I. Tế bào gốc trung mô Khám phá khả năng tạo mạch máu in vitro
Tế bào gốc trung mô (MSC) đang ngày càng khẳng định vị thế quan trọng trong y học tái tạo nhờ khả năng biệt hóa đa dạng và tiết các phân tử có hoạt tính sinh học. Nghiên cứu về khả năng tạo mạch máu của MSC in vitro mở ra hướng đi đầy tiềm năng. Năm 1970, Friedenstein và cộng sự đã tiên phong phân lập MSC từ tủy xương chuột. Từ đó, nhiều nguồn khác như máu dây rốn, dây rốn, mô mỡ đã được khám phá. Mặc dù tủy xương vẫn là nguồn phổ biến, quá trình thu thập lại xâm lấn và chất lượng MSC giảm theo tuổi. Các nguồn thay thế như mô mỡ, dây rốn và máu dây rốn trở nên hấp dẫn hơn nhờ tính ít xâm lấn và vấn đề đạo đức được giải quyết triệt để. Nghiên cứu này tập trung đánh giá khả năng tạo mạch in vitro của MSC từ các nguồn này.
1.1. Tiêu chí nhận dạng tế bào gốc trung mô MSC chuẩn
Hiệp hội Quốc tế về Liệu pháp Tế bào (ISCT) đưa ra các tiêu chí tối thiểu để xác định MSC. Các tế bào bám dính trên bề mặt nuôi cấy phẳng, có hình thái giống nguyên bào sợi. Chúng có khả năng biệt hóa thành tế bào xương, mỡ, sụn. Các tế bào biểu hiện dấu ấn dương tính CD105, CD73, CD90 (>95%) và không biểu hiện dấu ấn âm tính CD45, CD34, CD14 hoặc CD11b, CD79α hoặc CD19 và HLA-DR (<2%). Các tiêu chí này giúp quá trình phân lập, sàng lọc và nuôi cấy tế bào gốc trở nên hiệu quả hơn, đồng thời đảm bảo khả năng biệt hóa của chúng. “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” - (Đỗ Thị Xuân Phương, 2022).
1.2. Ưu điểm vượt trội của MSC từ các nguồn khác nhau
MSC có thể được phân lập từ nhiều nguồn khác nhau như tủy xương, máu dây rốn, dây rốn, mô mỡ, tủy răng và máu kinh nguyệt. Tủy xương là nguồn đầu tiên được báo cáo. Tuy nhiên, tế bào gốc từ tủy xương có nhược điểm như thu thập xâm lấn và số lượng, khả năng biệt hóa giảm khi tuổi tăng. Máu dây rốn, mô dây rốn và mô mỡ là nguồn thay thế hứa hẹn, thu bằng phương pháp ít xâm lấn. Cả ba nguồn này đều dễ thu nhận và ít ảnh hưởng vấn đề đạo đức do là chất thải sinh học. Điều này tạo tiền đề cho những nghiên cứu sâu hơn về ứng dụng tế bào gốc.
II. Vấn đề nan giải Đánh giá khả năng tạo mạch máu in vitro
Việc đánh giá khả năng tạo mạch máu của MSC in vitro gặp nhiều thách thức. Cần có phương pháp đánh giá chính xác, khách quan và tin cậy. Bên cạnh đó, việc tối ưu hóa điều kiện nuôi cấy in vitro để thúc đẩy quá trình tạo mạch (angiogenesis) cũng là một vấn đề quan trọng. Các nghiên cứu hiện nay còn hạn chế về khả năng biệt hóa và tạo mạch trực tiếp của MSC. Việc đánh dấu tế bào và quan sát quá trình hình thành mạch theo thời gian đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu bản chất và cơ chế tạo mạch.
2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo mạch in vitro
Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo mạch máu in vitro của MSC. Loại MSC, môi trường nuôi cấy, yếu tố tăng trưởng, và kỹ thuật nuôi cấy đóng vai trò quan trọng. Ví dụ, yếu tố tăng trưởng nội mô mạch máu (VEGF) là một yếu tố kích thích tạo mạch quan trọng, được sản xuất bởi nhiều loại mô. "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." - (Đỗ Thị Xuân Phương, 2022). Việc kiểm soát các yếu tố này là rất cần thiết để có kết quả nghiên cứu chính xác.
