Tế bào gốc đa năng (multipotent stem cells, còn gọi là tế bào gốc đa tiềm năng) là những tế bào có thể tự tái tạo và biệt hóa thành nhiều loại tế bào trong cùng một nhóm dòng liên quan. Ví dụ, tế bào gốc tạo máu tạo ra hồng cầu, bạch cầu và tiểu cầu. Bài viết giúp bạn hiểu tế bào gốc đa năng nằm ở đâu trong cơ thể, gồm những nhóm nào và ứng dụng nào đã được chứng minh hay vẫn đang nghiên cứu.
Tế bào gốc đa năng là gì?
Tế bào gốc đa tiềm năng (multipotent stem cells) là những tế bào có khả năng tự đổi mới và biệt hóa thành nhiều loại tế bào chuyên biệt trong một nhóm dòng tế bào có liên quan. Khả năng tự đổi mới giúp duy trì quần thể tế bào gốc, trong khi khả năng biệt hóa cho phép chúng tạo ra các tế bào trưởng thành phục vụ chức năng duy trì, thay thế và sửa chữa mô.
Trong hệ thống phân loại tế bào gốc theo tiềm năng biệt hóa, tế bào gốc đa tiềm năng có phạm vi biệt hóa hẹp hơn tế bào gốc vạn năng (pluripotent stem cells), nhưng rộng hơn tế bào gốc đơn năng (unipotent stem cells). Khác với tế bào gốc vạn năng có thể tạo ra các loại tế bào thuộc cả ba lá phôi, tế bào gốc đa tiềm năng thường tạo ra một số loại tế bào trong những dòng biệt hóa nhất định. Phạm vi biệt hóa cụ thể phụ thuộc vào loại tế bào gốc và môi trường sinh học của chúng.
Một ví dụ điển hình là tế bào gốc tạo máu (hematopoietic stem cells – HSCs). HSCs có khả năng tự đổi mới và tạo ra các tế bào tiền thân, từ đó biệt hóa thành các dòng tế bào máu, bao gồm hồng cầu, các loại bạch cầu và mẫu tiểu cầu — tế bào tạo ra tiểu cầu. Ghép tế bào gốc tạo máu là một ứng dụng lâm sàng đã được triển khai trong nhiều thập kỷ để điều trị một số bệnh lý huyết học, ung thư và rối loạn miễn dịch; hiệu quả phụ thuộc vào bệnh lý, chỉ định và tình trạng của người bệnh.
Tế bào gốc trưởng thành được tìm thấy tại nhiều mô sau sinh, chẳng hạn như hệ tạo máu, da và ruột. Chúng góp phần duy trì cân bằng mô, thay thế những tế bào bị mất đi và hỗ trợ sửa chữa tổn thương. Tuy nhiên, không phải mọi tế bào gốc trưởng thành đều có cùng tiềm năng biệt hóa, và không nên mặc định tất cả đều là tế bào gốc đa tiềm năng. Chẳng hạn, tế bào vệ tinh cơ chủ yếu chỉ tạo ra tế bào cơ, nên thường được xếp vào nhóm đơn năng.
Nhờ khả năng duy trì và tạo ra các tế bào chuyên biệt, tế bào gốc đa tiềm năng có vai trò quan trọng trong nghiên cứu sinh học phát triển, cơ chế tái tạo mô và y học tái tạo. Tuy nhiên, cần phân biệt giữa những ứng dụng đã được xác lập trong lâm sàng, như ghép tế bào gốc tạo máu, với các hướng nghiên cứu khác vẫn cần thêm bằng chứng về tính an toàn và hiệu quả trước khi có thể áp dụng rộng rãi.
MSCs có khả năng tự tái tạo và biệt hóa thành nhiều dòng tế bào liên quan
1. Nguồn gốc và vị trí trong cơ thể
Ở người, tế bào gốc đa năng tập trung ở một số mô và nguồn chính sau:
Tế bào gốc đa tiềm năng (multipotent stem cells) là những tế bào có khả năng tự tái tạo và biệt hóa thành nhiều loại tế bào chuyên biệt, nhưng tiềm năng biệt hóa thường giới hạn trong một hệ dòng tế bào hoặc phạm vi mô nhất định. Các tế bào này đóng vai trò quan trọng trong quá trình tạo máu, duy trì mô và phục hồi tổn thương. Ở người, những quần thể tế bào gốc đa tiềm năng được nghiên cứu nhiều bao gồm tế bào gốc tạo máu, tế bào gốc thần kinh và các quần thể tế bào gốc trung mô.
- Tủy xương: Là nơi cư trú chủ yếu của tế bào gốc tạo máu (hematopoietic stem cells, HSCs) ở người trưởng thành. HSCs duy trì quá trình tạo máu thông qua khả năng tự tái tạo và biệt hóa thành các dòng tế bào máu. Tủy xương đồng thời chứa các tế bào mô đệm, trong đó có các quần thể tế bào gốc trung mô (mesenchymal stromal/stem cells, MSCs). Trong điều kiện nuôi cấy thích hợp, một số quần thể MSCs có thể biệt hóa theo các dòng xương, sụn và mỡ.
- Máu dây rốn: Máu dây rốn là nguồn tế bào gốc tạo máu có thể được thu thập sau sinh, xử lý và lưu trữ để sử dụng trong những chỉ định ghép phù hợp.
