CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Đặc điểm tế bào gốc thần kinh Tế bào gốc thần kinh được Atlman và cộng sự mô tả lần đầu tiên năm 1962. Rất nhiều nguồn gốc tế bào khác nhau đã được sử dụng để tạo nơron tiết dopamin, đầu tiên có thể kể đến như: tế bào gốc trung mô phân lập từ tủy xương hay tế bào vùng hành khứu ở vỏ não. Tuy nhiên những dòng tế bào này khá hạn chế trong việc tạo thành các nơron tiết dopamin trên thực nghiệm.
Vì vậy ngày nay, các nhà khoa học thường tập trung vào một số dòng tế bào khác có tiềm năng lớn hơn tạo nơron tiết dopamin như: tế bào gốc não giữa phôi, tế bào gốc phôi giai đoạn sớm (khối tế bào nội phôi của phôi nang), tế bào gốc vạn năng cảm ứng (iPSCs) (Hình 1. Các nguồn tế bào khác nhau trong điều trị bệnh Parkinson [6] Mọi loại tế bào gốc thần kinh đều có ích trong nghiên cứu y học, nhưng mỗi dòng tế bào lại có triển vọng phát triển cũng như giới hạn riêng. Nếu như tế bào gốc thần kinh ở phôi và thai đóng vai trò quan trọng trong hình thành LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 các cấu trúc thần kinh thì tế bào gốc thần kinh ở cơ thể trưởng thành lại có nhiệm vụ chính như một hệ thống tái tạo, sửa chữa mô, tạo ra các tế bào có chức năng thay thế cho các tế bào bị thiếu hụt sinh lý cũng như bệnh lý ở các mô biệt hóa. Khi nghiên cứu về tế bào gốc, có ba khái niệm cần phải phân biệt rõ đó là thuật ngữ “tế bào gốc” (Stem cell), “tế bào đầu dòng” (progenitor cell) và “tế bào tiền thân” (precursor cell).
Về cơ bản, trong mô thần kinh, tế bào gốc thần kinh phải đáp ứng được ba đặc tính: Khả năng tự đổi mới (self-renewal); Khả năng biệt hóa thành ba dòng tế bào thần kinh (nơron, tế bào ít nhánh và tế bào sao) và cuối cùng là khả năng tái tạo mô thần kinh. Khi một tế bào bị hạn chế khả năng tự đổi mới và đã cam kết số phận biệt hóa cụ thể, chúng trở thành các tế bào đầu dòng (progenitor cell), trong khi đó thuật ngữ “tiền thân” là chỉ những tế bào ở giai đoạn trung gian của quá trình phát triển. Tế bào gốc thần kinh là những tế bào chưa biệt hóa Một trong những đặc tính căn bản của tế bào gốc là không có cấu trúc đặc hiệu mô. Đây là những cấu trúc mà đó tế bào có thể thực hiện các chức năng chuyên biệt.
Tế bào gốc thần kinh là những tế bào chưa phát triển những cấu trúc giúp cho việc dẫn truyền xung động thần kinh như hệ thống ống siêu vi vận chuyển hóa chất trung gian hóa học, các synap…[7]. Tế bào gốc thần kinh có thể tự tái tạo Cũng giống như các tế bào gốc khác, tế bào gốc thần kinh có khả năng tăng sinh bằng cách gián phân và tự đổi mới (self-renewal) mà vẫn giữ được đặc tính không biệt hóa trong suốt quá trình tồn tại của mô, cơ thể. Quá trình tự làm mới có thể thông qua cả hai cách phân chia đối xứng và phân chia bất đối xứng. Nếu như phân chia đối xứng tạo ra hai tế bào gốc, điều này giúp làm tăng quần thể tế bào gốc thì phân chia bất đối xứng tạo ra 1 tế bào bắt đầu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 quá trình biệt hóa đồng thời tạo ra một tế bào vẫn giữ nguyên tính gốc như ban đầu.
