MỞ ĐẦU Việc nghiên cứu tế bào gốc hứa hẹn nhiều thành công với những ứng dụng lớn đối với con ngƣời tuy nhiên vẫn còn tồn tại rất nhiều khó khăn trong nghiên cứu. Về mặt xã hội việc nghiên cứ tế bào gốc còn chịu sự chi phối của vấn đề đạo đức xã hội. Tuy vậy điều quan trọng ở đây là việc nhận diện và biệt lập tế bào gốc cần rất nhiều nghiên cứu chƣa kể đến việc tạo môi trƣờng biệt hoá, cấy ghép là một điều vô cùng khó khăn. Cơ thể chúng ta có cơ chế đào thải những vật chất di truyền lạ vào cơ thể vì vậy khi cấy ghép tế bào hay cơ quan điều gặp trở ngại trong việc giữ cho nó hoạt động đƣợc trong cơ thể sinh vật đƣợc cấy ghép [18],[13].
Nhƣng nhìn chung việc nghiên cứu tế bào gốc chỉ bƣớc đầu phát triển, thành tựu không nhiều nhƣng tiềm năng của các nghiên cứu này có hy vọng rất lớn giúp giải quyết các vấn đề nan giải trong lĩnh vực y học và có thể ở nhiều lĩnh vực khác trong tƣơng lai. Việc sữa chữa và tái tạo xƣơng sau chấn thƣơng do tai nạn hoặc do điều trị có thể là một quá trình chậm chạp và đau đớn, thƣờng bị cản trở bởi các bệnh đồng thời và các biến chứng nhƣ nhiễm trùng và khuyết tật. Do đó, nhu cầu trên toàn thế giới cho ghép xƣơng hiện nay là rất cao, chỉ đứng sau cấy ghép tủy xƣơng [13],[1],[5]. Chúng tôi tiến hành đề tài “Bước đầu nghiên cứu khả năng tái tạo xương từ tế bào gốc trung mô MSCs kết hợp với giá thể nguyên bào xương Nhím biển có tính tương thích sinh học cao” với mục đích mở ra một hƣớng mới trong quá trình nghiên cứu và phát triển các nguyên vật liệu sinh học mới, một bƣớc tiến mới trong y học tái tạo xƣơng, giúp cho các bệnh nhân bị tổn thƣơng xƣơng có cơ hội thành công cao nhất khi ghép các nguyên liệu mới này vào các bộ phận cần thay thế và tái tạo.
Mục tiêu tổng quát Xây dựng và phát triển một phƣơng pháp sử dụng giá thể sinh học là xƣơng nhím biển kết hợp với tế bào gốc trung mô phân lập từ máu ngoại vi để cấy ghép vào vết thƣơng ở xƣơng. HVTH: Nguyễn Thụy Hai GVHD: TS. CIRO GARGIULO -2- Mục tiêu cụ thể Xây dựng một qui trình phân lập tế bào gốc trung mô từ máu ngoại vi thỏ. Tính hiệu quả của qui trình thu nhận.
Các tế bào gốc trung mô thu đƣợc có đặc tính sinh lý, sinh hóa phù hợp cho quá trình kết hợp với giá thể xƣơng nhím biển vá quá trình cấy ghép sau này. Khả năng ứng dụng vào thử nghiệm lâm sàng khi kết hợp tế bào gốc trung mô và giá thể xƣơng nhím biển có tính tƣơng thích sinh học cao. HVTH: Nguyễn Thụy Hai GVHD: TS. CIRO GARGIULO -3- CHƢƠNG 2 : TỔNG QUAN 2.
CÔNG NGHỆ TẾ BÀO GỐC [19] Từ nhiều thế kỷ nay các nhà khoa học đã biết rằng một số loài vật có thể tái tạo các bộ phận đã mất trên cơ thể chúng giống nhƣ loài sao biển và con ngƣời chúng ta cũng có chung đặc điểm này. Mặc dù cơ thể chúng ta không thể tái tạo cả một cẳng chân hay ngón tay bị mất, nhƣng tế bào máu, tế bào da hay các tế bào khác vẫn thƣờng xuyên đƣợc tái sinh trong cơ thể của chúng ta. Những tế bào “toàn năng” giúp chúng ta tái tạo mô, lần đầu tiên đƣợc phát hiện trong quá trình tiến hành thí nghiệm với tủy xƣơng, vào những năm 1950 đã dẫn đến phát hiện về sự tồn tại của tế bào gốc trong cơ thể; từ đó phát triển kỹ thuật cấy ghép tủy xƣơng hiện đang đƣợc ứng dụng rộng rãi trong y học. Khám phá về tế bào gốc đã thắp sáng hy vọng về tiềm năng y học của kỹ thuật tái sinh.
