Tổng quan về tế bào gốc trung mô - Phần 1

Bài viết được viết bởi BS.TS Hoàng Minh Đức - Trưởng nhóm Dự án sản xuất thử nghiệm, Viện nghiên cứu Tế bào gốc và Công nghệ gen Vinmec

Tế bào gốc trung mô là dòng tế bào gốc sở hữu các đặc tính nhận diện sinh học đặc biệt như khả năng tăng sinh khi được nuôi cấy bên ngoài cơ thể (tế bào gốc ngoại sinh) và có khả năng biệt hoá thành một số loại tế bào khác nhau như tế bào xương, sụn, mỡ, thần kinh, v...v...

Trên cơ thể con người, tế bào gốc trung mô có thể tìm được ở nhiều cơ quan nhưng nhiều nhất là ở tủy xương, mô mỡ, và dây rốn. Xét trên khía cạnh ứng dụng, tế bào gốc trung mô từ tuỷ xương (Bone marrow derived mesenchymal stem cells – BM-MSC), tế bào gốc trung mô từ mô mỡ (Adipose derived mesenchymal stem cells – AD-MSC), và tế bào gốc trung mô từ dây rốn (Umbilical cord derived mesenchymal stem cells – UC-MSCs) là ba dòng tế bào gốc được sử dụng nhiều nhất trong các lĩnh vực như chữa khớp gối, bại não, loạn sản phế quản phổi, phổi tắc nghẽn mạn tính (COPD), tiểu đường, trẻ hoá da mặt, v...v...

Các dòng tế bào này cho thấy sự an toàn sau khi ghép tế bào gốc và có hiệu quả trong các mặt bệnh liên quan đến hệ thần kinh và phổi do đặc tính điều hoà miễn dịch (giảm viêm, giảm kích thích hệ miễn dịch tại các vùng viêm, ức chế các tế bào miễn dịch, v....v...) và khả năng tiết ra các chất kích thích tăng trưởng cũng như các vi thể ngoại bào hỗ trợ cho việc tái tạo hệ thần kinh, kích thích các tế bào gốc nội sinh phát triển.

Chính vì vậy, việc lưu trữ các dòng tế bào gốc BM-MSC, AD-MSC, và UC-MSCs như một nguồn tế bào có thể sử dụng trong tương lai khi cần thiết là một nhu cầu thích đáng và khả thi của khách hàng.

Từ những năm 1950, tủy xương trong y văn được miêu tả như một nguồn dồi dào tế bào gốc tạo máu và hỗn hợp các tế bào hỗ trợ cho quá trình sản sinh các thành phần tạo máu. Đến những thập niên 1960, hai nhà khoa học nổi tiếng là Ernest A. McCulloch và James E. Till thực hiện thí nghiệm nuôi cấy dung dịch tủy xương với kết quả cho thấy khả năng tạo cụm của các tế bào có trong tủy xương [1].

Thí nghiệm này là nền tảng cho thí nghiệm kế tiếp thực hiện bởi Friedenstein vào những năm đầu thập niên 70 chứng minh khả năng tăng sinh từ những cụm sau khi nuôi cấy tế bào tủy xương bên ngoài cơ thể (ex vivo). Hàng loạt những thí nghiệm được thực hiện và cho thấy khả năng tăng sinh của các tế bào tủy xương và khả năng biệt hóa thành một số tế bào đặc hữu như tế bào xương, sụn, mỡ. Từ đó, khái niệm tế bào gốc trung mô ra đời với tên gọi khoa học là Mesenchymal stem cells (MSCs) [2].

Trong tủy xương, quần thể tế bào gốc trung mô rất nhỏ với tỷ trọng chiếm từ 0.001 đến 0.01% số lượng tế bào đơn nhân [3]. Mặc dù số lượng tế bào gốc trung mô rất nhỏ, nhưng dưới điều kiện nuôi cấy thích hợp, dòng tế bào này vẫn có khả năng tăng sinh vượt trội và khả năng biệt hóa tốt.

Tế bào gốc trung mô từ tủy xương đến thời điểm này đã được chứng minh là dòng tế bào gốc đa năng, với khả năng biệt hóa giới hạn trong các dòng tế bào thuộc lớp trung mô như tế bào xương, sụn, và mỡ. Tuy nhiên, một số thí nghiệm khác cũng cho thấy rằng dòng tế bào gốc này cũng có khả năng biệt hóa thành tế bào gan, tế bào tim, tế bào thần kinh nhưng quá trình biệt hóa rất nhiều giai đoạn và có tỉ lệ thành công thấp.

Để tăng khả năng phân lập tế bào gốc trung mô từ tủy xương, việc phân tách các tế bào đơn nhân hiện hữu trong tủy xương là một trong những phương pháp đơn giản, ít tốn kém, và không tốn nhiều thời gian.

Trong số đó, phương pháp thu thập tế bào đơn nhân bằng kỹ thuật ly tâm tỉ trọng Ficoll là phương pháp phổ biến nhất. Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật này nằm ở quá trình phân tách các loại tế bào khác nhau bên trong tủy xương dựa vào tỉ trọng của chúng khi ly tâm với Ficoll [4].

Sau quá trình ly tâm, hồng cầu, tế bào bạch cầu trung tính, và các cặn xương sẽ nằm ở lớp dưới cùng của ống ly tâm, lớp tế bào đơn nhân sẽ nằm ở lớp giữa Ficoll và huyết tương, hay còn gọi là lớp Buffy coat.

