CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 1. Tế bào gốc trung mô (Mesenchymal stem cells – MSC). Giới thiệu chung Tế bào gốc trung mô (MSC) là tế bào gốc đa năng trưởng thành có khả năng di chuyển đến các mô bị tổn thương và biệt hóa thành các tế bào chuyên biệt, đây là những tế bào đã được nhiều nghiên cứu trong y học, đặc biệt là trong lĩnh vực y học tái tạo. Hiệp Hội Quốc tế về liệu pháp tế bào (ISCT) [30] đã đưa ra các tiêu chí tối thiểu đối với định nghĩa MSC của con người bao gồm: Thứ nhất, các tế bào bám dính trên bề mặt nuôi cấy phẳng.
Thứ hai, các tế bào có hình thái giống nguyên bào sợi. Thứ ba, các tế bào có thể biệt hóa dưới một kích thích nhất định thành tế bào xương, tế bào mỡ và tế bào sụn. Và thứ tư, các tế bào biểu hiện các dấu ấn dương tính CD105, CD73, CD90 (>95%) và không biểu hiện các dấu ấn bề mặt âm tính CD45, CD34, CD14 hoặc CD11b, CD79α hoặc CD19 và HLA-DR (<2%). Một số dấu ấn bề mặt khác biệt giữa các MSC từ các mô khác nhau chẳng hạn: mức độ cao của CD34 chỉ biểu hiện trên MSC có nguồn gốc từ mô mỡ.
CD27 có thể được tìm thấy trên MSC có nguồn gốc từ tủy xương [73]. Các tiêu chí này cung cấp các đặc điểm cho quá trình phân lập, sàng lọc MSC và nuôi cấy tăng sinh in vitro, không làm mất khả năng biệt hóa của chúng. MSC đã được sử dụng như một loại tế bào gốc đầu tiên trong y học tái tạo sau tế bào gốc tạo máu (HSC) do khả năng phân lập dễ dàng, mở rộng ex vivo nhanh chóng và cũng ghép tự thân [73]. 3 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Đỗ Thị Xuân Phương – K29 Công nghệ sinh học Tế bào gốc trung mô (MSC) được phân lập từ nhiều nguồn khác nhau như tủy xương, máu dây rốn [75], dây rốn [16], mô mỡ [110], tủy răng [50] và gần đây là máu kinh nguyệt [44, 78] (Hình 1).
Tủy xương (BM) là nguồn đầu tiên được báo cáo phân lập được MSC. Tuy nhiên, tế bào gốc trung mô từ tủy xương có một số nhược điểm như việc thu thập xâm lấn và sự suy giảm số lượng MSC và khả năng biệt hóa khi tuổi tăng. Gần đây hơn, máu dây rốn (UCB), mô dây rốn (UC) và mô mỡ (AD) được giới thiệu như một nguồn phân lập MSC thay thế đầy hứa hẹn, có thể thu bằng một phương pháp ít xâm lấn hơn. Cả ba nguồn tế bào MSC này đều dễ thu nhận và ít ảnh hưởng vấn đề đạo đức do là chất thải sinh học của cơ thể người hiến tặng.
Mặc dù MSC từ các nguồn khác nhau có một số điểm tương đồng đáp ứng các tiêu chí tối thiểu của ISCT, vẫn có sự khác biệt về số lượng tế bào, tốc độ tăng trưởng, tần số tạo cụm, khả năng ức chế miễn dịch và khả năng biệt hóa thành các dòng tế bào khác. Các nguồn phân lập MSC phổ biến *Nguồn: Theo Merino-González C và cộng sự (2016) [67] 4 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Đỗ Thị Xuân Phương – K29 Công nghệ sinh học Bảng 1. So sánh các đặc điểm của MSC phân lập từ ba nguồn [52, 62] Đặc điểm UCBMSC UCMSC ADMSC (Máu dây rốn) (Dây rốn) (Mô mỡ) Phương pháp thu nhận Không xâm lấn Không xâm lấn Xâm lấn Hiệu suất phân lập 63% 100% 100% CFU * ** ** Già hóa tế bào *** ** * Khả năng tăng sinh *** ** * Biệt hóa thành xương *** *** ** (osteogenetic) Biệt hóa thành mỡ - * ** (adipogenetic) Biệt hóa thành sụn * * * (chondrogenic) Càng nhiều dấu * biểu hiện mức độ càng cao, “- “biểu diễn sự không biểu hiện. Tiềm năng biệt hóa đa dòng Tế bào gốc trung mô (MSC) là tế bào gốc đa năng, chúng đặc trưng bởi khả năng biệt hóa đa dòng.
