Liệu pháp về tế bào gốc ở Nhật bản

Liệu pháp về tế bào gốc ở Nhật bản

Tế bào gốc là một trong những thành tựu y học đáng kinh ngạc trong vòng một thế kỷ qua, đang được nghiên cứu ứng dụng mạnh mẽ tại Nhật Bản và được ghi nhận với 2 giải Nobel Y học được trao cho các  nhà khoa học nước này với những nghiên cứu vượt trội về công nghệ tế bào.

Tế bào gốc là gì, và tại sao chúng lại quan trọng?

Tế bào gốc là tế bào có tiềm năng phát triển thành nhiều loại tế bào khác nhau trong cơ thể. Chúng phục vụ như một hệ thống sửa chữa cho cơ thể. Có hai loại tế bào gốc chính: Tế bào gốc phôi và Tế bào gốc trưởng thành.

Tế bào gốc khác với các tế bào khác trong cơ thể ở ba điểm:

• Chúng có thể tự phân chia và làm mới mình trong một thời gian dài
• Chúng không được chuyên biệt hóa nên không thể thực hiện các chức năng cụ thể trong cơ thể
• Chúng có tiềm năng trở thành các tế bào chuyên biệt, chẳng hạn như tế bào cơ, tế bào máu và tế bào não

Tế bào gốc đa năng

Phôi của động vật có vú ban đầu ở giai đoạn phôi nang chứa hai loại tế bào – tế bào của khối tế bào bên trong và tế bào của biểu bì. Các tế bào biểu bì đóng góp vào nhau thai. Khối tế bào bên trong cuối cùng sẽ phát triển thành các loại tế bào chuyên biệt, mô và cơ quan của toàn bộ cơ thể sinh vật. Công việc trước đây với phôi chuột đã dẫn đến việc phát triển một phương pháp vào năm 1998 để lấy tế bào gốc từ khối tế bào bên trong của phôi người được cấy ghép trước và để nuôi cấy tế bào gốc phôi người (hESCs) trong phòng thí nghiệm. Vào năm 2006, các nhà nghiên cứu đã xác định được các điều kiện cho phép một số tế bào trưởng thành của con người được lập trình lại thành trạng thái giống như tế bào gốc phôi. Những tế bào gốc được lập trình lại đó được gọi là tế bào gốc đa năng cảm ứng (iPSCs).

Tế bào gốc trưởng thành

Trong suốt vòng đời của sinh vật, các quần thể tế bào gốc trưởng thành đóng vai trò như một hệ thống sửa chữa bên trong tạo ra các chất thay thế cho các tế bào bị mất đi do hao mòn bình thường, chấn thương hoặc bệnh tật. Tế bào gốc trưởng thành đã được xác định trong nhiều cơ quan và mô và thường liên quan đến các vị trí giải phẫu cụ thể. Những tế bào gốc này có thể vẫn ở trạng thái tĩnh (không phân chia) trong một thời gian dài cho đến khi chúng được kích hoạt bởi nhu cầu bình thường để có thêm tế bào để duy trì và sửa chữa các mô.

Các bác sĩ và nhà khoa học rất hào hứng với tế bào gốc vì chúng có thể giúp ích trong nhiều lĩnh vực khác nhau của nghiên cứu y tế và sức khỏe. Nghiên cứu tế bào gốc có thể giúp giải thích các tình trạng nghiêm trọng như dị tật bẩm sinh và ung thư xảy ra như thế nào. Một ngày nào đó, tế bào gốc có thể được sử dụng để tạo ra các tế bào và mô để điều trị nhiều bệnh. Ví dụ như bệnh Parkinson, bệnh Alzheimer, tổn thương tủy sống, bệnh tim, tiểu đường và viêm khớp.

Các đặc tính duy nhất của tất cả các tế bào gốc là gì?

Tế bào gốc có khả năng độc đáo để tự đổi mới và tái tạo các mô chức năng.

Tế bào gốc có khả năng tự làm mới.

Không giống như tế bào cơ, tế bào máu hoặc tế bào thần kinh – những tế bào thường không tái tạo – tế bào gốc có thể tái tạo nhiều lần. Khi một tế bào gốc phân chia, kết quả là hai tế bào con có thể là: 1) cả hai tế bào gốc, 2) một tế bào gốc và một tế bào biệt hóa hơn, hoặc 3) cả hai tế bào biệt hóa hơn. Điều gì kiểm soát sự cân bằng giữa các loại phân chia này để duy trì tế bào gốc ở mức thích hợp trong một mô nhất định vẫn chưa được biết rõ.

