Tế bào gốc đa năng cảm ứng (iPSC) và tiềm năng trong y khoa

Tế bào gốc đa năng cảm ứng là tế bào gốc do con người tạo ra từ tế bào soma trưởng thành. Loại tế bào này có khả năng tăng sinh gần như vô hạn và có thể biệt hóa thành bất kỳ loại tế bào nào nên có tiềm năng ứng dụng lớn trong lĩnh vực y khoa. 

Tuy nhiên, loại tế bào này cũng có một số hạn chế nhất định nên phần lớn vẫn đang ở giai đoạn nghiên cứu ứng dụng. Tham khảo chi tiết về loại tế bào gốc này ngay sau đây! 

1. Tế bào gốc đa năng cảm ứng là gì? Có sự khác biệt gì?

Tế bào gốc đa năng cảm ứng – induced pluripotent stem cells (iPS cell hoặc iPSCs) – là tế bào gốc đa năng loại 2 do các nhà khoa học nghiên cứu ra. Loại tế bào này có nguồn gốc từ tế bào soma (biệt hóa) trưởng thành trong máu, da và đã được tái lập trình về mặt di truyền để có trạng thái giống như tế bào gốc phôi.

1.1. Đặc điểm nổi bật 

• Có khả năng tăng sinh gần như vô hạn trông môi trường sinh cấy.
• Có thể biệt hóa thành bất kỳ loại tế bào chuyên biệt nào có nguồn gốc từ ba lớp mầm của phôi (nội bì, trung bì, ngoại vi) như tế bào thần kinh, tim, gan, tuyến tụy.

1.2. So sánh tế bào gốc đa năng cảm ứng và các loại tế bào gốc khác

Căn cứ vào nguồn gốc, tế bào gốc được chia thành 4 loại là tế bào gốc phôi (embryonic stem cells), tế bào gốc nhũ nhi (infant stem cells), tế bào gốc trưởng thành (adult stem cells) và tế bào gốc đa năng cảm ứng (induced pluripotent stem cells). 

So với các loại tế bào gốc khác, loại tế bào này khác có sự khác biệt như sau [1]:

2. Tế bào gốc đa năng cảm ứng có nguồn gốc từ đâu?

Loại tế này này không có sẵn trong cơ thể người mà do các nhà khoa học, nghiên cứu và tạo ra từ tế bào soma trưởng thành trong máu, da. Quy trình cụ thể như sau:

• Tạo tế bào gốc đa năng cảm ứng: Ban đầu, các nhà khoa học tạo ra tế bào dạng này bằng cách sử dụng một vài gen mã hóa cho các protein tham gia vào quá trình phiên mã. Sau đó, các nhà khoa học cải tiến phương pháp để tạo ra tế bào gốc đa năng cảm ứng. Họ sử dụng các plasmid hoặc một số virus không xâm nhập bệnh nhân hay các AR thông tin, protein để đưa vào tế bào nhằm tái lập trình lại tế bào đó.
• Sàng lọc, đánh giá: Nhà khoa học đem các tế bào được tạo ra đi sàng lọc bằng các nấc cơ hoặc cho tế bào gốc phôi. Tiếp theo, nhà khoa học đánh giá hình thái,  tiềm năng biệt hóa của tế bào xem có giống tế bào gốc phôi không.
• Lưu trữ: Cuối cùng, nhà nghiên cứu đem tế bào gốc đa năng cảm ứng cất vào ngân hàng IPS.

Nguồn gốc của tế bào gốc đa năng cảm ứng: Vào năm 2006, nhà khoa học Shinya Yamanaka (Nhật Bản) 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.  Sau đó, vào năm 2007, nhóm giảng viên của Broad Stem Cell Research Center (BSCRC)  cùng với các tiến sĩ Kathrin Plath, Amander Clark, William Lowry và April Pyle đã tạo ra loại tế bào nêu trên.

