Biệt Hóa Tế Bào Gốc Và Cơ Chế Biệt Hóa Tế Bào

Tác giả: Ngô Thị Thúy An , bài viết được tư vấn chuyên môn bởi: TS.BS Takaaki Matsuoka Viện trưởng Trung tâm tế bào gốc Helene

Đặc điểm nổi bật của tế bào gốc là khả năng tự làm mới và biệt hóa thành các loại tế bào khác nhau. Việc biệt hóa tế bào gốc thành một loại tế bào nhất định thường đòi hỏi sự kết hợp cụ thể giữa môi trường và các yếu tố. Bài viết này cung cấp một cái nhìn tổng quan ngắn gọn về khái niệm, cơ chế cũng như các phương pháp biệt hoá tế bào gốc.

Nội dung bài viết

1. Biệt hóa tế bào gốc là gì?

Tế bào gốc là những tế bào chuyên biệt có thể tự đổi mới và biệt hóa thành tế bào soma trưởng thành trong ống nghiệm và in vivo. Chúng được tìm thấy trong phôi thường được gọi là tế bào gốc phôi, có thể là đa năng hoặc toàn năng. Toàn năng là những tế bào gốc có khả năng biệt hóa thành mọi loại tế bào trong cơ thể. Đa năng là những tế bào gốc có thể biệt hóa thành hầu hết các loại tế bào, nhưng không phải tất cả. Chúng được tìm thấy trong phôi nang ở người. Mặc dù đa năng nhưng các tế bào gốc được tìm thấy ở người trưởng thành có khả năng biệt hóa thành các loại tế bào hạn chế.
Biệt hóa tế bào gốc là sự thay đổi một tế bào thành một loại tế bào chuyên biệt hơn, liên quan đến việc chuyển từ tăng sinh sang chuyên biệt hóa . Điều này liên quan đến sự thay đổi liên tiếp về hình thái tế bào, điện thế màng, hoạt động trao đổi chất và khả năng đáp ứng với các tín hiệu nhất định. Sự biệt hóa tế bào gốc được điều hòa chặt chẽ bằng các con đường truyền tín hiệu và sửa đổi biểu hiện gen.

2. Cơ chế của biệt hóa tế bào

Các yếu tố phiên mã là chìa khóa cho quá trình biệt hóa tế bào. Hóa chất và hormone liên quan quyết định tiến trình xoay quanh DNA, quyết định việc phiên mã. Cơ thể và các tế bào xung quanh quyết định những yếu tố tìm thấy trong tế bào ngay từ giai đoạn phát triển bào thai cho đến khi chết. Cả DNA được thành lập trong một tế bào và vị trí biểu hiện DNA đều rất quan trọng.

Yếu tố phiên mã có ảnh hưởng trực tiếp lên các protein dịch mã DNA biến đổi nó từ từ thành các protein hoạt động và các tế bào khác. Nhưng khi các tế bào bắt đầu ép chặt vào nhau thì chúng báo hiệu cho nhau rằng hoạt động không thể tiếp tục diễn ra.

3. Phương pháp biệt hóa tế bào gốc

Giống như nuôi cấy tế bào gốc, các phương pháp biệt hóa phụ thuộc vào loại tế bào gốc, dòng đích và loại tế bào somatic. Khi tế bào gốc được tạo ra để biệt hóa, điều quan trọng là phải theo dõi quá trình này và xác nhận kiểu hình của tế bào. Theo dõi và nhận dạng của các loại tế bào biệt hóa có thể được phân tích bằng các kỹ thuật PCR như PCR thời gian thực hoặc PCR kỹ thuật số, phân loại tế bào/phân tích dòng tế bào, hóa mô miễn dịch và phân tích dấu ấn sinh học. 

Một trong những phương pháp lâu đời nhất để biệt hóa tế bào gốc là tạo ra thể phôi (EB). Nói chung, khi tế bào gốc được nuôi cấy mà không có bề mặt bám dính, tế bào trung chuyển hoặc ma trận phức tạp thì các tế bào sẽ tập hợp lại. Những tế bào tổng hợp này biệt hóa một cách tự nhiên. Một EB chứa cả ba lớp mầm.

EB vẫn thường được sử dụng làm giai đoạn biệt hóa ban đầu cho tế bào gốc phôi (ESC) và tế bào gốc đa năng cảm ứng (iPSC). Tất cả các tế bào biệt hóa xuôi dòng đều có nguồn gốc từ cấu trúc ban đầu này. Có một số phương pháp để hình thành EB, bao gồm nuôi cấy huyền phù, nuôi cấy thả treo và nuôi cấy trong môi trường bán rắn. Tất cả các quy trình đều bắt đầu bằng việc tách môi trường nuôi cấy tế bào mật độ cao ra khỏi đĩa, bằng enzyme hoặc bằng versine, tùy thuộc vào đặc tính của tế bào.

