Hotline 247
04 6662 6362
 
Hà Nội
0968 378 899
 
Hồ Chí Minh
01289 777 888

Tế bào gốc đa tiềm năng cảm ứng (iPSCell)

BioMedia

1. Tế bào gốc đa tiềm năng cảm ứng là gì?

Tế bào iPS hay iPSC là loại tế bào gốc đa tiềm năng được tạo ra từ các tế bào trưởng thành. Đi tiên phong cho công nghệ tế bào iPS này là phòng thí nghiệm của Shinya Yamanaka tại Kyoto, Nhật Bản. Vào năm 2006, ông đã công bố bốn gen đặc biệt mã hóa cho các yếu tố phiên mã có thể biến đổi từ tế bào trưởng thành trở thành các tế bào gốc đa tiềm năng. Ông được trao giải Nobel 2012 cùng với John Gurdon cho "phát hiện về các tế bào trưởng thành có thể được tái lập trình để trở thành đa tiềm năng”.

Các tế bào đa tiềm năng mang đến hứa hẹn tuyệt vời trong lĩnh vực y học tái tạo. Bởi chúng có thể tăng sinh vô hạn, cũng như có thể phát triển thành mọi loại tế bào trong cơ thể (như tế bào thần kinh, tim, tuyến tụy và gan), chúng đóng vai trò là nguồn tế bào duy nhất có thể được sử dụng để thay thế cho các mất mát do tai nạn hoặc bệnh tật.

Loại tế bào gốc đa tiềm năng được biết đến nhiều nhất là tế bào gốc phôi (Embryonic stem cell-ES hay ESCs). Tuy nhiên, vì việc tạo ra các tế bào gốc phôi có thể dẫn đến sự phá hủy (hoặc ít nhất là tác động) đến các phôi giai đoạn tiền làm tổ, đã có nhiều tranh cãi xung quanh việc sử dụng chúng. Hơn nữa, bởi các tế bào gốc phôi chỉ có thể có nguồn gốc từ phôi, điều này khiến cho đến nay việc tạo ra các dòng tế bào gốc phôi tương đồng với người bệnh vẫn chưa khả thi.

Vì các tế bào iPS có thể được tạo ra từ các mô trưởng thành, không cần sử dụng phôi mà còn có sự tương đồng với người bệnh, nghĩa là mỗi cá nhân có thể có dòng tế bào gốc đa tiềm năng của họ. Nguồn cung cấp không giới hạn của các tế bào tự thân có thể được sử dụng trong thực hiện cấy ghép mà không bị nguy cơ đào thải miễn dịch. Trong khi công nghệ tế bào iPS chưa phát triển đến giai đoạn điều trị cấy ghép được chấp nhận là an toàn, các tế bào iPS đang dễ dàng được sử dụng trong các nỗ lực phát hiện thuốc cho từng cá nhân và tìm hiểu cơ sở của bệnh cho từng bệnh nhân.

iPS cell

Nguồn ảnh: http://www.sigmaaldrich.com

Dựa vào phương pháp được sử dụng, việc tái lập trình tế bào trưởng thành trở thành tế bào iPS có thể gây ra các rủi ro lớn khiến chúng có thể bị hạn chế sử dụng trên người. Ví dụ, nếu các virus được sử dụng để thay đổi kiểu gen của tế bào, sự biểu hiện của gen gây ung thư (oncogene) có khả năng bị kích hoạt. Tháng 2 năm 2008, các nhà khoa học đã công bố phát hiện hiện về một công nghệ có thể loại bỏ các gen ung thư sau quá trình cảm ứng đa tiềm năng, do đó làm tăng khả năng của việc sử dụng các tế bào iPS trong các bệnh ở người. Tháng 4 năm 2009, người ta chứng minh được tạo nên các tế bào iPS mà không cần  bất cứ sự thay đổi kiểu gen nào của tế bào trưởng thành: sự tiếp xúc lặp đi lặp lại tế bào với các protein nhất định được chuyển vào thông qua các neo poly-arginine đủ để cảm ứng đa tiềm năng. Các tế bào iPS này được gọi tắt là các piPSC (các tế bào gốc đa tiềm năng cảm ứng bởi protein).