3. Tiềm năng của tế bào gốc đa năng cảm ứng trong y học

Loại tế bào này hiện nay mang lại nhiều lợi ích trong ngành y học:

• Giảm nguy cơ đào thải miễn dịch khi cấy ghép: Do tế bào dạng này được tạo ra từ các tế bào soma trong chính cơ thể người hiến.
• Không gây tranh cãi về đạo đức: Việc sử dụng tế bào gốc phôi trong nghiên cứu đã gây ra nhiều tranh cãi đạo đức. Với việc ra đời của loại tế bào nêu trên, những lo ngại về an toàn, sức khỏe và đạo đức trong phương pháp tế bào gốc đã được giải quyết.
• Giảm chi phí và rủi ro khi thử nghiệm lâm sàng: Hầu hết các cuộc thử nghiệm thuốc tiền lâm sàng hiện nay đều sử dụng mô hình động vật để đánh giá hiệu quả. Nhưng mô hình này không thể mô phỏng hoàn toàn cơ thể người và khá tốn kém. Việc dùng tế bào gốc để thử nghiệm lâm sàng sàng lọc độc tính của thuốc sẽ giảm bớt rủi ro và chi phí.

Vì thế, tế bào gốc đa năng cảm ứng được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu y khoa, thử nghiệm thuốc, mẫu bệnh. Tuy nhiên, loại tế bào này cũng có nhược điểm là có nguy cơ tạo ra u quái và phát triển thành khối u tế bào gốc.

4. Ứng dụng của tế bào gốc đa năng cảm ứng

Hiệu suất tái lập trình tế bào soma thành tế bào gốc đa năng cảm ứng rất thấp (0,1 – 3%) và chi phí cao hơn các loại tế bào gốc khác như MSCs, HSCs. Bên cạnh đó, còn có mối nguy cơ tạo thành khối u. Vì thế, tế bào iPSC chủ yếu được ứng dụng trong lĩnh vực nghiên cứu. Dưới đây là một số ứng dụng cơ bản của loại tế bào gốc này.

4.1. Sửa chữa mô

Theo Trung tâm Thông tin Công nghệ Sinh học Quốc gia Hoa Kỳ, đã có nghiên cứu cho thấy cho thấy tế bào gốc đa năng cảm ứng trên chuột có thể tạo ra các tế bào thần kinh. Khi sử dụng loại tế bào gốc này để cấy ghép, các chức năng của động vật được hồi phục và khả năng vận động cải thiện rõ rệt. Điều này cho thấy đây là loại tế bào có tiềm năng lớn trong việc sửa chữa mô.

4.2. Sửa chữa các cơ quan, bộ phận bị tổn thương

Ngoài ra, loại tế bào này còn có khả năng biệt hóa thành mọi loại tế bào trong cơ thể. Vì thế, đây là nguồn tế bào ngoài tế bào gốc phôi duy nhất có khả năng sửa chữa các bộ phận bị tổn thương, mất mát do bệnh tật, tai nạn.

Ví dụ: Tế bào gốc đa năng cảm ứng có thể biệt hóa thành tế bào thần kinh để điều trị rối loạn thần kinh. Loại tế bào này cũng có thể trở thành tế bào beta để điều trị bệnh tiểu đường.

Dưới đây là một số nghiên cứu, ví dụ thực tế chứng minh cho khả năng này:

Tế bào gốc đa năng cảm ứng sửa chữa các cơ quan, bộ phận bị tổn thương
Cải thiện chức năng tim [2]	Nelson và cộng sự lần đầu tiên đã chứng minh được hiệu quả của tế bào gốc đa năng cảm ứng trong điều trị nhồi máu cơ tim cấp tính.  Họ đã chỉ ra rằng các tế bào iPS có nguồn gốc từ MEF có thể khôi phục hiệu suất co bóp sau thiếu máu cục bộ, độ dày thành tâm thất và độ ổn định điện trong khi đạt được khả năng tái tạo tại chỗ của tim, cơ trơn và mô nội mô.
Điều trị bệnh tiểu đường [3]	Nhà nghiên cứu Zhang và cộng sự đã báo cáo cách tiếp cận hiệu quả cao để tạo ra các tế bào ES và iPS của con người biệt hóa thành các tế bào sản xuất insulin trưởng thành trong hệ thống nuôi cấy được xác định bằng hóa học. Từ đó hỗ trợ kiểm soát và điều trị tiểu đường.
Điều trị các bệnh thần kinh [4]	Các tế bào thần kinh Dopaminergic có nguồn gốc từ iPSC của linh trưởng đã được sử dụng thành công để chữa bệnh Parkinson.  Bên cạnh đó, việc tạo ra các mô hình iPSC từ những trường hợp mắc bệnh Parkinson trong gia đình đã góp phần rất lớn vào việc xác định một số cơ chế phân tử liên quan đến sự tiến triển của bệnh.
Chữa tổn thương tủy sống [5]	Vào tháng 1/2022, các nhà nghiên cứu Nhật Bản thuộc đại học Keio đã cấy ghép khoảng 2 triệu tế bào có nguồn gốc từ loại tế bào này vào một bệnh nhân bị tổn thương tủy sống trước khi phẫu thuật 4 tuần.  Bằng cách này, dây thần kinh của những bệnh nhân mất chức năng vận động và cảm giác sẽ được tái tạo