Tại thời điểm ban đầu của quá trình nuôi cấy (Passage 0 – P0), tế bào gốc trung mô từ tủy xương có đặc điểm hình thái tương tự như nguyên bào sợi với kích thước nhỏ, hai đầu tế bào phân cực kéo dài, có khả năng tăng sinh và nhân đôi ở tốc độ chậm.

Hình thái của các tế bào này thường trở nên đồng nhất và tăng sinh nhanh hơn qua những lần cấy chuyển. Khi dòng tế bào đã ổn định, tế bào gốc trung mô từ tủy xương có thể cấy chuyển từ 10 đến 20 lần tùy thuộc vào bản chất của tế bào thường liên quan trực tiếp đến thể trạng người hiến như độ tuổi, bệnh lý, v...v...

Các kiến thức về tế bào gốc trung mô từ mô mỡ đa số bắt nguồn từ các nghiên cứu sinh học cơ bản về mô mỡ và chức năng của chúng bên trong cơ thể con người.

Mô mỡ là loại mô nền bên dưới da, hoặc bao quanh các cấu trúc nội tạng bên trong cơ thể với chức năng bảo vệ, giữ nhiệt, và lưu trữ năng lượng cho cơ thể. Có hai loại mô mỡ được tìm thấy bao gồm mô mỡ nâu và mô mỡ trắng. Mô mỡ nâu là mô mỡ có chức năng chuyên biệt và được tìm thấy nhiều ở các trẻ sơ sinh để giữ nhiệt cho cơ thể.

Mô mỡ nâu có chứa rất nhiều ti thể với khả năng trao đổi chất lớn và thường ít khi thấy ở người lớn ngoài trừ ở vị trí xung quanh cổ. Ở người lớn, mô mỡ trắng chiếm đa số nằm nhiều bên dưới da.

Mô mỡ có nguồn gốc từ phần trung mô trong quá trình phát triển của người và là nguồn dồi dào tế bào gốc trung mô. Tại mô mỡ, quá trình hình thành mỡ (adiposegenesis) bao gồm quá trình trưởng thành các tế bào mỡ, và quá trình hình thành khối mô mỡ bên trong cơ thể. Để có thể hoàn thành quy trình này, chức năng của tế bào gốc trung mô đóng một vai trò rất quan trọng vì tế bào gốc trung mô duy trì khả năng biệt hóa của mình thành các tế bào mỡ trưởng thành.

Tương tự như tủy xương, dòng tế bào gốc trung mô cũng được tìm thấy ở mô mỡ với những đặc tính tương tự như khả năng tăng sinh và khả năng biệt hóa (đa năng). Mô mỡ sau khi được thu thập thông qua thực hiện phẫu thuật thu thập mô mỡ hoặc thông qua hút mỡ (lipoaspirate) được xử lý với enzymes collagenase để thu thập phân đoạn mạch nền (Stromal-vascular cell fraction – SVF) [5].

Phân đoạn mạch nền này chứa các tế bào nội mô (endothelial cells), nguyên bào sợi (fibroblast), hồng cầu, bạch cầu, đại thực bào, tế bào quanh mạch (pericytes), và tế bào gốc trung mô.

Tài liệu tham khảo:

1. Friedenstein, A.J., J.F. Gorskaja, and N.N. Kulagina, Fibroblast precursors in normal and irradiated mouse hematopoietic organs. Exp Hematol, 1976. 4(5): p. 267-74.
2. Sadan, O., E. Melamed, and D. Offen, Bone-marrow-derived mesenchymal stem cell therapy for neurodegenerative diseases. Expert Opin Biol Ther, 2009. 9(12): p. 1487-97.
3. Morrison, S.J. and D.T. Scadden, The bone marrow niche for haematopoietic stem cells. Nature, 2014. 505(7483): p. 327-34.
4. Pittenger, M.F., et al., Multilineage potential of adult human mesenchymal stem cells. Science, 1999. 284(5411): p. 143-7.
5. Kappy, N.S., et al., Human Adipose-Derived Stem Cell (ASC) Treatment Modulates Cellular Protection in Both in Vitro and in Vivo Traumatic Brain Injury Models. J Trauma Acute Care Surg, 2017.
6. SPEERT, H., Obstetric-gynecologic eponyms; Thomas Wharton and the jelly of the umbilical cord. Obstet Gynecol, 1956. 8(3): p. 380-2.
7. Majore, I., et al., Growth and differentiation properties of mesenchymal stromal cell populations derived from whole human umbilical cord. Stem Cell Rev, 2011. 7(1): p. 17-31.
8. Donders, R., et al., Human Wharton's Jelly-Derived Stem Cells Display a Distinct Immunomodulatory and Proregenerative Transcriptional Signature Compared to Bone Marrow-Derived Stem Cells. Stem Cells Dev, 2018. 27(2): p. 65-84.
9. Knudtzon, S., In vitro growth of granulocytic colonies from circulating cells in human cord blood. Blood, 1974. 43(3): p. 357-61.
10. McElreavey, K.D., et al., Isolation, culture and characterisation of fibroblast-like cells derived from the Wharton's jelly portion of human umbilical cord. Biochem Soc Trans, 1991. 19(1): p. 29S.
11. Can, A., F.T. Celikkan, and O. Cinar, Umbilical cord mesenchymal stromal cell transplantations: A systemic analysis of clinical trials. Cytotherapy, 2017. 19(12): p. 1351-1382.
12. Galipeau, J., et al., International Society for Cellular Therapy perspective on immune functional assays for mesenchymal stromal cells as potency release criterion for advanced phase clinical trials. Cytotherapy, 2016. 18(2): p. 151-9.
13. Cell4life. The benefits of storing umbilical cord tissue stem cells. 2016 [cited 2018 10 March]; Available from: cells4life.com