- Máu ngoại vi: Trong điều kiện sinh lý bình thường, số lượng tế bào gốc tạo máu lưu hành trong máu ngoại vi tương đối thấp. Để thu nhận tế bào từ nguồn này, người hiến thường được sử dụng yếu tố kích thích tạo cụm bạch cầu hạt (granulocyte colony-stimulating factor, G-CSF) nhằm huy động tế bào gốc tạo máu từ tủy xương ra máu ngoại vi. Sau đó, tế bào được thu nhận bằng phương pháp gạn tách tế bào. Tế bào gốc tạo máu từ máu ngoại vi đã huy động là nguồn ghép được sử dụng phổ biến trong ghép tế bào gốc tạo máu ở người trưởng thành.
- Mô mỡ, mô dây rốn và các mô liên kết khác: Đây là những nguồn có thể phân lập các quần thể MSCs. Ví dụ, MSCs có thể được thu nhận từ mô mỡ, mô dây rốn, đặc biệt là vùng thạch Wharton, và một số mô nha khoa như tủy răng. Các tế bào này có khả năng tăng sinh trong điều kiện nuôi cấy thích hợp; một số quần thể thể hiện khả năng biệt hóa theo các dòng xương, sụn và mỡ. Tuy nhiên, đặc điểm và tiềm năng biệt hóa có thể khác nhau tùy nguồn mô, phương pháp phân lập và điều kiện nuôi cấy. Khả năng biệt hóa trong phòng thí nghiệm không đồng nghĩa với hiệu quả điều trị đã được chứng minh trên người.
- Hệ thần kinh: Tế bào gốc thần kinh (neural stem cells, NSCs) có khả năng tự tái tạo và biệt hóa thành các loại tế bào chính của hệ thần kinh trung ương, bao gồm neuron và các tế bào thần kinh đệm như astrocyte và oligodendrocyte. Trong quá trình phát triển, các quần thể này tham gia hình thành hệ thần kinh. Ở người trưởng thành, sự hiện diện, mức độ hoạt động và vai trò sinh lý của tế bào gốc thần kinh tại một số vùng não vẫn là chủ đề nghiên cứu, đặc biệt liên quan đến quá trình sinh neuron mới.
2. Phân loại tế bào gốc đa năng
Trong số các tế bào gốc đa tiềm năng, ba nhóm được nghiên cứu nhiều là tế bào gốc tạo máu (HSCs), tế bào gốc/trung mô (MSCs) và tế bào gốc thần kinh (NSCs). Mặc dù đều có khả năng tự tái tạo và biệt hóa theo nhiều hướng, mỗi nhóm có đặc điểm sinh học, phạm vi biệt hóa và vai trò sinh lý khác nhau.
2.1. Tế bào gốc tạo máu (Hematopoietic Stem Cells – HSCs)
Tế bào gốc tạo máu (HSCs) là quần thể tế bào gốc đa tiềm năng có khả năng tự tái tạo và tạo ra các tế bào tiền thân, từ đó hình thành toàn bộ các dòng tế bào máu. Quá trình biệt hóa diễn ra theo từng giai đoạn, từ HSCs đến các tế bào tiền thân đa dòng, tiền thân định hướng dòng và cuối cùng là các tế bào máu trưởng thành. Các sản phẩm biệt hóa bao gồm hồng cầu, bạch cầu hạt, bạch cầu đơn nhân, lympho bào và tiểu cầu thông qua quá trình phát triển của mẫu tiểu cầu.
HSCs cư trú chủ yếu trong tủy xương ở người trưởng thành. Ngoài ra, chúng có thể được thu nhận từ máu dây rốn hoặc máu ngoại vi sau huy động. Khả năng tự tái tạo dài hạn và tái lập nhiều dòng tế bào máu là cơ sở sinh học của ghép tế bào gốc tạo máu, được ứng dụng trong điều trị nhiều bệnh lý huyết học và một số bệnh lý khác có chỉ định phù hợp.
HSCs tạo ra các dòng tế bào máu, góp phần duy trì hoạt động tạo máu trong cơ thể
2.2 Tế bào gốc thần kinh (Neural Stem Cells – NSCs)
NSCs là các tế bào gốc đa tiềm năng có khả năng tự tái tạo và tạo ra một số loại tế bào chính của hệ thần kinh trung ương, gồm neuron, tế bào hình sao (astrocytes) và tế bào ít nhánh (oligodendrocytes). Các tế bào này tham gia vào quá trình hình thành hệ thần kinh trong giai đoạn phát triển và là đối tượng nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực sinh học thần kinh và y học tái tạo.
Trong não động vật có vú trưởng thành, các quần thể tế bào gốc và tiền thân thần kinh được nghiên cứu tại những vi môi trường chuyên biệt, trong đó có vùng dưới não thất và vùng dưới hạt của hồi răng thuộc hồi hải mã. Tuy nhiên, quần thể tế bào thần kinh có tính không đồng nhất, và bằng chứng về mức độ sinh neuron mới cũng như vai trò sinh lý của quá trình này ở người trưởng thành vẫn còn những điểm chưa thống nhất. Do đó, cần thận trọng khi ngoại suy kết quả từ mô hình động vật hoặc thí nghiệm nuôi cấy sang khả năng tái tạo thần kinh ở người.