Sự an toàn đối với y học tái tạo

  • Mối quan tâm lớn đối với các ứng dụng lâm sàng tính đa tiềm năng của các tế bào iPS là xu hướng tạo khối u của chúng. Giống như tế bào ES, các tế bào iPS dễ dàng tạo thành u quái khi được tiêm vào những con chuột suy giảm miễn dịch. Sự tạo thành u quái bị FDA coi là trở ngại lớn đối với ngành y học tái tạo dựa trên tế bào gốc.
  • Một nghiên cứu gần đây về sự phục hồi chức năng vận động của tủy sống sau khi bị tổn thương ở chuột đã cho thấy các tế bào gốc đa tiềm năng cảm ứng của người có thể biệt hóa thành ba dòng tế bào thần kinh trong tủy sống sau khi được cấy vào chuột. Những tế bào này kích thích sự phục hồi của vùng tủy sống bị thương tổn, duy trì myelin hóa, và hình thành các synapse. Những kết quả tích cực này đã được quan sát trong hơn 112 ngày sau khi tủy sống bị tổn thương, mà không hề có sự hình thành khối u.
  • Vì tế bào iPS chỉ có thể được sản xuất với hiệu suất cao bằng phương pháp sửa đổi, chúng thường được dự đoán là ít an toàn hơn và xu hướng tạo thành khối u cao hơn tế bào hES. Tất cả các gen được chứng minh là thúc đẩy sự hình thành tế bào iPS cũng có liên quan đến ung thư bằng cách này hay cách khác. Một số gen là gen gây khối u đã được biết đến, bao gồm các thành viên thuộc họ Myc. Trong khi bỏ qua Myc khiến hiệu quả hình thành tế bào iPS giảm đi một trăm lần.
  • Một phương pháp không liên quan đến gen trong sản xuất tế bào iPS đã được chứng minh sử dụng các protein tái tổ hợp, nhưng hiệu suất là khá thấp. Tuy nhiên, những cải tiến của phương pháp này đã mang lại hiệu quả cao hơn để sản xuất các tế bào iPS an toàn hơn. Các phương pháp khác nhau sử dụng adenovirus hoặc plasmid thường được cho là an toàn hơn các phương pháp sử dụng retrovirus.
  • Một khía cạnh quan trọng của các nghiên cứu trong tương lai về lĩnh vực tế bào iPS là kiểm tra trực tiếp khả năng tạo thành khối u của tế bào iPS bằng phương pháp bắt chước cách được sử dụng trong các liệu pháp y học tái tạo. Các nghiên cứu này rất quan trọng bởi các tế bào iPS không chỉ tạo thành u quái mà còn gây u ác tính dẫn đến tỷ lệ tử vong cao ở chuột. Một bài báo năm 2010 đã được công bố trên tạp chí Stem Cells chỉ ra rằng các tế bào iPS có nguy cơ gây khối u cao hơn tế bào ES, và ủng hộ cho quan điểm cho rằng mức độ an toàn của tế bào iPS là một mối quan tâm lớn.
  • Các lo ngại về cấn đề gây miễn dịch của tế bào iPS nảy sinh năm 2011 khi Zhou và cộng sự thực hiện một nghiên cứu liên quan tới cơ chế hình thành u quái và chứng minh rằng các tế bào iPS đã tạo ra đáp ứng miễn dịch đủ mạnh để gây ra sự đào thải các tế  bào này. Trong khi với một quy trình tương tự được thực hiện trên các tế bào ES tương đương về mặt di truyền Zhou và cộng sự đã phát hiện được u quái, điều này chứng tỏ các tế bào đều đã được dung nạp bởi hệ thống miễn dịch. Năm 2013, Akira và cộng sự đã cố gắng mô phỏng lại các kết luận thu được của Zhou và cộng sự bằng các quy trình khác nhau. Họ lấy các tế bào từ một thể khảm được phát triển từ các dòng tế bào iPS và một phôi chuột, mô này sau đó được cấy ghép vàò những con chuột tương đồng về gen. Họ cũng tiến hành một thử nghiệm tương tự sử dụng các tế bào ES thay cho dòng tế bào iPS và so sánh kết quả. Kết quả cho thấy không có khác biệt đáng kể của các đáp ứng miễn dịch được tạo ra bởi các tế bào iPS và tế bào ES. Hơn nữa, Araki và cộng sự đã công bố rằng có rất ít hoặc không có đáp ứng miễn fich đối với cả hai dòng tế bào. Như vậy, Araki và cộng sự đã không thể đi đến kết luận giống với Zhou và cộng sự.