Quá trình này rất quan trọng giúp duy trì quần thể tế bào gốc thần kinh tồn tại trong suốt đời sống cá thể. Tế bào gốc thần kinh có khả năng biệt hóa Quá trình tế bào gốc chuyển thành các tế bào có chức năng riêng biệt được gọi là quá trình biệt hóa. Quá trình này xảy ra khi tế bào gốc nhận được các tín hiệu từ bên trong và bên ngoài tế bào, đáp ứng với các tín hiệu này. Các tế bào gốc thần kinh có khả năng biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau thông qua kích thích của môi trường nội và ngoại sinh [8].
Chúng phân chia tế bào bất đối xứng, một biệt hóa, một vẫn giữ tính gốc của nó. Tế bào gốc thần kinh chủ yếu biệt hóa thành các nơron, tế bào hình sao và tế bào ít nhánh. Quá trình hình thành và biệt hóa nơron tiết dopamin in vivo Trong quá trình phát triển phôi vị, khi máng thần kinh mới khép, thành ống thần kinh là biểu mô gồm một hàng tế bào gọi là biểu mô thần kinh. Không giống những vùng khác có sự tăng sinh và biến đổi phức tạp, não giữa phát triển đơn giản.
Thành não chỉ dày lên do sự tăng sinh mạnh các tế bào biểu mô này. Ban đầu, thành ống có dạng biểu mô trụ giả tầng. Bào tương tế bào trải khắp chiều dầy thành ống và nhân tế bào ở các mức độ cao thấp khác nhau. Những nhân tế bào đang phân chia nằm ở lớp sâu trong thành ống tạo thành lớp sinh sản.
Những tế bào đã hoàn thành sự phân chia di cư ra vùng ngoại vi của thành ống nông hơn, xếp thành từng tầng, cao thấp không đều để tiếp tục phân chia. Một số tế bào vẫn ở lại lớp sinh sản duy trì tính gốc của nó (Hình 1.2) Sau khi não giữa được hình thành, các tế bào ở sàn não giữa tăng sinh và phân lớp tạo thành 3 lớp: lớp nội tủy, lớp áo và lớp màn rìa. Một số tế bào ở lớp nội tủy vẫn còn giữ tính gốc của tế bào thần kinh trong khi hầu hết các tế bào sẽ di chuyển ra khỏi vùng sinh sản, ngừng phân chia tế bào và bắt đầu quá trình biệt hóa. Các tế bào đầu dòng của não giữa nhờ các tín hiệu (yếu tố LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 phiên mã và yếu tố chế tiết) sẽ tiếp tục được định hướng để biệt hóa thành các dòng tế bào khác nhau.
Sự tăng sinh tế bào ở ống thần kinh [9] A: Biểu mô thần kinh; B: Tăng sinh tế bào của biểu mô thần kinh I: Lớp nội tủy II: Lớp áo 1- Nguyên bào thần kinh; 2- Nguyên bào xốp thần kinh; 3- Nhánh bào tương của tế bào xuyên tâm. Các tế bào đầu dòng tiết dopamin ở não giữa cũng tập trung chủ yếu ở vùng sinh sản, những tế bào này biểu hiện Lmx1a, Lmx1b, Foxa2, Msx1/2, Ngn2 và ở giai đoạn sớm là Shh. Ở giai đoạn này, các tế bào đầu dòng mDA sẽ phát triển theo hướng chuyên biệt, phân chia và bắt đầu những bước cuối cùng của quá trình biệt hóa xảy ra ở kì sau của tế bào. Sau đó các tế bào đầu dòng tiết dopamin tiếp tục biệt hóa trở thành các tế bào tiết dopamin chưa trưởng thành (immature dopaminergic neurons).