2.3 Tế bào gốc trung mô (Mesenchymal Stem Cells - MSCs)
MSCs là các quần thể tế bào không thuộc dòng tạo máu, được phân lập từ nhiều loại mô như tủy xương, mô mỡ và mô dây rốn. Các tế bào này có khả năng tăng sinh trong điều kiện nuôi cấy thích hợp và thể hiện tiềm năng biệt hóa theo một số dòng tế bào trung mô, điển hình là tạo xương, tạo sụn và tạo mỡ. Khả năng biệt hóa này là một trong những đặc điểm được sử dụng để mô tả tính đa tiềm năng của MSCs.
Theo tiêu chí kinh điển do Hiệp hội Quốc tế về Liệu pháp Tế bào (International Society for Cell & Gene Therapy, ISCT) đề xuất năm 2006, MSCs người được đánh giá dựa trên ba nhóm đặc điểm: khả năng bám dính bề mặt nhựa trong điều kiện nuôi cấy tiêu chuẩn; kiểu hình miễn dịch với biểu hiện CD73, CD90 và CD105, đồng thời không biểu hiện hoặc biểu hiện ở mức thấp các dấu ấn như CD45, CD34, CD14 hoặc CD11b, CD19 hoặc CD79α và HLA-DR; và khả năng biệt hóa thành tế bào tạo xương, sụn và mỡ in vitro.
Đặc điểm sinh học của tế bào gốc đa năng
Nhóm tế bào này có bốn đặc điểm sinh học cơ bản. Các đặc điểm này giải thích cả tiềm năng lẫn giới hạn của chúng trong điều trị.
1. Khả năng tự tái tạo
Tự tái tạo là khả năng của tế bào gốc phân chia để duy trì quần thể tế bào con vẫn giữ được các đặc tính của tế bào gốc ban đầu, bao gồm khả năng tự tái tạo và tiềm năng biệt hóa. Đối với tế bào gốc đa tiềm năng, đặc tính này giúp duy trì nguồn tế bào gốc cần thiết cho quá trình tạo máu, duy trì mô và thay thế các tế bào bị mất hoặc tổn thương. Tuy nhiên, mức độ và thời gian tự tái tạo khác nhau giữa các quần thể tế bào gốc, phụ thuộc vào đặc điểm sinh học nội tại và tín hiệu từ vi môi trường tế bào gốc (stem cell niche).
Xét về kết quả tạo ra tế bào con, sự phân chia của tế bào gốc có thể được mô tả theo hai kiểu chính:
- Phân chia đối xứng (symmetric division): Tạo ra hai tế bào con có cùng trạng thái phát triển; tùy theo tín hiệu điều hòa, cả hai có thể duy trì đặc tính tế bào gốc hoặc cùng chuyển sang trạng thái biệt hóa.
- Phân chia bất đối xứng (asymmetric division): Tạo ra hai tế bào con có số phận khác nhau, thường gồm một tế bào duy trì đặc tính tế bào gốc và một tế bào đi vào con đường biệt hóa.
Sự phối hợp giữa các kiểu phân chia này góp phần điều hòa quy mô quần thể tế bào gốc và cân bằng giữa duy trì nguồn tế bào gốc với cung cấp tế bào biệt hóa. Tuy nhiên, không nên đồng nhất phân chia đối xứng với tự tái tạo hoặc phân chia bất đối xứng với biệt hóa trong mọi trường hợp, vì số phận tế bào con còn chịu ảnh hưởng của các cơ chế điều hòa nội bào và tín hiệu từ vi môi trường.
Quá trình tự tái tạo giúp duy trì quần thể tế bào gốc qua nhiều chu kỳ phân chia
2. Khả năng biệt hóa thành nhiều loại tế bào
Biệt hóa là quá trình tế bào phát triển và biến đổi về hình thái, đặc điểm phân tử và chức năng để trở thành một loại tế bào chuyên biệt. Trong quá trình này, tế bào thiết lập chương trình biểu hiện gen đặc trưng, phù hợp với chức năng sinh học của loại tế bào đó. Đối với tế bào gốc đa tiềm năng, quá trình biệt hóa tạo ra nhiều loại tế bào chuyên biệt nhưng giới hạn trong một hệ dòng hoặc phạm vi mô nhất định.
Ví dụ như ở tế bào gốc tạo máu (hematopoietic stem cells, HSCs), quá trình biệt hóa diễn ra theo từng giai đoạn, từ HSCs đến các tế bào tiền thân tạo máu đa tiềm năng, tiếp theo là các tế bào tiền thân định hướng dòng và cuối cùng là các tế bào máu trưởng thành. Theo mô hình tạo máu kinh điển, các tế bào tiền thân hình thành hai nhánh chính:
- Nhánh dòng tủy (myeloid lineage): Tạo ra các dòng hồng cầu, bạch cầu hạt, bạch cầu đơn nhân và mẫu tiểu cầu, từ đó hình thành tiểu cầu. Trong mô hình phân cấp kinh điển, các tế bào tiền thân dòng tủy chung tiếp tục biệt hóa qua các quần thể tiền thân chuyên biệt hơn.