Các thành tựu gần đây và các nhiệm vụ trong tương lai đối với liệu pháp tế bào trên cơ sở các tế bào iPS đảm bảo mức độ an toàn đã được tổng hợp trong bài review của Okano và cộng sự.

Một tương lai mở

Nhiệm vụ sản xuất các tế bào iPS tiếp tục là thách thức của sáu vấn đề được đưa ra ở trên. Sự cân bằng quan trọng cần giải quyết là giữa hiệu suất và hội nhập gen. Hầu hết các phương pháp không dựa trên sự hội nhập của gen chuyển là không hiệu quả, trong khi những phương pháp dựa trên sự hội nhập của gen chuyển lại đối mặt với các vấn đề của sự tái lập trình nhân không hoàn toàn và sự hình thành khối u, mặc dù một số lượng lớn các kỹ thuật và phương pháp đã được thử nghiệm. Một tập hợp lớn các phương pháp khác được vạch ra nhằm mô tả đặc điểm của hệ protein của các tế bào iPS. Nhóm của Wu tại đại học Stanford đã có những bước tiến đáng kể với phương pháp này. Các nghiên cứu xa hơn vè các phương pháp mới cần tạo ra các giải pháp tối ưu hóa nhằm giải quyết năm thách thức lớn. Một cách tiếp cận đó là có thể cố gắng kết hợp các mặt tích cực của các phương pháp thành một kỹ thuật mang lại hiệu quả cho quá trình tái lập trình tế bào thành các tế bào iPS.

Một phương pháp khác là sử dụng các tế bào iPS có nguồn gốc tự bệnh nhân để xác định các loại thuốc điều trị có thể chữa được một số kiểu hình. Ví dụ, các dòng tế bào iPS có nguồn gốc từ người bệnh bị ảnh hưởng bởi hội chứng rối loạn phát triển ngoại bì (EEC), trong đó gen p63 bị đột biến, biểu hiện sự liên kết biểu mô bất thường có thể được chữa trị bằng một hợp chất nhỏ.

Nghiên cứu y học

Mô hình bệnh và phát triển thuốc

Một đặc điểm hấp dẫn của các tế bào iPS người đó là khả năng lấy chúng từ người bệnh để nghiên cứu cơ sở tế bào cho các bệnh ở người. Vì các tế bào iPS có khả năng tự đổi mới và tính đa tiềm năng, theo lí thuyết chúng đóng vai trò như nguồn cung cấp không giới hạn các tế bào từ bệnh nhân mà có thể biến thành bất cứ loại tế bào nào trong cơ thể. Điều này đặc biệt quan trọng bởi nhiều loại tế bào khác có nguồn gốc từ bệnh nhân có xu hướng ngừng phát triển sau một vài lần cấy chuyển trong quá trình nuôi cấy phòng thí nghiệm. Các tế bào iPS đã được tạo ra với một loạt các bệnh di truyền ở người, bao gồm các rồi loạn phổ biến như hội chứng Down và bệnh thận đa nang. Trong nhiều trường hợp, các tế bào iPS từ bệnh nhân biểu hiện những khiếm khuyễn không quan sát được ở các tế bào iPS từ người khỏe mạnh, đã cung cấp những hiểu biết về sinh lý bệnh của bệnh đó. Một dự án hợp tác quốc tế, StemBANCC, được thành lập năm 2012 để xây dựng một tập hợp của các dòng tế bào iPS cho việc sàng lọc thuốc của một loạt các bệnh. Được quản lí bởi đại học Oxford, các nỗ lực gây quỹ nguồn lực từ 10 công ty dược và 23 trường đại học. Mục đích là để tạo ra một thư viện chứa 1500 dòng tế bào iPS có thể được sử dụng trong thử nghiệm thuốc ban đầu bằng cách cung cấp một môi trường mô phỏng các căn bệnh ở người.