• Nuôi cấy trong dung dịch: Là phương pháp phổ biến nhất để hình thành EB nhưng cũng là phương pháp khó kiểm soát nhất, đối với cả kích thước và hình dạng EB; EB có thể trở nên lớn và có hình dạng bất thường khi lơ lửng. Nuôi cấy huyền phù có thể mở rộng đối với các lò phản ứng sinh học, mặc dù các phương pháp và yếu tố chính xác như tốc độ khuấy ảnh hưởng đến kích thước vật lý của EB phải được xác định theo kinh nghiệm. 
• Kỹ thuật treo thả: Kỹ thuật nuôi dịch treo giúp các khối tử bào (EB )nhỏ hơn và đồng đều hơn nhiều. Kích thước của EB có thể được kiểm soát bằng cách kiểm soát số lượng tế bào trong mỗi giọt. Việc nhỏ giọt (thường là ~20 μl) đòi hỏi nhiều nhân lực và do đó số lượng EB được tạo ra thấp. Giờ đây, các phương pháp treo thả thông lượng cao hơn sử dụng mảng đã được phát triển và sử dụng để kiểm tra độ nhạy của thuốc chống ung thư (Hsaio và cộng sự 2012).
• Môi trường bán rắn: thường là methylcellulose, có thể được sử dụng để treo EB. Phương pháp này hiệu quả để tạo ra EB, nhưng không có khả năng mở rộng như nuôi cấy huyền phù.
• ESC hình thành EB trong khoảng bốn ngày và thường được phép phát triển trong nhiều tuần. Cả ba lớp mầm đều có mặt, nhưng thành phần của môi trường ảnh hưởng đến tỷ lệ của các loại tế bào và dòng dõi.

Tùy thuộc vào điểm cuối mong muốn, sự hiện diện của cả ba lớp mầm trong EB có thể là một bất lợi. Khi cần một dòng hoặc loại tế bào cụ thể, việc nuôi cấy phải loại bỏ các loại tế bào không mong muốn. Do đó, nhiều giao thức đã được phát triển để phân biệt trực tiếp ESC và iPSC mà không cần sử dụng EB. Các phương pháp này dành riêng cho loài, dòng dõi và loại tế bào.

4. Điều gì kích thích tế bào gốc biệt hóa?

Tế bào gốc biệt hóa, còn được gọi là tế bào gốc phân hóa, là những tế bào có khả năng biến đổi thành các loại tế bào khác trong cơ thể. Quá trình biệt hóa tế bào gốc có thể được kích thích bởi một số yếu tố và tín hiệu trong môi trường xung quanh. Dưới đây là một số yếu tố có thể kích thích tế bào gốc biệt hóa:

• Yếu tố tăng trưởng và yếu tố sinh trưởng: Các yếu tố này bao gồm các protein và phân tử tương tự, như yếu tố tăng trưởng biểu mô (TGF), yếu tố tăng trưởng ngoại biên (EGF), và yếu tố tăng trưởng huyết tương (serum growth factors). Chúng giúp tế bào gốc kích thích quá trình phân hóa và phát triển thành các loại tế bào khác.
• Tín hiệu nội tiết: Các hormone và tín hiệu nội tiết khác có thể ảnh hưởng đến quá trình biệt hóa tế bào gốc. Ví dụ, hormone tuyến giáp (thyroid hormone) có thể kích thích quá trình biệt hóa tế bào gốc thành các tế bào tuyến giáp.
• Tín hiệu ngoại vi: Môi trường xung quanh tế bào gốc cũng có thể cung cấp các tín hiệu kích thích quan trọng để biệt hóa tế bào gốc. Ví dụ, sự tiếp xúc vật lý với các thành phần ma trận tế bào (cell matrix) có thể kích thích quá trình biệt hóa.
• Tương tác với các tế bào lân cận: Tế bào gốc có thể tương tác và nhận tín hiệu từ các tế bào lân cận trong môi trường. Các tế bào lân cận có thể giải phóng các yếu tố tăng trưởng và tín hiệu khác để kích thích quá trình biệt hóa tế bào gốc.
• Sự điều chỉnh gen: Quá trình biệt hóa tế bào gốc cũng có thể liên quan đến sự điều chỉnh gen. Các gen đã được kích hoạt hoặc tắt có thể ảnh hưởng đến quá trình biệt hóa tế bào gốc.

Cần lưu ý rằng biệt hoá tế bào gốc là một lĩnh vực nghiên cứu đang phát triển, và còn nhiều khía cạnh chưa được hiểu rõ. Các yếu tố và tín hiệu kích thích tế bào gốc biệt hóa có thể thay đổi tùy thuộc vào loại tế bào gốc và môi trường tế bào cụ thể.

5. Mirai Care - Giải pháp tiên tiến về tế bào gốc trong ứng dụng y học

Liệu pháp tế bào gốc là một phương pháp trị liệu mới sử dụng các đặc tính độc đáo của tế bào gốc, bao gồm khả năng tự đổi mới và biệt hóa, để tái tạo các tế bào và mô bị tổn thương trong cơ thể con người hoặc thay thế các tế bào này bằng các tế bào mới, khỏe mạnh và đầy đủ chức năng. Tại Mirai Care, chúng tôi tư vấn liệu pháp tế bào gốc với công nhệ điều trị của Nhật Bản. Mirai Care là tự tin đơn vị uy tín hàng đầu Việt Nam trong lĩnh vực kết nối y tế Nhật Việt, đưa người bệnh sang Nhật Bản trị liệu tế bào gốc

Khách hàng muốn tìm hiểu thêm thông tin hoặc nhận tư vấn từ đội ngũ chuyên gia y tế hàng đầu về tế bào gốc Nhật Bản, vui lòng liên hệ 18008144 để được Mirai Care tư vấn và kết nối tới các bệnh viện uy tín tại Nhật Bản. Chúng tôi đồng hành cùng khách hàng trong hành trình bảo vệ sức khỏe và nâng cao chất lượng cuộc sống