- Nhánh dòng lympho (lymphoid lineage): Tạo ra lympho bào T, lympho bào B và tế bào diệt tự nhiên (natural killer cells, NK). Các lympho bào B có thể tiếp tục biệt hóa thành tương bào khi được hoạt hóa thích hợp.
Quá trình biệt hóa tạo máu được điều hòa bởi sự phối hợp giữa các yếu tố phiên mã, cytokine và các đường truyền tín hiệu nội bào. Những yếu tố này điều chỉnh chương trình biểu hiện gen, thúc đẩy sự hình thành đặc tính của từng dòng tế bào và hạn chế các chương trình biệt hóa không phù hợp. Mô hình hai nhánh dòng tủy – dòng lympho là mô hình kinh điển hữu ích để mô tả quá trình này, mặc dù các nghiên cứu hiện đại cho thấy sự phát triển của các dòng tế bào máu phức tạp hơn một sơ đồ phân nhánh tuyến tính đơn giản.
3. Giới hạn về tiềm năng biệt hóa
Phạm vi biệt hóa là tập hợp các loại tế bào mà một quần thể tế bào gốc có khả năng tạo ra trong những điều kiện sinh học nhất định. Đây là đặc điểm quan trọng để phân biệt tế bào gốc đa năng (đa tiềm năng) với tế bào gốc vạn năng. Tế bào gốc đa năng chỉ tạo ra một số loại tế bào trong những dòng nhất định. Tế bào gốc vạn năng có thể tạo ra tế bào thuộc cả ba lá phôi: ngoại bì, trung bì và nội bì.
Phạm vi biệt hóa khác nhau tùy theo từng quần thể tế bào gốc:
- Tế bào gốc thần kinh (NSCs): Có khả năng tạo ra các loại tế bào chính của hệ thần kinh trung ương, bao gồm neuron, tế bào hình sao và tế bào ít nhánh. Trong điều kiện sinh lý, NSCs không tạo ra tế bào máu.
- Tế bào gốc trung mô (MSCs): Có tiềm năng biệt hóa theo các dòng tạo xương, tạo sụn và tạo mỡ trong điều kiện nuôi cấy thích hợp.
- Tế bào gốc tạo máu (HSCs): Có khả năng tạo ra tất cả các dòng tế bào máu, bao gồm hồng cầu, bạch cầu hạt, bạch cầu đơn nhân, lympho bào và tiểu cầu thông qua quá trình biệt hóa của mẫu tiểu cầu. Đây là phạm vi biệt hóa đặc trưng của hệ tạo máu.
Phạm vi biệt hóa cần được đánh giá bằng các phương pháp phù hợp với từng loại tế bào, chẳng hạn phân tích kiểu hình miễn dịch, đánh giá chức năng, thử nghiệm biệt hóa in vitro hoặc các mô hình nghiên cứu chức năng chuyên biệt. Cần phân biệt giữa tiềm năng biệt hóa được chứng minh trong điều kiện nuôi cấy và khả năng tạo ra mô chức năng trong cơ thể sống (in vivo), vì hai đặc tính này không phải lúc nào cũng tương đương.
4. Khả năng đáp ứng với tín hiệu từ vi môi trường
Hoạt động của tế bào gốc đa tiềm năng chịu sự điều hòa của vi môi trường cư trú, còn gọi là ổ tế bào gốc. Đây là môi trường sinh học tại chỗ bao gồm các tế bào lân cận, chất nền ngoại bào, hệ mạch máu và các phân tử tín hiệu. Sự tương tác giữa tế bào gốc với các thành phần này góp phần duy trì khả năng tự tái tạo, điều hòa sự tăng sinh và kiểm soát quá trình biệt hóa của tế bào.
Thông qua các tín hiệu từ vi môi trường, tế bào gốc có thể duy trì trạng thái nghỉ, đi vào chu kỳ tế bào để phân chia hoặc biệt hóa thành các tế bào chuyên biệt. Sự điều hòa này có ý nghĩa quan trọng trong việc duy trì cân bằng giữa bảo tồn quần thể tế bào gốc và cung cấp tế bào mới cho mô. Khi vi môi trường thay đổi do tổn thương, viêm hoặc các yếu tố bệnh lý, hoạt động của tế bào gốc cũng có thể thay đổi tương ứng.
Ứng dụng trong y học hiện đại
Ứng dụng của tế bào gốc đa tiềm năng cần được phân biệt theo mức độ bằng chứng khoa học, hiệu quả lâm sàng và tình trạng phê duyệt của cơ quan quản lý. Một số liệu pháp đã trở thành phương pháp điều trị được xác lập trong những chỉ định cụ thể, trong khi nhiều hướng ứng dụng khác vẫn đang được nghiên cứu tiền lâm sàng hoặc đánh giá qua thử nghiệm lâm sàng.
1. Ứng dụng đã được xác lập trong lâm sàng
Ghép tế bào gốc tạo máu là ứng dụng tiêu biểu của HSCs. Phương pháp này sử dụng tế bào gốc và tế bào tiền thân tạo máu từ tủy xương, máu ngoại vi đã huy động hoặc máu dây rốn để phục hồi hệ tạo máu; tùy chỉ định, ghép cũng có thể góp phần tái lập chức năng miễn dịch. HSCT được sử dụng trong điều trị một số bệnh lý huyết học ác tính, suy tủy, bệnh lý tạo máu di truyền và các rối loạn miễn dịch nhất định.