Ngoài tiềm năng biệt hóa thành các dòng tế bào trung mô thông thường như xương, sụn, mỡ [30]…, MSC còn cho thấy khả năng biệt hóa thành các dòng tế bào biểu mô như tế bào thần kinh [55], tế bào tim [40] và tế bào nội mô [76]. Trong đó tiềm năng biệt hóa thành tế bào nội mô đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành mạch máu mới và ứng dụng để chữa các bệnh về tim mạch như thiếu máu cục bộ [17, 95], nhồi máu cơ tim [71]. Chính các tiềm năng 5 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Đỗ Thị Xuân Phương – K29 Công nghệ sinh học biệt hóa lớn này đã mở ra những hướng nghiên cứu triển vọng khi sử dụng tế bào gốc trung mô trong y học tái tạo. Khả năng tiết các phân tử có hoạt tính sinh học Sự tiết paracrine của MSC được xác định đầu tiên bởi Haynesworth và cộng sự [43].
Nhóm tác giả báo cáo rằng MSC sản xuất và giải phóng một lượng lớn các yếu tố tăng trưởng, chemokine và cytokine có khả năng tác động đến các tế bào lân cận. Trong thực tế, những yếu tố tiết này có khả năng làm tăng sự hình thành mạch, giảm apoptosis và xơ hóa, tăng cường sự sống và biệt hóa tế bào thần kinh, kích thích tái tạo mạng lưới ngoại bào, hạn chế viêm cục bộ và điều chỉnh các phản ứng miễn dịch [53]. Bằng cách này, MSC trực tiếp hoặc thông qua sự tiết lân cận (paracrine) tạo ra sự tái tạo để thay thế các tế bào tổn thương, giảm tổn thương mô và cuối cùng thúc đẩy quá trình sửa chữa cơ quan. Những chất tiết này bao gồm các phân tử và túi ngoại bào có cả tác động lân cận hoặc ra xa.
Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng MSC tiết các yếu tố tăng trưởng như VEGF-A, HGF, FGF, TGF-β và PDGF-BB [45, 72] có ý nghĩa quan trọng trong việc kích thích quá trình tạo mạch. Yếu tố tăng trưởng tế bào gan 1 (HGF-1) là phối tử có ái lực cao đối với thụ thể tyrosine kinase Met, thụ thể này có liên quan đến nhiều hoạt động tái tạo bao gồm tạo mạch, tạo cơ và tạo máu [61]. Hoạt động kích thích tạo mạch của HGF-1 được chứng minh bằng các nghiên cứu trong đó việc tiêm plasmid HGF-1 để điều trị thiếu máu cục bộ chi ở động vật [84] và ở người [69, 92]. Yếu tố tăng trưởng biến đổi beta (TGF-β) hoạt động ức chế miễn dịch mạnh mẽ bằng cách ngăn chặn sự trưởng thành của tế bào tua [36], kích thích sản xuất T-reg [60] và ngăn chặn sự tạo ra các tế bào Th17 gây viêm [88].