Lần đầu tiên trong lịch sử, các bác sĩ có thể tái tạo mô bị hủy hoại nhờ một nguồn cung cấp mới mẻ những tế bào khỏe mạnh bằng cách áp dụng khả năng độc nhất vô nhị của tế bào gốc nhằm tạo ra nhiều loại tế bào khác biệt trong cơ thể. Khi các nhà khoa học nhận ra đƣợc tiềm năng y học của kỹ thuật tái tạo thông qua thành tựu cấy ghép tủy xƣơng, họ đã tiếp tục quá trình tìm kiếm những tế bào tƣơng tự trong phôi. Những nghiên cứu ban đầu về quá trình phát triển của con ngƣời đã chứng minh đƣợc rằng tế bào của phôi có khả năng sản sinh ra mọi loại tế bào trong cơ thể. HVTH: Nguyễn Thụy Hai GVHD: TS.
CIRO GARGIULO -4- Phôi/ trứng đã đƣợc thụ tinh Sau 5-7 ngày, tế bào gốc Hình thành mô tế bào phôi đã có thể phát triển bằng môi trƣờng biệt thành bất kỳ loại tế bào hóa chuyên biệt nào của cơ thể Tế bào tụy tạng Sau 1-5 ngày: phôi phân chia nhiều lần – nang phôi/ phôi bào Nuôi cấy tế bào gốc tạo dòng tế bào gốc Quá trình hình thành Tế bào cơ tế bào gốc từ phôi Tế bào thần kinh Hình 2.1: Quá trình hình thành tế bào gốc từ phôi Từ những năm 1980, các nhà khoa học đã tách chiết thành công tế bào gốc phôi của chuột. Nhƣng chỉ đến năm 1998, một nhóm các nhà khoa học thuộc đại học Winsconsin tại Madison dƣới sự chỉ đạo của giáo sƣ James Thomson lần đầu tiên đã thành công tách biệt tế bào gốc phôi ngƣời. Họ biết họ đã tách đƣợc tế bào gốc, là vì những tế bào đó không biệt hóa trong khoảng thời gian dài; chúng cũng vẫn giữ nguyên khả năng có thể biến đổi thành nhiều loại tế bào chuyên biệt trong đó có tế bào cơ, tế bào ruột, tế bào thần kinh và tế bào sụn. Nhà sinh học kiêm giáo sƣ ngành giải phẫu học, Prof.
James Thomson đã ngƣng làm việc với chiếc laptop computer trong văn phòng tại đại học Wisconsin – Madison. Ông đã chỉ đạo nhóm nghiên cứu và tuyên bố tách thành công dòng tế bào phôi của một loài động vật linh trƣởng vào năm 1995. Khởi đầu này đã đem đến thành tựu lần đầu tiên tách đƣợc dòng tế bào gốc phôi ngƣời vào năm 1998. HVTH: Nguyễn Thụy Hai GVHD: TS.
CIRO GARGIULO -5- Triển vọng của nghiên cứu tế bào gốc Nghiên cứu dƣợc phẩm Nghiên cứu và kiểm soát gen và phát hiện độc tính Nuôi cấy tế bào gốc toàn năng Ứng dụng trong điều trị mô/ tế bào Tủy xƣơng Tế bào thần kinh Tế bào cơ tim Tế bào tụy tạng Hình 2.2: Triển vọng của nghiên cứu tế bào gốc Và thế là nghiên cứu tế bào gốc đƣợc nhiều nhà khoa học đeo đuổi với hy vọng đạt đƣợc những bƣớc đột phá lớn trong y học. Họ luôn nỗ lực để tìm tòi những liệu pháp khôi phục hoặc thay thế các tế bào tổn thƣơng nhờ những tế bào tạo ra từ tế bào gốc; đồng thời mang hy vọng đến cho những ngƣời đang phải chịu đựng căn bệnh ung thƣ, tiểu đƣờng, các bệnh tim mạch, chấn thƣơng cột sống cũng nhƣ các chứng rối loạn khác. Cả tế bào gốc phôi và tế bào gốc trƣởng thành đều là những cơ sở để các nhà khoa học phát triển những phƣơng thức mới, có giá trị nhằm sản xuất dƣợc phẩm và xét nghiệm. Tế bào gốc cũng là công cụ hữu hiệu giúp tiến hành các nghiên cứu sinh học cơ sở, nhằm có đƣợc những hiểu biết sâu sắc hơn về cơ thể ngƣời.