Hiệu quả của HSCT phụ thuộc vào bệnh lý nền, tình trạng người nhận, nguồn tế bào, liều tế bào được truyền và các yếu tố tương hợp miễn dịch trong ghép đồng loài. Do đó, đây không phải là phương pháp điều trị áp dụng cho mọi bệnh lý, mà cần được chỉ định và thực hiện theo quy trình chuyên môn phù hợp.
Ngoài HSCT, nhiều hướng ứng dụng của tế bào gốc và các sản phẩm có nguồn gốc từ tế bào gốc đang được nghiên cứu nhằm phục hồi mô, điều hòa đáp ứng miễn dịch hoặc tạo ra các tế bào chuyên biệt phục vụ điều trị. Mức độ bằng chứng và tiến độ phát triển khác nhau tùy loại tế bào, bệnh lý và sản phẩm cụ thể.
- Tế bào gốc trung mô (MSCs): Được nghiên cứu về khả năng điều hòa miễn dịch, tác động lên phản ứng viêm và hỗ trợ sửa chữa mô.
- Tế bào gốc thần kinh (NSCs): Được nghiên cứu trong các mô hình bệnh lý thần kinh và chiến lược phục hồi tổn thương hệ thần kinh trung ương. Phần lớn ứng dụng vẫn cần thêm bằng chứng về độ an toàn, khả năng tồn tại của tế bào sau ghép và hiệu quả chức năng lâu dài.
- Các sản phẩm tế bào biệt hóa từ tế bào gốc: Tế bào gốc có thể được sử dụng trong nghiên cứu để tạo ra những loại tế bào chuyên biệt phục vụ mô hình hóa bệnh, sàng lọc thuốc và phát triển liệu pháp tế bào mới. Một số hướng đang được đánh giá qua thử nghiệm lâm sàng, nhưng chưa thể mặc nhiên xem là phương pháp điều trị tiêu chuẩn.
Việc ứng dụng tế bào gốc trong y học đòi hỏi đánh giá nghiêm ngặt về chất lượng sản phẩm, độ an toàn, hiệu quả và khả năng kiểm soát quá trình sản xuất. Những vấn đề cần xem xét bao gồm nguy cơ nhiễm vi sinh vật, đáp ứng miễn dịch không mong muốn, sự tồn tại và phân bố của tế bào sau đưa vào cơ thể, cũng như nguy cơ tăng sinh ngoài kiểm soát trong một số loại sản phẩm. Kết quả nghiên cứu tiền lâm sàng hoặc việc đăng ký thử nghiệm lâm sàng không đồng nghĩa với việc liệu pháp đã được chứng minh hiệu quả và được phê duyệt.
2. Ghép tế bào gốc tạo máu (Hematopoietic Stem Cell Transplantation – HSCT)
Ghép tế bào gốc tạo máu (HSCT) là một ứng dụng lâm sàng đã được xác lập của tế bào gốc tạo máu. Phương pháp này sử dụng sản phẩm tế bào tạo máu thu nhận từ tủy xương, máu ngoại vi sau huy động hoặc máu dây rốn nhằm phục hồi hoặc tái lập hệ tạo máu của người bệnh. Sản phẩm ghép chứa HSCs và các tế bào tiền thân tạo máu ở những tỷ lệ khác nhau, không nhất thiết chỉ bao gồm các HSCs thuần khiết.
Sau khi được truyền vào cơ thể, các tế bào tạo máu có khả năng di chuyển đến tủy xương, định cư trong vi môi trường tạo máu, tiếp tục tăng sinh và biệt hóa thành các dòng tế bào máu. Quá trình này được gọi là mọc mảnh ghép (engraftment), thể hiện qua sự phục hồi tạo máu sau ghép. Đối với ghép đồng loài, các tế bào miễn dịch có nguồn gốc từ người hiến còn có thể góp phần tái lập chức năng miễn dịch và tạo hiệu ứng chống khối u trong một số bệnh lý ác tính.
HSCT được sử dụng trong điều trị một số bệnh lý huyết học ác tính và không ác tính, bao gồm bệnh bạch cầu, u lympho, đa u tủy, hội chứng loạn sản tủy, suy tủy xương nặng, thalassemia, bệnh hồng cầu hình liềm và một số rối loạn miễn dịch di truyền. Tuy nhiên, chỉ định ghép phụ thuộc vào phân nhóm bệnh, giai đoạn bệnh, nguy cơ tái phát, đáp ứng với các phương pháp điều trị khác và tình trạng sức khỏe của người bệnh; không phải mọi bệnh nhân mắc các bệnh lý này đều cần ghép.
Tùy theo nguồn tế bào ghép, HSCT được chia thành hai hình thức chính:
- Ghép tự thân (autologous HSCT): Sử dụng tế bào tạo máu của chính người bệnh, được thu thập và lưu trữ trước khi điều trị điều kiện hóa. Phương pháp này thường được sử dụng trong một số trường hợp đa u tủy và u lympho. Mục đích chủ yếu là phục hồi tạo máu sau điều trị liều cao.