4.3. Hình thành cơ quan

Các nghiên cứu được công bố ở Nhật Bản cho thấy tế bào gốc đa năng cảm ứng có thể tạo thành cơ quan ở người và dùng để cấy ghép. Đây là phương pháp kết hợp các loại tế bào khác nhau và tự tổ chức thành một cơ quan phức tạp mô phỏng quá trình phát triển của thai nhi.

Bằng chứng là sự kết hợp giữa ba loại tế bào gốc khác nhau như 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) đã tạo ra được “chồi gan” ở người. 

4.4. Tạo tế bào hồng cầu

Năm 2014, Hiệp hội Huyết học Quốc gia Scotland đã dùng tế bào gốc đa năng cảm ứng để biệt hóa thành tế bào trung mô, tế bào máu rồi phát triển thành tế bào hồng cầu loại O. Mà O là nhóm máu có thể truyền cho bất cứ bệnh nhân nào. Mỗi nửa lít máu có tới 2000 tỷ tế bào hồng cầu. Mỗi năm có tới 107 triệu người hiến máu trên thế giới.

Vì thế, việc tạo ra tế bào hồng cầu từ loại tế bào nêu trên đã mở ra tiềm năng cực kỳ to lớn trong việc hiến máu.

4.5. Tìm ra nguyên nhân gây ra bệnh và đặc điểm của bệnh 

Các nhà khoa học đã lấy tế bào soma của bệnh nhân mắc bệnh nan y để tạo ra tế bào gốc đa năng cảm ứng và biệt hóa thành tế bào của mô bệnh. 

Từ đó, các nhà khoa học sẽ khám phá cơ chế phân tử của bệnh, phân tích di truyền và nghiên cứu, tìm ra được nguyên nhân gây bệnh. Đồng thời, thông tin di truyền từ loại tế bào này còn cho phép nhà nghiên cứu chẩn đoán sớm và chính xác hơn về dấu hiệu, tiến triển của bệnh [6].

Tiêu biểu là việc ứng dụng loại tế bào nêu trên để nghiên cứu các bệnh di truyền ở người và rối loạn phổ biến. Ví dụ như hội chứng Down, bệnh lặn nhiễm sắc thể thường (teo cơ tủy sống), rối loạn máu, bệnh tim, tiểu đường…

Điều này có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Bởi nhiều loại tế bào có nguồn gốc từ bệnh nhân sau một vài lần cấy chuyển trong phòng thí nghiệm có xu hướng ngừng phát triển. Trong khi đó, tế bào dạng này được xem là nguồn cung cấp các tế bào từ bệnh nhân không giới hạn và có thể biệt hóa thành bất cứ loại tế bào nào trong cơ thể.

4.6. Nghiên cứu thuốc

Ngoài ra, các nhà nghiên cứu còn sử dụng tế bào gốc đa năng cảm ứng để đánh giá, thử nghiệm độc tính và tác dụng phụ của thuốc. Đây chính là điều không thể thực hiện được trên cơ thể con người, mở ra hướng phát triển cho các loại thuốc mới.

Vào năm 2012, một dự án hợp tác quốc tế StemBANCC xây dựng một tập hợp của các dòng tế bào iPS cho việc sàng lọc thuốc của một loạt các bệnh đã được thành lập và quản lý bởi đại học Oxford. 