Các tế bào mDA bắt đầu xuất hiện trong khoảng E10.5 ở chuột, trong khi ở người chúng bắt đầu xuất hiện vào tuần thứ 5 – 6 sau thụ thai, đạt cao nhất ở tuần 6 – 8 và dừng ở tuần 10 – 11 [10]. Các nguyên bào thần kinh của nơron dopamin bắt đầu rời khỏi vùng sinh sản dọc theo các nhánh của tế bào thần kinh xuyên tâm để xâm nhập vào vùng trung gian (lớp áo). Trong suốt quá LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 trình di cư từ lớp nội tủy ra bề mặt lồi của não giữa các nguyên bào thần kinh tiết dopamin tiếp tục biệt hóa để trở thành các tế bào mDA trưởng thành. Ngoài việc bắt đầu biểu hiện các gen mới trong suốt quá trình di cư và biệt hóa chúng tiếp tục duy trì biểu hiện các gen mà có vai trò quan trọng trong quá trình biệt hóa như Foxa1/2, Lmx1a/b, En1/2.
Các lớp của lá đáy não giữa và sự biểu hiện các gen liên quan đến sự phát triển của tế bào mDA. Lá đáy não giữa gồm 3 lớp: Lớp sinh sản (nơi có các tế bào đầu dòng mDA), lớp trung gian (các tế bào mDA chưa trưởng thành di cư qua) và lớp áo (nơi các tế bào mDA trưởng thành biểu hiện các gen liên quan đến sinh tổng hợp dopamine) [11]. Nói tóm lại, quá trình hình thành và phát triển của tế bào tiết dopamin được bắt đầu từ khoảng ngày thứ 8 ở chuột và tuần thứ 5 sau thụ tinh ở người. Các tế bào xuất hiện ban đầu ở vùng sàn não giữa, sau đó trải qua hàng loạt các bước phát triển và biệt hóa để di cư đến những vị trí nhất định: liềm đen, vùng dưới đồi, hành khứu, võng mạc.
Những kiến thức về lĩnh vực này đã tăng đáng kể trong những năm gần đây. Chính những hiểu biết này đã giúp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 ích rất nhiều cho việc ứng dụng trong việc tìm kiếm những dòng tế bào tối ưu phục vụ điều trị bệnh Parkinson. Tế bào gốc não giữa và nơron tiết dopamin: ứng dụng trong điều trị Những hiểu biết về quá trình phát triển và biệt hóa của nơron tiết dopamin đã giúp các nhà khoa học định khu được vị trí của các tế bào gốc tiết dopamin. Do đó mô sàn não giữa ngoại bì ống thần kinh phôi là một trong những loại mô đầu tiên được các tác giả sử dụng vì tại đây có các tế bào tiết dopamin cũng như các tế bào đầu dòng đã được định hướng để biệt hóa thành nơron tiết dopamin.
Năm 1979, tác giả Perlow và cộng sự đã tiến hành ghép những mảnh mô sàn não giữa phôi chuột vào thể vân chuột đã được gây Parkinson bằng 6- OHDA. Kết quả cho thấy sự cải thiện về triệu chứng lâm sàng của chuột sau ghép 1 tháng. Bằng chứng là có 5/29 chuột giảm 70% số vòng quay so với nhóm chứng [12]. Tuy có được thành công bước đầu như vậy xong kỹ thuật ghép mảnh mô chứa tế bào gốc vào não bộc lộ nhiều hạn chế như: tỷ lệ động vật sống sau ghép thấp; tỷ lệ cải thiện triệu chứng ở các lô nghiên cứu không đồng nhất hay chỉ ghép được ở một vài vị trí nhất định trong mô não.
Những hạn chế này có thể liên quan tới việc kém nuôi dưỡng vì các tế bào trong mô ghép ít được tiếp xúc với mạch máu cũng như dịch não tủy hoặc do hạn chế phát triển các sợi trục của tế bào ra những vùng xung quanh [13]. Đến những năm 1980, thay vì sử dụng mảnh nhỏ mô sàn não giữa để ghép vào thể vân, nhóm tác giả Bjorklund và cộng sự đã sử dụng dạng dịch treo tế bào gốc sàn não giữa để tiêm vào thể vân. Khoảng 10 mảnh mô 2mm2 được các tác giả ủ trong enzym trypsin 0,1%; 30 phút ở nhiệt độ phòng.