Tác động của TGF-β trong việc ức chế tăng sinh tế bào T của MSC đã được Zhao và cộng sự chứng minh [111]. Các nghiên cứu sau đó đã chứng minh rằng việc sử dụng MSC cho động vật bị tổn thương do thiếu máu cục bộ đối với hệ thần kinh trung ương dẫn đến kết quả hệ thần kinh được cải thiện, ngược lại khi làm im lặng TGF-β trong MSC không ghi nhận được kết quả như trên [109]. Yếu tố tăng trưởng nội mô mạch máu (VEGF) là một yếu tố kích thích tạo mạch được mô tả đầu tiên năm 1991 [23]. Glycoprotein này hoạt động như một yếu 6 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Đỗ Thị Xuân Phương – K29 Công nghệ sinh học tố tăng trưởng cho các tế bào nội mô, được sản xuất bởi nhiều loại mô để đáp ứng với việc giảm áp lực oxy.
Vai trò của VEGF trong quá trình hình thành mạch qua trung gian MSC ban đầu được mô tả trong các nghiên cứu về việc sử dụng MSC từ tủy xương vào cơ tim thiếu máu cục bộ ở mô hình động vật bị suy tim. Kích thích hình thành mạch và tăng sinh tế bào nội mô có liên quan đến sự biểu hiện VEGF của MSC trong cả nghiên cứu trên động vật nhỏ và lớn [42, 99]. Hiệu quả vượt trội của việc sử dụng MSC trong các mô hình suy tim, so với việc sử dụng VEGF đơn thuần đã được chứng minh trong các nghiên cứu tiếp theo [94]. Hơn nữa, VEGF hoạt động như một phân tử ngăn chặn quá trình chết theo chu trình bằng cách ức chế p53 qua kích hoạt FAK (kinase bám dính) và cũng bằng cách kích thích biểu hiện Bcl-2 và A1 [38, 46].
Tế bào gốc trung mô trong y học tái tạo Trong vài thập kỷ qua, y học tái tạo sử dụng nhiều loại tế bào gốc của con người để điều trị các mô và cơ quan bị tổn thương và hư hỏng. Những bằng chứng mới đã cho thấy rằng liệu pháp tế bào gốc có tiềm năng lớn để cải thiện khả năng tái tạo ở các mô bị tổn thương chẳng hạn như tim, não, tủy sống, gan [28]. Các chiến lược y học tái tạo bao gồm sử dụng khả năng biệt hóa và khả năng tiết các chất có hoạt tính sinh học của tế bào gốc để tái tạo lại các mô và cơ quan bị mất hoặc bị hư hỏng [86]. Tiềm năng tái tạo của các tế bào gốc như tế bào mô gốc trung mô (MSC), tế bào gốc đa năng cảm ứng (iPSC) và tế bào gốc phôi (ESC) đã được thành lập để phục hồi các mô bị tổn thương của con người [103].
MSC có ứng dụng cao trong lĩnh vực liệu pháp tế bào gốc do các đặc điểm hấp dẫn của chúng như A: khả năng biệt hóa thành gân, xương, sụn, dây chằng, cơ, tế bào thần kinh. B: thu thập mẫu dễ dàng. C: phân lập đơn giản và nuôi cấy tăng sinh tương đối nhanh. D: thử nghiệm lâm sàng trên người bởi MSC cho thấy kết quả khả quan của cả cấy ghép MSC đồng loài và tự thân do tác dụng điều hòa miễn dịch của chúng [19, 79].
MSC được nuôi cấy mở rộng đã không biểu hiện dấu hiệu bề mặt tế bào MHC lớp II, biểu hiện kém MHC lớp I và không có phân tử đồng kích thích [60]. Do đó, MSC của người không thể trình diện kháng nguyên và có khả năng né tránh khỏi hệ thống 7 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Đỗ Thị Xuân Phương – K29 Công nghệ sinh học miễn dịch người được cấy ghép [57]. Những quan sát này được sử dụng để đề xuất rằng MSC có thể được sử dụng như một liệu pháp điều trị trong y học tái tạo để sửa chữa các mô bị hư hỏng do các cơ chế, ví dụ, biệt hóa thành các tế bào thay thế, thay đổi môi trường ngoại bào với tác dụng paracrine/ juxtacrine của cytokine, yếu tố hòa tan và yếu tố tăng trưởng hoặc tái tổ chức của chất nền ngoại bào [14]. Nguồn phân lập MSC có thể ảnh hưởng đến hiệu quả điều trị [45].