Tạo thành cơ quan

Một bằng chứng của ý tưởng sử dụng các tế bào gốc cảm ứng (iPS) để tạo thành các cơ quan người để cấy ghép được công bố trong các nghiên cứu ở Nhật Bản. “Chồi gan” người (iPSC-LBs) được phát triển từ một hỗn hợp của ba loại tế bào gốc khác nhau: tế bào gan (trở thành tế bào mang chức năng của gan) tạo ra bởi tế bào iPS; tế bào gốc biểu mô (tạo thành lớp niêm mạc của mạch máu) phân lập từ máu dây rốn; và tế bào gốc trung mô (tạo thành mô liên kết). Phương pháp mới này cho phép cá loại tế bào khác nhau tự tổ chức thành một cơ quan phức tạp, mô phỏng theo quá trình phát triển thai nhi. Sau khi phát triển in vitro trong vài ngày, các chồi gan được cấy ghép vào các con chuột, nơi “gan” nhanh chóng liên kết với mạch máu vật chủ và tiếp tục phát triển. Quan trọng nhất, nó đã thực hiện đều đặn các chức năng của gan bao gồm quá trình chuyển hóa thuốc cà sản xuất các protein riêng biệt của gan. Các nghiên cứu sẽ tiếp tục theo dõi tuổi thọ của các cơ cấy ghép vào cơ thể vật chủ (khả năng hội nhập và tránh đào thải) và liệu nó có hình thành các khối u hay không. Sử dụng phương pháp này, các tế bào từ một con chuột có thể được sử dụng để kiểm tra 1000 hợp chất thuốc để điều trị bênh gan, cũng như giảm số động vật sử dụng lên đến 50000.

Sửa chữa mô

Các tế bào máu tủy phôi đã được cảm ứng thành các tế bào gốc đa tiềm năng bằng plasmid ADN. Sử dụng các marker CD31 và CD146, các nghiên cứu đã xác định được “nguồn gốc của mạch máu”, các tế bào gốc mạch máu đa tiềm năng có định hướng, chất lượng cao. Sau khi các tế bào iPS được tiêm trực tiếp vào thủy tinh thể trên chuột đã bị tổn thương võng mạc, các tế bào gốc được cấy vào, đã tăng trưởng và sửa chữa các mạch máu.