Nhờ vào các chuyên gia khoa học, bác sĩ, các chuyên gia đạo đức sinh học và những ngƣời khác nữa, cả Chính phủ cùng với Giáo hội đã nghiên cứu tiềm năng của kỹ thuật tế bào gốc trong y học, đồng thời lập nên một diễn đàn thảo luận ý nghĩa đạo đức cũng nhƣ những vƣớng mắc về mặt đạo đức trong việc nghiên cứu tế bào gốc. HVTH: Nguyễn Thụy Hai GVHD: TS. CIRO GARGIULO -6- Tế bào gốc là tế bào nền móng của tất cả các tế bào, mô và cơ quan trong cơ thể. Về cơ bản, mọi tế bào trong cơ thể đều có nguồn gốc từ trứng đã thụ tinh ( hay còn gọi là hợp tử) – chính là sự kết hợp giữa tinh trùng và trứng.
Trứng đã thụ tinh Tế bào gốc toàn năng Nang phôi Phân lập tế bào gốc Tế bào gốc máu Tế bào gốc thần kinh Tế bào gốc trung mô Nuôi cấy tế bào gốc Tế bào máu Tế bào thần kinh Mô liên kết: xƣơng sụn… Hình 2.3: Tế bào gốc từ phôi Nhƣng cơ thể chúng ta có đến hơn 200 loại tế bào khác nhau, chứ không phải chỉ một loại duy nhất. Tất cả những loại tế bào này đều hình thành từ một vốn tế bào HVTH: Nguyễn Thụy Hai GVHD: TS. CIRO GARGIULO -7- gốc ở giai đoạn phát triển sớm nhất của phôi. Trong giai đoạn này, cũng nhƣ giai đoạn phát triển sau đó, các loại tế bào gốc đã hình thành nên tế bào chuyên biệt hay biệt hóa để rồi thực hiện các chức năng cụ thể trong cơ thể ngƣời; ví dụ nhƣ tế bào da, tế bào máu, tế bào cơ và tế bào thần kinh.
Tế bào gốc có một khả năng vô song, đó là chúng có thể phát triển thành nhiều loại tế bào khác trong cơ thể. Đóng vai trò là hệ thống sửa lỗi cho cơ thể, về mặt lý thuyết, chúng có thể phân chia không hạn định để thay thế các tế bào khác, và đồng thời đảm bảo số lƣợng các loại tế bào trong cơ thể, miễn là con ngƣời hay con vật còn sống. Khi một tế bào gốc phân chia, mỗi một tế bào mới vừa có khả năng trở thành tế bào gốc vừa có thể trở thành một loại tế bào khác với chức năng chuyên biệt nhƣ tế bào cơ, tế bào hồng cầu hay tế bào não. Sự hình thành, phát triển của con ngƣời nói riêng và sinh vật nói chung là sự tăng trƣởng về số lƣợng và chủng loại tế bào.
Điều này đƣợc thể hiện trên hai quá trình tƣơng ứng là tăng sinh tế bào và biệt hóa tế bào. Tăng sinh là hiện tƣợng tế bào phân chia làm tăng số lƣợng tế bào, hoàn thiện kích thƣớc cơ thể, thay thế và bổ sung cho các tế bào bị tổn thƣơng, già và chết để giữ tính toàn vẹn của cơ thể. Biệt hóa là hiện tƣợng các tế bào sinh ra có cấu trúc và chức năng không giống tế bào đã sinh ra nó, tức là xuất hiện một loại tế bào mới. Quá trình biệt hóa tế bào thành những tế bào thực hiện các chức năng chuyên biệt trong cấu tạo mô, cơ quan của cơ thể.
Cơ thể chúng ta có hàng trăm loại tế bào chuyên trách nhƣ vậy, tất cả đều từ hợp bào ban đầu và có bộ gen giống hệt với bộ gen tế bào ban đầu ấy.