Dự án này gây quỹ nguồn lực từ 10 công ty dược và 23 trường đại học. Mục đích của dự án là tạo ra một thư viện chứa 1500 dòng tế bào đa năng cảm ứng có thể được sử dụng trong thử nghiệm thuốc ban đầu bằng cách cung cấp môi trường mô phỏng các căn bệnh ở người.

4.7. Làm vắc xin ung thư

Năm 2018, trường Y thuộc Đại học Stanford đã nghiên cứu tế bào gốc đa năng cảm ứng trên chuột và đưa ra đề xuất dùng loại tế bào này để huấn luyện hệ thống miễn dịch tấn công hay ngăn chặn khối u.

Tiến sĩ, bác sĩ Joseph Wu – Giám đốc Viện Tim mạch, Đại học Stanford, chuyên gia về tim mạch và phóng xạ giải thích: 

“Chúng tôi đã nhận ra rằng các phân tử trên bề mặt tế bào iPS rất giống với các phân tử trên bề mặt tế bào ung thư. Khi chúng tôi tiêm vào chuột tế bào iPS đã được biến đổi di truyền phù hợp, hệ thống miễn dịch của chuột đã có thể được kích thích để loại bỏ sự phát triển của khối u. Trong khi chờ đợi việc thử nghiệm trên người, những phát hiện của chúng tôi đã cho thấy những tế bào iPS này có thể một ngày nào đó được sử dụng như một vắc xin ung thư đặc hiệu cho bệnh nhân” [7].

5. Các nghiên cứu khoa học, báo cáo về ứng dụng tế bào gốc đa năng cảm ứng

Với tiềm năng ứng dụng lớn, tế bào gốc đa năng cảm ứng đã thu hút sự quan tâm, nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trên thế giới. Dưới đây là một vài nghiên cứu, báo cáo tiêu biểu:

Nghiên cứu của nhóm tác giả từ Trường Y thuộc Đại học Stanford về: “Tế bào gốc tim đa năng cảm ứng có thể dùng làm vắc-xin ung thư” Chi tiết	Nghiên cứu của nhóm tác giả từ Trường Y khoa Đại học Osaka, Nhật Bản về: “Tính khả thi, độ an toàn và hiệu quả điều trị của tế bào cơ tim có nguồn gốc từ tế bào gốc đa năng trong mô hình bệnh cơ tim thiếu máu cục bộ ở lợn” Chi tiết	Nghiên cứu của nhóm tác giả từ Đại học Hàn Quốc Bệnh viện Ansan, Ansan, Hàn Quốc về: “Tế bào gốc đa năng do con người tạo ra: Ý nghĩa lâm sàng và ứng dụng trong các bệnh thần kinh” Chi tiết
Nghiên cứu của nhóm tác giả từ Viện Khoa học Y tế Biên giới, Đại học Kyoto, Nhật Bản về: “Sự sống sót của tế bào gốc đa năng, các tế bào thần kinh Dopaminergic não giữa có nguồn gốc trong não của mô hình linh trưởng mắc bệnh Parkinson” Chi tiết	Nghiên cứu của nhóm tác giả từ Khoa Sinh học tế bào và Phát triển, Viện Y sinh phân tử Max Planck, Đức về: “Điều tra bệnh ở người bằng mô hình tế bào gốc” Chi tiết	Nghiên cứu của các nhà nghiên cứu người Pháp về: “Tế bào gốc đa năng của con người để mô hình hóa bệnh tật và sàng lọc thuốc” Chi tiết

Mặc dù có nhiều tiềm năng nghiên cứu nhưng việc ứng dụng tế bào gốc đa năng cảm ứng trong y học vẫn còn một số thách thức. 

Với những tiến bộ mới, các nhà khoa học có thể tạo ra tế bào gốc đa năng cảm ứng có hiệu suất cao hơn và cải tiến quá trình nhân nuôi tự động, kiểm tra chất lượng tốt hơn. Vì thế, loại tế bào này hứa hẹn sẽ có nhiều ứng dụng khả thi hơn trong tương lai.

Nếu muốn tìm hiểu thêm về liệu pháp tế bào gốc, hãy liên hệ với N2 Clinic theo số Hotline: 0976 282 815 hoặc Đặt lịch ngay