Khám phá cơ chế đằng sau quá trình tự đổi mới có thể giúp chúng ta hiểu được số phận tế bào (gốc so với không gốc) được điều chỉnh như thế nào trong quá trình phát triển bình thường của phôi và sau khi sinh, hoặc được điều chỉnh sai như trong quá trình lão hóa, hoặc thậm chí trong quá trình phát triển ung thư. Thông tin như vậy cũng có thể cho phép các nhà khoa học phát triển tế bào gốc hiệu quả hơn trong phòng thí nghiệm. Các yếu tố và điều kiện cụ thể cho phép tế bào gốc đa năng không bị phân hóa đang được các nhà khoa học quan tâm nhiều. Người ta đã mất nhiều năm thử và sai để tìm hiểu cách tạo ra và duy trì các tế bào gốc đa năng trong phòng thí nghiệm mà không cần các tế bào này tự biệt hóa thành các loại tế bào cụ thể.

Tế bào gốc có khả năng tái tạo các mô chức năng.

Tế bào gốc đa năng không biệt hóa, chúng không có bất kỳ đặc điểm cụ thể nào của mô (chẳng hạn như hình thái hoặc kiểu biểu hiện gen) cho phép chúng thực hiện các chức năng chuyên biệt. Tuy nhiên, chúng có thể làm phát sinh tất cả các tế bào đã biệt hóa trong cơ thể, chẳng hạn như tế bào cơ tim, tế bào máu và tế bào thần kinh. Mặt khác, các tế bào gốc trưởng thành phân hóa để tạo ra các loại tế bào chuyên biệt của mô hoặc cơ quan mà chúng cư trú và có thể có các đặc điểm hình thái xác định và các kiểu biểu hiện gen phản ánh của mô đó.

Các loại tế bào gốc khác nhau có mức độ hiệu lực khác nhau. Có nghĩa là: số lượng các loại tế bào khác nhau mà chúng có thể hình thành. Trong khi biệt hóa, tế bào thường trải qua một số giai đoạn, trở nên chuyên biệt hơn ở mỗi bước. Các nhà khoa học đang bắt đầu tìm hiểu các tín hiệu kích hoạt mỗi bước của quá trình biệt hóa. Các tín hiệu cho sự biệt hóa của tế bào bao gồm các yếu tố do các tế bào khác tiết ra, sự tiếp xúc vật lý với các tế bào lân cận và các phân tử nhất định trong vi môi trường.

Làm thế nào để nuôi cấy tế bào gốc trong phòng thí nghiệm?

Tế bào gốc được nuôi trong phòng thí nghiệm như thế nào?

Nuôi cấy tế bào trong phòng thí nghiệm được gọi là “nuôi cấy tế bào”. Tế bào gốc có thể sinh sôi nảy nở trong môi trường phòng thí nghiệm trong đĩa nuôi cấy có chứa môi trường dinh dưỡng được gọi là môi trường nuôi cấy (được tối ưu hóa để phát triển các loại tế bào gốc khác nhau). Hầu hết các tế bào gốc gắn, phân chia và lan rộng trên bề mặt đĩa.

Đĩa nuôi cấy trở nên đông đúc khi các tế bào phân chia, vì vậy chúng cần được mạ lại trong quá trình nuôi cấy con, quá trình này được lặp lại định kỳ nhiều lần trong nhiều tháng. Mỗi chu kỳ nuôi cấy con được gọi là một “đoạn văn”. Các tế bào ban đầu có thể tạo ra hàng triệu tế bào gốc. Ở bất kỳ giai đoạn nào trong quy trình, các lô tế bào có thể được đông lạnh và chuyển đến các phòng thí nghiệm khác để nuôi cấy và thử nghiệm thêm.

Làm cách nào để “lập trình lại” các tế bào thông thường để tạo ra các iPSC?

Các tế bào đã biệt hóa, chẳng hạn như tế bào da, có thể được lập trình lại trở lại trạng thái đa năng. Quá trình tái lập trình đạt được trong vài tuần nhờ sự biểu hiện cưỡng bức của các gen được biết là cơ quan điều hòa chính của tính đa năng. Vào cuối quá trình này, những cơ quan điều hòa tổng thể này sẽ sửa đổi lại sự biểu hiện của toàn bộ mạng lưới gen. Các đặc điểm của các tế bào đã biệt hóa sẽ được thay thế bằng những đặc điểm liên quan đến trạng thái đa năng, về cơ bản là đảo ngược quá trình phát triển.

Tế bào gốc được kích thích để biệt hóa như thế nào?

Miễn là các tế bào gốc đa năng được nuôi cấy trong điều kiện thích hợp, chúng có thể vẫn không bị phân hóa. Để tạo ra môi trường nuôi cấy các loại tế bào biệt hóa cụ thể, các nhà khoa học có thể thay đổi thành phần hóa học của môi trường nuôi cấy, thay đổi bề mặt của đĩa nuôi cấy hoặc sửa đổi tế bào bằng cách buộc biểu hiện của các gen cụ thể. Qua nhiều năm thử nghiệm, các nhà khoa học đã thiết lập một số quy trình cơ bản, hay còn gọi là “công thức” để phân biệt các tế bào gốc đa năng thành một số loại tế bào cụ thể.

