu trữ lâu dài để sử dụng khi cần thiết.

Tế bào gốc thần kinh

Trước đây, người ta tin rằng não người trưởng thành không thể tạo ra các tế bào thần kinh mới. Đến những năm 1990, các nhà khoa học đã xác định được não chứa các tế bào gốc có khả năng tạo ra tế bào thần kinh đệm hình sao (astrocyte), tế bào thần kinh ít nhánh (ologodendrocyte) và tế bào neuron. Các tế bào gốc thần kinh được phân lập từ các vùng khác nhau của não (gồm cả khứu giác để dễ tiếp cận hơn) cũng như tủy sống. Những bằng chứng hiện nay cho thấy chúng có thể tạo ra những tế bào của các mô khác, như tế bào máu, cơ. Trên mô hình động vật, các tế bào gốc thần kinh đã được chứng minh có thể tham gia sửa chữa tổn thương sau đột quỵ, thoái hóa não, Parkinson,...

Tế bào gốc đa tiềm năng cảm ứng

Khác với tế bào gốc phôi có thể biệt hóa thành tất cả các loại tế bào trong cơ thể, hầu hết các tế bào gốc trưởng thành bị hạn chế về tiềm năng, chỉ có thể trở thành một số loại tế bào chuyên hóa nhất định. Do tiềm năng to lớn của tế bào gốc phôi, các nhà khoa học không ngừng nghiên cứu để phát hiện hoặc tạo ra những loại tế bào có đặc tính tương tự với nó. Năm 2006, nhà khoa học Nhật Bản Yamanaka đã sử dụng các yếu tố phiên mã hoạt động ở giai đoạn phôi để cảm ứng nguyên bào sợi (một loại tế bào đã biệt hóa sâu) trở lại trạng thái đa tiềm năng, gọi là tế bào gốc đa tiềm năng cảm ứng (induced Pluripotent Stem cell – iPS cell). Chúng có thể biệt hóa thành tất cả các loại tế bào trong cơ thể, không vi phạm vấn đề đạo đức, đồng thời có thể được tạo ra từ chính bệnh nhân nên có thể ghép tự thân, hạn chế được vấn đề đào thải miễn dịch. Chính vì vậy, tế bào iPS hứa hẹn được ứng dụng mạnh mẽ trong y học ở tương lai gần.

Tế bào muse

Năm 2010, nhà khoa học Mari Dezawa và các cộng sự đã phát hiện ra một nhóm tế bào gốc cư trú trong mô liên kết của gần như mọi loại cơ quan, có tiềm năng biệt hóa thành tất cả các loại tế bào trong cơ thể, được gọi là tế bào muse (Multi-lineage differentiating stress enduring cell). Tế bào muse có tiềm năng biệt hóa lớn tương tự như tế bào iPS nhưng có nhiều điểm ưu việt: là loại tế bào tự nhiên của cơ thể, không cần thao tác cải biến gen phức tạp trong phòng thí nghiệm, không tạo u, dễ dàng tìm đến vị trí tổn thương để tái tạo mô,... Vì vậy, tế bào muse hứa hẹn được ứng dụng rộng rãi trong thời gian tới. Tuy vậy, các tế bào này chiếm tỷ lệ rất thấp trong cơ thể, do đó tương đối khó khăn để phân lập.

3. Các loại tế bào gốc trưởng thành (ASC)

Có rất nhiều loại tế bào gốc trưởng thành. Trong số đó, một số loại tiêu biểu bao gồm:

Tế bào gốc trung mô

Tế bào gốc trung mô (MSC), xuất phát từ mô đệm, có khả năng biến đổi thành nhiều loại mô khác nhau. MSC đã được tách ra từ nhiều nguồn khác nhau như thai nhi, mô mỡ và tủy xương.  Điều này đồng nghĩa với việc chúng có khả năng chuyển đổi từ môi trường gây viêm sang môi trường tế bào chống viêm hoặc tạo mô mới. MSC có thể điều chỉnh phản ứng miễn dịch bằng cách ảnh hưởng đến tế bào lympho T và tiết ra các chất trung gian có tác dụng sinh học để hỗ trợ quá trình phát triển tế bào cục bộ. 