2.2. Hạn chế của mô hình in vitro so với in vivo
Mô hình in vitro có nhiều ưu điểm, nhưng cũng có những hạn chế nhất định so với in vivo. Môi trường in vitro đơn giản hóa các yếu tố sinh học, bỏ qua tương tác phức tạp với các tế bào và mô khác trong cơ thể. Do đó, kết quả in vitro cần được xác nhận thêm bằng các nghiên cứu in vivo. Tuy nhiên, mô hình in vitro vẫn là một công cụ quan trọng để nghiên cứu cơ bản về quá trình tạo mạch và sàng lọc các ứng cử viên tiềm năng cho liệu pháp tế bào.
III. Phương pháp đánh giá khả năng tạo mạch in vitro tối ưu nhất
Nghiên cứu này sử dụng phương pháp đánh giá khả năng tạo mạch in vitro trên nền Matrigel. Phương pháp này cho phép quan sát sự hình thành mạch của MSC trong môi trường ba chiều. Ngoài ra, nghiên cứu còn sử dụng hệ hạt nano SiO2@FITC COOH để đánh dấu tế bào và theo dõi quá trình tạo mạch theo thời gian. Hệ hạt này được kỳ vọng sẽ là một vật liệu tiềm năng trong đánh dấu tế bào phục vụ cho nghiên cứu hình thành mạch.
3.1. Chi tiết quy trình phân lập và nuôi cấy tế bào
Nghiên cứu tiến hành phân lập và nuôi cấy tế bào gốc trung mô từ máu dây rốn, dây rốn và mô mỡ. Tế bào nội mô được phân lập từ tĩnh mạch dây rốn người. Sau đó, các tế bào được đánh giá về khả năng biểu hiện dấu ấn bề mặt, biệt hóa thành xương, sụn, mỡ, và tế bào nội mô. Các phương pháp phân lập và nuôi cấy tế bào cần được chuẩn hóa để đảm bảo tính lặp lại của kết quả nghiên cứu.
3.2. Đánh giá dấu ấn bề mặt và khả năng biệt hóa của MSC
MSC sau phân lập được đánh giá về khả năng biểu hiện dấu ấn bề mặt đặc trưng như CD105, CD73, CD90 và không biểu hiện CD45, CD34. Khả năng biệt hóa thành xương, sụn, mỡ được đánh giá bằng các phương pháp nhuộm đặc hiệu. Việc đánh giá này giúp xác định tính chất của tế bào gốc và đảm bảo chất lượng của tế bào sử dụng trong nghiên cứu tạo mạch.
3.3. Sử dụng Matrigel để đánh giá khả năng tạo mạch
Khả năng tạo mạch in vitro được đánh giá bằng cách cấy MSC lên nền Matrigel. Matrigel là một chất nền ba chiều mô phỏng môi trường ngoại bào, cho phép tế bào hình thành cấu trúc giống mạch máu. Quá trình hình thành mạch được quan sát và ghi lại bằng kính hiển vi. Các chỉ số như số lượng nhánh mạch, chiều dài mạch được định lượng để đánh giá khả năng tạo mạch của MSC.
IV. Kết quả tạo mạch máu in vitro So sánh các nguồn MSC
Nghiên cứu so sánh khả năng tạo mạch in vitro của MSC từ máu dây rốn, dây rốn và mô mỡ. Kết quả cho thấy có sự khác biệt về khả năng tạo mạch giữa các nguồn MSC khác nhau. MSC từ một số nguồn có khả năng tạo mạch tốt hơn so với các nguồn khác. Kết quả này cung cấp thông tin quan trọng cho việc lựa chọn nguồn MSC phù hợp cho các ứng dụng khác nhau.
4.1. Phân tích hình thái tế bào sau biệt hóa
Hình thái của tế bào thay đổi theo thời gian trong quá trình biệt hóa thành tế bào nội mô. Các tế bào trở nên dẹt hơn và hình thành cấu trúc giống mạch máu. Việc phân tích hình thái tế bào giúp xác định hiệu quả của quá trình biệt hóa và tạo mạch.
4.2. Khả năng hình thành mạch máu theo thời gian
Quá trình hình thành mạch của MSC trên Matrigel diễn ra theo thời gian. Các tế bào bắt đầu tập hợp lại và hình thành các nhánh mạch nhỏ. Sau đó, các nhánh mạch này liên kết với nhau để tạo thành mạng lưới mạch máu. Nghiên cứu quan sát và ghi lại quá trình này theo thời gian để đánh giá động lực học của quá trình tạo mạch.