- Ghép đồng loài (allogeneic HSCT): Sử dụng tế bào tạo máu từ người hiến phù hợp, có thể là người thân hoặc người hiến không cùng huyết thống. Ngoài việc tái lập tạo máu, phương pháp này còn có thể tạo hiệu ứng miễn dịch chống bệnh ác tính, nhưng đi kèm nguy cơ biến chứng như bệnh mảnh ghép chống chủ (graft-versus-host disease, GVHD).
Hiệu quả và độ an toàn của HSCT phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm bệnh lý nền, tình trạng bệnh tại thời điểm ghép, nguồn tế bào, liều tế bào được truyền, mức độ tương hợp HLA trong ghép đồng loài, phác đồ điều kiện hóa và khả năng mọc mảnh ghép. Vì vậy, quyết định ghép cần được đưa ra trên cơ sở đánh giá chuyên khoa và cân nhắc lợi ích–nguy cơ đối với từng người bệnh.
Ghép HSCs giúp tái lập hệ tạo máu ở người bệnh có chỉ định phù hợp
3. Nghiên cứu tái tạo và sửa chữa mô
Trong y học tái tạo, tế bào mô đệm trung mô (mesenchymal stromal cells, MSCs) là một trong những nhóm tế bào được nghiên cứu rộng rãi nhờ khả năng điều hòa đáp ứng miễn dịch và hỗ trợ quá trình sửa chữa mô. Các hướng nghiên cứu bao gồm tổn thương xương, sụn, gân và những mô liên kết khác. Tuy nhiên, khả năng biệt hóa của MSCs trong điều kiện nuôi cấy không đồng nghĩa với việc chúng có thể thay thế hiệu quả các tế bào tổn thương sau khi đưa vào cơ thể.
Bên cạnh khả năng biệt hóa trong những điều kiện nhất định, MSCs còn tiết ra nhiều cytokine, yếu tố tăng trưởng, chemokine và các phân tử có hoạt tính sinh học. Những chất này có thể điều hòa hoạt động của tế bào miễn dịch, ảnh hưởng đến phản ứng viêm, hỗ trợ sự sống còn của tế bào và tác động đến quá trình tái cấu trúc mô. Các tác động thông qua những chất được tế bào giải phóng thường được gọi là cơ chế cận tiết (paracrine signaling). Vì vậy, tác dụng sinh học của MSCs có thể liên quan đáng kể đến hoạt động điều hòa miễn dịch và tương tác với môi trường mô, chứ không chỉ dựa trên việc biệt hóa thành tế bào thay thế. Mức độ đóng góp của từng cơ chế phụ thuộc vào nguồn tế bào, phương pháp sản xuất, đường dùng và bệnh lý được điều trị.
Một dấu mốc quan trọng trong ứng dụng lâm sàng là ngày 18/12/2024, Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) phê duyệt Ryoncil (remestemcel-L-rknd), sản phẩm tế bào gốc trung mô có nguồn gốc từ tủy xương người hiến, để điều trị bệnh mảnh ghép chống chủ cấp kháng steroid (steroid-refractory acute graft-versus-host disease, SR-aGVHD) ở bệnh nhi từ 2 tháng tuổi. Đây là sản phẩm MSC đầu tiên được FDA phê duyệt.
4. Nghiên cứu điều trị các bệnh lý thần kinh
Tế bào gốc thần kinh (neural stem cells, NSCs) có khả năng tự đổi mới và biệt hóa thành các dòng tế bào thần kinh chủ yếu, bao gồm neuron, tế bào hình sao (astrocytes) và tế bào ít nhánh (oligodendrocytes). Vì vậy, NSCs đang được nghiên cứu như một hướng tiếp cận tiềm năng nhằm hỗ trợ sửa chữa mô thần kinh trong chấn thương hệ thần kinh trung ương và một số bệnh lý thoái hóa thần kinh. Các cơ chế được khảo sát bao gồm thay thế tế bào bị mất, hỗ trợ sự sống còn của neuron, điều hòa đáp ứng viêm và cải thiện vi môi trường tại vùng tổn thương.
Cần phân biệt NSCs với tế bào tiền thân thần kinh hoặc tế bào tiền thân dopaminergic được tạo ra từ tế bào gốc vạn năng, chẳng hạn tế bào gốc phôi hoặc tế bào gốc vạn năng cảm ứng (iPSCs). Trong nghiên cứu bệnh Parkinson, nhiều hướng tiếp cận hiện nay tập trung vào việc tạo tế bào tiền thân dopaminergic để ghép vào vùng thể vân, nhằm phục hồi một phần chức năng dopaminergic. Đây không nhất thiết là liệu pháp sử dụng NSCs nguyên thủy. Đối với chấn thương tủy sống và xơ cứng teo cơ một bên (amyotrophic lateral sclerosis, ALS), các chiến lược tế bào khác nhau cũng đang được khảo sát, với mức độ bằng chứng và giai đoạn phát triển không đồng nhất giữa từng sản phẩm.