Tế bào gốc được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu và liệu pháp y sinh?

Với khả năng tái tạo độc đáo của chúng, có nhiều cách mà tế bào gốc của con người đang được sử dụng trong nghiên cứu y sinh và phát triển liệu pháp điều trị.

Hiểu biết về sinh học của bệnh tật và thử nghiệm thuốc

Các nhà khoa học có thể sử dụng tế bào gốc để tìm hiểu về sinh học của con người và để phát triển phương pháp trị liệu. Hiểu rõ hơn về các tín hiệu di truyền và phân tử điều chỉnh sự phân chia, chuyên biệt hóa và biệt hóa tế bào trong tế bào gốc có thể mang lại thông tin về cách bệnh tật phát sinh và đề xuất các chiến lược mới cho liệu pháp. Các nhà khoa học có thể sử dụng iPSCs được tạo ra từ một bệnh nhân và phân biệt các iPSCs đó để tạo ra “organoids” (mô hình nhỏ của các cơ quan) hoặc chip mô để nghiên cứu các tế bào bị bệnh và thử nghiệm thuốc, với kết quả được cá nhân hóa.

Liệu pháp dựa trên tế bào

Một ứng dụng tiềm năng quan trọng là tạo ra các tế bào và mô cho các liệu pháp dựa trên tế bào, còn được gọi là kỹ thuật mô. Nhu cầu hiện nay về các mô và cơ quan có thể cấy ghép vượt xa nguồn cung hiện có. Tế bào gốc cung cấp khả năng trở thành một nguồn tái tạo. Thông thường, có một số lượng rất nhỏ tế bào gốc trưởng thành trong mỗi mô và khi bị loại bỏ khỏi cơ thể, khả năng phân chia của chúng bị hạn chế, khiến việc tạo ra một lượng lớn tế bào gốc trưởng thành cho các liệu pháp trở nên khó khăn. Ngược lại, tế bào gốc đa năng ít bị giới hạn bởi nguyên liệu ban đầu và tiềm năng đổi mới.

Để thực hiện được hứa hẹn của các liệu pháp tế bào gốc trong các bệnh, các nhà khoa học phải có khả năng điều khiển các tế bào gốc để chúng có những đặc điểm cần thiết để biệt hóa, cấy ghép và ghép thành công. Các nhà khoa học cũng phải phát triển các quy trình quản lý các quần thể tế bào gốc, cùng với việc cảm ứng quá trình tạo mạch (cung cấp mạch máu), để tái tạo và sửa chữa các mô rắn ba chiều.

Để hữu ích cho mục đích cấy ghép, tế bào gốc phải được tạo ra để:

• Tăng sinh rộng rãi và tạo ra đủ số lượng tế bào để thay thế các mô bị mất hoặc bị hư hỏng.
• Phân biệt thành (các) loại ô mong muốn.
• Tồn tại ở người nhận sau khi cấy ghép.
• Tích hợp vào các mô xung quanh sau khi cấy ghép.
• Tránh từ chối bởi hệ thống miễn dịch của người nhận.
• Hoạt động thích hợp trong suốt cuộc đời của người nhận.

Điều trị tế bào gốc tại Nhật bản

Một trong những trung tâm tế bào gốc uy tín hàng đầu thế giới là Helene Nhật bản

• Là cơ sở đầu tiên được cấp phép trị liệu tế bào gốc tại Nhật Bản.
• Được cố vấn bởi ngài Hosokawa Ritsuo – Nguyên Bộ trưởng Bộ Y tế, Lao động và Phúc lợi Nhật Bản.
• Chứng chỉ ISO 9001 và là đơn vị đầu tiên trên thế giới được cấp chứng chỉ quốc tế GCR về trị liệu tế bào gốc, hiện đang là cơ sở duy nhất tại Nhật Bản có chứng chỉ này.
• Cơ sở có phòng nuôi cấy và bảo quản tế bào chuyên dụng.
• Sở hữu nhiều giấy phép trị liệu nhất (11 giấy phép).
• Đơn vị đầu tiên được cấp phép kết hợp giữa Tế bào gốc trung mô và Tế bào gốc Exosome tại Nhật Bản

Trong khi tế bào gốc mang lại hứa hẹn thú vị cho các liệu pháp điều trị trong tương lai, những rào cản kỹ thuật đáng kể vẫn có thể sẽ chỉ được khắc phục thông qua nhiều năm nghiên cứu chuyên sâu.