4.3. Định lượng khả năng hình thành mạch
Để đánh giá khách quan khả năng hình thành mạch của MSC, nghiên cứu tiến hành định lượng các chỉ số như số lượng nhánh mạch, chiều dài mạch và diện tích mạng lưới mạch máu. Các chỉ số này được so sánh giữa các nguồn MSC khác nhau và với tế bào nội mô tĩnh mạch dây rốn (HUVEC) để đánh giá hiệu quả tạo mạch.
V. Ứng dụng hạt nano SiO2 FITC COOH Đánh dấu tế bào và theo dõi
Nghiên cứu đánh giá tiềm năng sử dụng hệ hạt nano SiO2@FITC COOH làm chất đánh dấu tế bào. Kết quả cho thấy hệ hạt này có khả năng gắn vào tế bào và phát huỳnh quang, cho phép theo dõi tế bào trong quá trình tạo mạch. Hệ hạt này không gây ảnh hưởng đáng kể đến khả năng tăng sinh và di chuyển của tế bào. Do đó, hệ hạt SiO2@FITC COOH có thể là một công cụ hữu ích trong nghiên cứu hình thành mạch.
5.1. Đánh giá tín hiệu huỳnh quang và sự phân bố của hạt
Sau khi ủ tế bào với hệ hạt SiO2@FITC COOH, nghiên cứu đánh giá tín hiệu huỳnh quang phát ra từ tế bào. Tín hiệu huỳnh quang cho thấy hệ hạt đã gắn vào tế bào. Nghiên cứu cũng đánh giá sự phân bố của hạt trong tế bào để xác định vị trí của hạt.
5.2. Ảnh hưởng của hạt nano đến khả năng tăng sinh và di chuyển
Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của hệ hạt SiO2@FITC COOH đến khả năng tăng sinh và di chuyển của tế bào. Kết quả cho thấy hệ hạt không gây ảnh hưởng đáng kể đến khả năng tăng sinh và di chuyển của tế bào. Điều này chứng tỏ hệ hạt tương đối an toàn và có thể sử dụng trong nghiên cứu tế bào.
5.3. Đánh giá tác động của hạt nano đến sự già hóa tế bào
Nghiên cứu tiến hành đánh giá tác động của hệ hạt nano đến sự già hóa của tế bào, tác động của hạt nano có thể ảnh hưởng tới sự tạo mạch của tế bào HUVEC. Việc đánh giá sự già hóa có vai trò quan trọng trong việc hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của hạt nano, "Ảnh tạo mạch của HUVEC sau khi nhuộm với hệ hạt" - (Đỗ Thị Xuân Phương, 2022).
VI. Kết luận Tiềm năng và hướng đi cho nghiên cứu tạo mạch in vitro
Nghiên cứu này đã đánh giá khả năng tạo mạch máu in vitro của MSC từ các nguồn khác nhau và tiềm năng sử dụng hệ hạt nano SiO2@FITC COOH làm chất đánh dấu tế bào. Kết quả nghiên cứu cung cấp thông tin quan trọng cho việc phát triển các liệu pháp tế bào gốc trong y học tái tạo. Nghiên cứu này mở ra hướng đi cho việc tạo mạch máu nhân tạo tương thích sinh học cao từ tế bào gốc trung mô.
6.1. Ứng dụng lâm sàng của liệu pháp tế bào gốc
Liệu pháp tế bào gốc có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong điều trị nhiều bệnh khác nhau, đặc biệt là các bệnh tim mạch và bệnh thiếu máu cục bộ. Việc tạo mạch máu mới có thể giúp cải thiện tuần hoàn máu và phục hồi chức năng của các mô bị tổn thương. "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" - (Đỗ Thị Xuân Phương, 2022).
6.2. Hướng nghiên cứu và phát triển trong tương lai
Trong tương lai, cần có thêm nhiều nghiên cứu để tối ưu hóa quá trình tạo mạch in vitro và in vivo của MSC. Cần nghiên cứu sâu hơn về cơ chế hoạt động của MSC trong quá trình tạo mạch và phát triển các phương pháp đánh giá hiệu quả và an toàn của liệu pháp tế bào gốc. Những nghiên cứu này sẽ góp phần đưa liệu pháp tế bào gốc đến gần hơn với thực tiễn điều trị.