Mặc dù một số nghiên cứu tiền lâm sàng và thử nghiệm lâm sàng giai đoạn sớm đã ghi nhận những kết quả đáng quan tâm, các liệu pháp tế bào thần kinh vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Tế bào ghép cần sống sót, biệt hóa đúng hướng, tích hợp vào mô nhận và tạo được kết nối chức năng phù hợp; đồng thời phải kiểm soát nguy cơ hình thành mô ngoài ý muốn, tăng sinh không kiểm soát và các biến cố liên quan đến thủ thuật ghép. Do đó, các liệu pháp này chưa phải phương pháp điều trị thường quy cho phần lớn bệnh lý thần kinh; kết quả nghiên cứu ban đầu cần được xác nhận qua các nghiên cứu có thiết kế phù hợp và theo dõi dài hạn.
5. Nghiên cứu cơ chế bệnh và phát triển thuốc
Tế bào gốc và các tế bào biệt hóa từ chúng là những mô hình quan trọng trong nghiên cứu sinh học phát triển, cơ chế bệnh sinh và sàng lọc thuốc. Trong điều kiện nuôi cấy được kiểm soát, các nhà nghiên cứu có thể theo dõi sự thay đổi về biểu hiện gen, hoạt động của các đường truyền tín hiệu, kiểu hình và chức năng tế bào khi thay đổi điều kiện môi trường hoặc tác động bằng các yếu tố gây bệnh. Tuy nhiên, mức độ mô phỏng bệnh lý trên cơ thể sống phụ thuộc vào loại tế bào và đặc điểm của từng mô hình.
Ví dụ, tế bào gốc tạo máu (HSCs) và các tế bào tiền thân tạo máu được sử dụng để nghiên cứu quá trình tạo máu, sự hình thành các dòng tế bào bất thường và những biến đổi liên quan đến các bệnh lý huyết học, bao gồm bệnh bạch cầu. Các mô hình này giúp làm rõ những bất thường về di truyền, điều hòa tăng sinh và biệt hóa tế bào. Trong lĩnh vực thần kinh, NSCs và các tế bào thần kinh biệt hóa từ tế bào gốc có thể được sử dụng để khảo sát quá trình phát triển thần kinh, đáp ứng với các tác nhân gây tổn thương và cơ chế bệnh sinh của một số rối loạn thần kinh.
Một ứng dụng khác là nuôi cấy bào quan (organoids) — các cấu trúc ba chiều được tạo ra từ tế bào gốc hoặc tế bào tiền thân, có khả năng tái hiện một số đặc điểm cấu trúc và chức năng của mô cơ quan. Chẳng hạn, tế bào gốc biểu mô ruột biểu hiện dấu ấn LGR5 có thể được sử dụng để tạo organoid ruột. Organoid ruột có nguồn gốc từ người bệnh xơ nang đã được nghiên cứu để đánh giá đáp ứng với các thuốc điều biến protein CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator). Mô hình này có tiềm năng hỗ trợ đánh giá đáp ứng thuốc theo đặc điểm của từng người bệnh, nhưng không thay thế hoàn toàn các nghiên cứu tiền lâm sàng hoặc thử nghiệm lâm sàng.
Nhìn chung, việc sử dụng tế bào gốc và organoid trong nghiên cứu giúp sàng lọc các hợp chất tiềm năng, khảo sát cơ chế tác động và xác định những hướng nghiên cứu tiếp theo. Trước khi một ứng viên thuốc được đưa vào thử nghiệm trên người, vẫn cần đánh giá thêm về hiệu lực, độc tính, dược động học và độ an toàn bằng các mô hình phù hợp.
Mô hình tế bào gốc giúp nghiên cứu cơ chế bệnh và đánh giá tác động của thuốc
Những hạn chế và thách thức cần lưu ý
Mặc dù có vai trò quan trọng trong duy trì mô và tiềm năng ứng dụng trong y học tái tạo, tế bào gốc đa tiềm năng vẫn tồn tại những giới hạn về phạm vi biệt hóa, khả năng thu nhận, duy trì đặc tính sinh học khi nuôi cấy và độ an toàn khi ứng dụng lâm sàng. Các thách thức này khác nhau tùy loại tế bào, nguồn mô và mục đích sử dụng. Có thể phân thành năm nhóm chính.
1. Giới hạn về khả năng biệt hóa
Tế bào gốc đa tiềm năng chỉ có thể biệt hóa thành một số loại tế bào trong những dòng phát triển hoặc phạm vi mô nhất định. Chẳng hạn, HSCs tạo ra các dòng tế bào máu, NSCs tạo ra neuron và tế bào thần kinh đệm, còn MSCs có thể biệt hóa theo các dòng xương, sụn và mỡ trong những điều kiện nuôi cấy thích hợp. Do đó, các tế bào này không thể mặc nhiên được sử dụng để thay thế mọi loại tế bào bị tổn thương trong cơ thể. Khả năng ứng dụng phụ thuộc vào đặc tính của từng quần thể tế bào và bằng chứng chứng minh chức năng của sản phẩm sau biệt hóa.
2. Khó khăn trong thu nhận và phân lập
Một số quần thể tế bào gốc hiện diện với tỷ lệ thấp trong mô, đòi hỏi quy trình thu nhận, phân lập và làm giàu phù hợp. Số lượng tế bào thu được còn phụ thuộc vào nguồn mô, chất lượng mẫu, tuổi người hiến và phương pháp xử lý. Đối với HSCs, máu dây rốn là nguồn tế bào có giá trị trong ghép, nhưng tổng liều tế bào thu được có thể hạn chế đối với người nhận có cân nặng lớn. Đối với MSCs, hiệu suất phân lập và khả năng tăng sinh cũng thay đổi theo nguồn mô và điều kiện xử lý. Vì vậy, lựa chọn nguồn tế bào cần dựa trên mục đích sử dụng, yêu cầu về liều tế bào và tiêu chuẩn chất lượng của sản phẩm.