MSC cũng có tác dụng chống viêm và khuyến khích quá trình lành mô trong các môi trường viêm. Tế bào gốc trung mô, với khả năng biến đổi đa dạng, góp phần vào việc điều tiết phản ứng miễn dịch và hỗ trợ cung cấp dinh dưỡng.

Tế bào gốc tạo máu

Các nhà khoa học đã khám phá tế bào gốc tạo máu (Hematopoietic stem cells) trong tủy xương hơn 50 năm trước. Những tế bào gốc trưởng thành này đã chủ yếu được sử dụng trong quá trình cấy ghép cho bệnh nhân mắc bệnh bạch cầu và các bệnh khác trong suốt nhiều thập kỷ.

Tế bào gốc tạo máu có khả năng tự động tái tạo hoặc biệt hóa để tạo ra các loại tế bào máu chuyên biệt như tế bào hồng cầu, tế bào bạch cầu và tiểu cầu. Hiện nay, quá trình ghép tế bào gốc tạo máu đang được áp dụng trong điều trị nhiều bệnh liên quan đến hệ tạo máu như u lympho, đa u tủy xương, hoặc thiếu máu tan máu di truyền. Đồng thời, cũng được sử dụng trong điều trị các bệnh liên quan đến hệ thống miễn dịch như bệnh tự miễn hoặc suy giảm miễn dịch bẩm sinh.

Tế bào gốc thần kinh 

Sự tồn tại của tế bào gốc trong não người trưởng thành đã được chứng minh thông qua quá trình hình thành tổng hợp tế bào thần kinh và sự tạo mới thần kinh trong não. Mặc dù quá trình tạo ra tế bào thần kinh mới chủ yếu diễn ra ở một số khu vực như vỏ não và đồi thị, nhưng sự hiện diện của tế bào gốc trong não người trưởng thành vẫn là một chủ đề gây tranh cãi. 

Tế bào gốc thần kinh thường được nuôi cấy trong ống nghiệm và chứa một tỷ lệ lớn tế bào gốc. Mặc dù khi được cấy trở lại não, các tế bào thần kinh không hoạt động như tế bào gốc ban đầu, nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng phản ứng này có thể phụ thuộc vào điều kiện nuôi cấy và chúng có khả năng tự nhân giống và biến đổi thành nhiều loại tế bào khác nhau.

Tế bào gốc biểu mô

Hầu hết các mô biểu mô (Epithelial stem cells) chứa tế bào gốc. Các tế bào gốc biểu mô nằm trong lớp lót của các cấu trúc như đường tiêu hóa, đường hô hấp, giác mạc, và nang lông. Chúng có khả năng biệt hóa thành các tế bào hấp thụ, tế bào tiết chất nhờn, tế bào ruột, và tế bào Paneth, đóng vai trò quan trọng trong miễn dịch đường ruột.

Tế bào gốc biểu bì

Tế bào gốc biểu bì là một trong những loại tế bào gốc được sử dụng trong điều trị bệnh nhân. Được phát hiện vào năm 1970 bởi Giáo sư Howard Green tại Hoa Kỳ, tế bào gốc biểu bì có thể được thu thập từ bệnh nhân, nhân lên, và sử dụng để phát triển tấm biểu bì trong phòng thí nghiệm. Lớp biểu bì mới sau đó có thể được ghép trở lại vào cơ thể bệnh nhân để điều trị bệnh nhân bị bỏng nặng. Tuy nhiên, kỹ thuật này chỉ được thực hiện ở một số trung tâm lâm sàng có chuyên môn cao và đòi hỏi chi phí lớn. Ngoài ra, nó không phải là một giải pháp hoàn hảo, vì nó chỉ thay thế lớp biểu bì và không bao gồm cấu trúc như nang lông, tuyến mồ hôi, hay tuyến bã nhờn.

Có khá nhiều nhóm tế bào gốc trưởng thành khác nhau.

Tế bào gốc đường tiêu hóa

Các tế bào gốc của đường tiêu hóa tập trung cư trú trong các "ngách" tại các hầm ruột và tuyến dạ dày. Sự chuyển đổi của chúng vào niêm mạc đường tiêu hóa qua cơ chế và hướng khuếch tán của dòng vô tính đang là điểm tranh cãi, với trọng tâm tập trung vào vị trí và bản chất của tế bào gốc đường tiêu hóa.