Trong một nghiên cứu được tiến hành tại Trung Quốc vào năm 2013, các hạt oxide sắt siêu thuận từ (SPIO) đã được sử dụng để đánh dấu các tế bào gốc thần kinh in vitro có nguồn gốc từ các tế bào iPS. Các tế bào gốc thần kinh đã đánh dấu được cấy ghép vào chuột TBI và khỉ SCI một tuần sau khi bị thương, và sau đó được chụp lại sử dụng chuỗi gradient reflection echo (GRE) bằng máy quét chụp cộng hưởng từ (MRI) 3.0T. Phân tích MRI được thực hiện tại các ngày 1, 7, 14, 21, và 30, tương ứng sau khi cấy ghép tế bào. Tín hiệu giảm rõ rệt được phát hiện tại các vị trí tiêm tế bào ở chuột và khỉ và sau đó được tìm thấy mở rộng dần đến các vùng tổn thương, cho thấy rằng các tế bào gốc thần kinh có nguồn gốc từ tế bào iPS có thể di chuyển vào các vùng tổn thương từ các vị trí ban đầu. Hiệu quả điều trị của các tế bào gốc thần kinh có nguồn gốc từ tế bào iPS được kiểm tra đồng thời qua các kiểm tra phục hồi chức năng của các động vật. Trong nghiên cứu này, chúng tôi theo dõi sự hội nhập của các tế bào gốc thần kinh có nguồn gốc từ tế bào iPS vào hệ thần kinh trung ương của chuột TBI và khi SCI lần đầu tiên. Kết quả kiểm tra phục hồi chức năng cho thấy sự cải thiện rõ ràng chức năng vận động của động vật được cấy ghép. Những dữ liệu này đã cung cấp nền tảng cần thiết cho ứng dụng lâm sàng trong tương lai của tế bào iPS cho các tổn thương hệ thần kinh trung ương.

Tế bào hồng cầu

Trong năm 2014, các tế bào hồng cầu loại O đã được tổng hợp tại Sở Truyền máu Quốc gia Scotland từ các tế bào iPS. Các tế bào được cảm ứng trở thành tế bào trung mô, sau đó trở thành tế bào máu và cuối cùng là tế bào hồng cầu. Bước cuối cùng là làm cho chúng loại bỏ nhân và thành thục hoàn toàn. Loại O có thể truyền cho mọi bệnh nhân. Mỗi nửa lít máu chứa khoảng hai nghìn tỷ  tế bào hồng cầu, trong khi 107 triệu người hiến máu được thu thập trên toàn thế giới mỗi năm. Truyền máu người không được dự kiến bắt đầu cho tới năm 2016.

Thử nghiệm lâm sàng

Các thử nghiệm lâm sàng trên người đầu tiên sử dụng các tế bào iPS tự thân được chấp nhận bởi Bộ Y tế Nhật Bản và sẽ được tiến hành vào năm 2014 tại Kobe. Các tế bào iPS có nguồn gốc từ tế bào da của sáu bệnh nhân mắc phải bệnh thoái hóa võng mạc tuổi già sẽ được tái lập trình để biệt hóa thành các tế bào biểu mô sắc tố võng mạc (PRE). Các tấm tế bào này sẽ được cấy vào võng mạc bị ảnh hưởng, nơi các mô PRE thoái hóa đã bị cắt bỏ. Quá trình giám sát thị lực dự kiến sẽ kéo dài tối thiểu một đến ba năm. Những lợi ích của việc sử dụng các tế bào iPS tự thân theo lý thuyết là không có nguy cơ bị đào thải và nó giúp loại bỏ sự cần thiết của việc sử dụng tế bào gốc phôi.

Dịch và tổng hợp BioMedia VN

Các bài viết cùng chủ đề

Tế bào gốc đa tiềm năng cảm ứng (iPSCell)

1. Tế bào gốc đa tiềm năng cảm ứng là gì? Tế bào iPS hay iPSC là loại tế bào gốc đa tiềm năng được...

Kinh nghiệm lựa chọn huyết thanh cho nuôi cấy tế bào

Huyết thanh là thành phần quan trọng để duy trì và phát triển tế bào nuôi cấy. Huyết thanh chứa một hỗn hợp gồm các protetin, hormones,...

Kỹ thuật lai tại chỗ (In situ hybridization ISH)

Lai tại chỗ (In situ hybridization- ISH) là phương pháp lai sử dụng một đoạn ADN, ARN bổ sung hoặc một đoạn axit nucleic đã biến đổi...

Kháng thể (Phần 1)

Xem bài: Kháng thể (Phần 2) tại đây Kháng thể (Antibody-AB), còn được biết như là globulin miễn dịch (immunoglobulin-Ig), là protein lớn, có hình chữ Y được tạo ra...