3. Thách thức trong nuôi cấy và nhân rộng tế bào
Để đáp ứng nhu cầu nghiên cứu hoặc sản xuất sản phẩm tế bào, nhiều quần thể tế bào gốc cần được nuôi cấy và tăng sinh in vitro. Tuy nhiên, qua các lần cấy chuyển liên tiếp, tế bào có thể giảm tốc độ tăng sinh, xuất hiện lão hóa tế bào và thay đổi đặc điểm hình thái, kiểu hình hoặc chức năng. Những thay đổi này đã được ghi nhận ở MSCs, bao gồm sự suy giảm tiềm năng biệt hóa và biến đổi các yếu tố tiết có liên quan đến tác dụng sinh học của tế bào.
Vì vậy, việc nhân rộng tế bào cần đi kèm kiểm soát chất lượng tại các giai đoạn phù hợp, bao gồm định danh tế bào, độ tinh sạch, khả năng sống, đặc điểm kiểu hình, hoạt lực sinh học và các chỉ tiêu an toàn theo mục đích sử dụng. Số lần cấy chuyển không nên là tiêu chí duy nhất để đánh giá chất lượng, bởi sự thay đổi đặc tính tế bào còn phụ thuộc vào nguồn mô, môi trường nuôi cấy, mật độ gieo tế bào và điều kiện sản xuất.
4. Nguy cơ và biến chứng trong ứng dụng lâm sàng
Đối với ghép tế bào gốc tạo máu, nguy cơ biến chứng phụ thuộc vào bệnh nền, phác đồ điều kiện hóa, nguồn tế bào ghép và đặc điểm người nhận. Hóa trị hoặc xạ trị điều kiện hóa có thể gây suy giảm tạo máu, tổn thương niêm mạc và ức chế miễn dịch, khiến người bệnh tăng nguy cơ nhiễm trùng và xuất huyết trong giai đoạn chờ mọc mảnh ghép. Thời gian hồi phục tạo máu và miễn dịch khác nhau tùy nguồn tế bào và đặc điểm ghép.
Trong ghép đồng loài, một biến chứng quan trọng là bệnh mảnh ghép chống chủ (graft-versus-host disease, GVHD), xảy ra khi các tế bào miễn dịch có nguồn gốc từ người hiến nhận diện và tấn công mô của người nhận. GVHD có thể ảnh hưởng đến da, đường tiêu hóa, gan và nhiều cơ quan khác. Nguy cơ này cần được kiểm soát bằng lựa chọn người hiến phù hợp, dự phòng miễn dịch và theo dõi sau ghép theo phác đồ chuyên môn.
5. Hạn chế về bằng chứng khoa học và quản lý liệu pháp
Mặc dù HSCT đã trở thành phương pháp điều trị được xác lập cho nhiều bệnh lý có chỉ định phù hợp, nhiều ứng dụng khác của tế bào gốc, đặc biệt là các liệu pháp tái tạo mô sử dụng MSCs, vẫn cần được đánh giá thêm về hiệu quả, độ an toàn và kết quả lâu dài.
Hiệp hội Quốc tế Nghiên cứu Tế bào gốc (International Society for Stem Cell Research, ISSCR) khuyến cáo cần thận trọng với những can thiệp tế bào chưa được chứng minh đầy đủ về hiệu quả và độ an toàn, đặc biệt khi được quảng cáo thương mại ngoài khuôn khổ nghiên cứu lâm sàng được giám sát thích hợp. Người bệnh nên kiểm tra tình trạng phê duyệt của sản phẩm cho đúng chỉ định, bằng chứng từ nghiên cứu lâm sàng và cơ sở thực hiện, thay vì dựa vào những tuyên bố chung như “tái tạo mọi mô” hoặc “điều trị nhiều bệnh bằng tế bào gốc”.
Kết luận
Tế bào gốc đa năng giúp cơ thể duy trì và bổ sung tế bào chuyên biệt tại nhiều mô. Ghép tế bào gốc tạo máu là ứng dụng đã được chứng minh rõ nhất. Tại Hoa Kỳ, sản phẩm MSC đầu tiên mới được FDA phê duyệt năm 2024 cho một chỉ định hẹp. Nhiều hướng khác, đặc biệt trong bệnh lý thần kinh, vẫn đang được nghiên cứu. Khi tìm hiểu về tế bào gốc, bạn cần phân biệt rõ đâu là điều trị đã có bằng chứng và đâu là kỳ vọng từ nghiên cứu.
Nếu bạn muốn tìm hiểu về khả năng thu thập, xử lý, lưu trữ và ứng dụng tế bào gốc trong y học, hãy liên hệ Trung tâm Tế bào gốc và Ngân hàng mô - Bệnh viện Đại học Phenikaa để được tư vấn thông tin chuyên môn và lựa chọn dịch vụ phù hợp với nhu cầu. Bạn có thể gọi hotline 1900 2262 để được hỗ trợ và hướng dẫn đặt lịch tư vấn.