Tế bào gốc gan

Gan có khả năng tái tạo mạnh mẽ, sử dụng các phương thức tái tạo khác nhau tùy thuộc vào loại và mức độ tổn thương. Các tế bào gan trưởng thành có khả năng nhân lên để thay thế các mô bị tổn thương, từ đó hỗ trợ quá trình phục hồi chức năng của nhu mô gan. Trong trường hợp tổn thương gan mãn tính, một khía cạnh quan trọng của quá trình này là sự kích hoạt của khoang tế bào gốc tiềm năng tại các nhánh nhỏ nhất của đường mật trong gan, được gọi là phản ứng ống tế bào bầu dục.

Các tế bào hình bầu dục này xuất phát từ ống Hering, đóng vai trò trong việc mở rộng các quần thể đường mật trước khi chúng biệt hóa thành tế bào gan. Tuy nhiên, trong cấu trúc gan của người, đường mật tổ chức khác biệt, với ống dẫn kéo dài đến một phần ba gần của tiểu thùy. Do đó, cần phải điều chỉnh thuật ngữ từ "tế bào hình bầu dục" thành "tế bào tiền thân của gan" để chính xác mô tả quá trình này.

Tế bào gốc tuyến tụy

Các tế bào sản xuất insulin trước đây được tạo ra từ tế bào gốc đa năng. Quá trình tạo ra các tế bào này sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nguồn tế bào mới cho phát triển thuốc và phương pháp cấy ghép tế bào cho những người mắc bệnh tiểu đường. Tế bào beta, chịu chu kỳ thay đổi khoảng 40-50 ngày một lần thông qua quá trình apoptosis, cũng như sự nhân lên và biệt hóa của các tế bào mới tạo ra từ tế bào biểu mô tiền thân nằm trong ống tụy.

Tế bào gốc trưởng thành có tiềm năng ứng dụng lớn trong y học. Với những nguồn thu nhận phong phú với số lượng lớn, tế bào gốc trưởng thành có thể sử dụng để điều trị tự nhân cho bệnh nhân mắc các bệnh nan y như chấn thương tủy sống, Alzheimer, Parkinson, các bệnh tự miễn,... Đối với các bệnh do khiếm khuyết di truyền như ung thư máu, tế bào gốc có thể được thu nhận từ người hiến có mức độ tương đồng miễn dịch phù hợp để điều trị mà tránh được vấn đề thải ghép. Những nguồn tế bào gốc này có thể được thu thập và điều trị ngay, hoặc lưu trữ lạnh lâu dài để sử dụng khi cần thiết.

Những ứng dụng sớm nhất của tế bào gốc trưởng thành thuộc về tế bào gốc tạo máu. Việc sử dụng HSC từ tủy xương hoặc huy động từ máu ngoại vi để điều trị các bệnh lý huyết học được thực hiện thành công từ năm 1965 (ở Việt Nam là từ năm 1995), đến nay đã ghép được hàng triệu ca trên toàn thế giới. Những nghiên cứu gần đây cho thấy HSC có thể biệt hóa thành tế bào gan, cơ, thần kinh,... hứa hẹn loại tế bào này có thể ứng dụng để chữa trị nhiều loại bệnh hơn ngoài các bệnh lý huyết học.

Gần đây, tế bào gốc trung mô cũng đang nhận được sự quan tâm lớn. Tế bào gốc trung mô có thể được thu nhận từ nhiều nguồn khác nhau như tủy xương, mô mỡ, dây rốn, tủy răng sữa,... Hiện nay, theo thống kê của cơ quan quản lý thử nghiệm lâm sàng Hoa Kỳ (https://ClinicalTrials.gov/), trên thế giới có hơn 900 thử nghiệm lâm sàng sử dụng MSC, với sự đa dạng về mặt bệnh: tổn thương thần kinh trung ương, tim mạch, đột quỵ, miễn dịch hệ thống,...

Ngoài ra, những loại tế bào gốc khác như tế bào gốc thần kinh, tế bào gốc gan, tế bào muse,... vẫn đang tiếp tục được nghiên cứu và thử nghiệm, tuy nhiên số lượng thử nghiệm còn khá hạn chế. Một số bệnh đang được xem xét điều trị bằng các loại tế bào này như nhồi máu cơ tim cấp tính, đột quỵ, tổn thương biểu bì, chấn thương tủy sống,...