Tế bào gốc đa năng (pluripotent stem cells) được ví như “chìa khóa vạn năng” trong y học tái sinh, nhờ khả năng biệt hóa thành hầu hết mọi loại tế bào trong cơ thể. Từ những bước tiến đột phá trong nghiên cứu sinh học phân tử, tế bào gốc đa năng đang mở ra nhiều triển vọng trong điều trị các bệnh lý nan y, chống lão hóa, và phục hồi chức năng cơ quan. Cùng Cell Insight tìm hiểu khái niệm tế bào gốc đa năng là gì, chúng đến từ đâu và đang được ứng dụng như thế nào trong y học hiện đại.

Tế bào gốc đa năng là gì?

Tế bào gốc đa năng (pluripotent stem cells) là loại tế bào có khả năng biệt hóa thành mọi loại tế bào trong cơ thể, ngoại trừ tế bào nhau thai. Điểm khác biệt với tế bào gốc toàn năng là tế bào gốc đa năng không tự phát triển thành phôi hoàn chỉnh.

Theo Viện Y tế Quốc gia Hoa Kỳ (NIH), hai loại tế bào gốc đa năng phổ biến nhất hiện nay là:

• Tế bào gốc phôi (Embryonic Stem Cells – ESCs)
• Tế bào gốc đa năng cảm ứng (Induced Pluripotent Stem Cells – iPSCs)

ESCs được tách từ phôi ở giai đoạn blastocyst (khoảng 5-6 ngày sau thụ tinh), trong khi iPSCs được tạo ra từ tế bào trưởng thành thông qua quá trình tái lập trình gene, sử dụng các yếu tố phiên mã như Oct4, Sox2, Klf4 và c-Myc (được gọi là yếu tố Yamanaka).

Đặc điểm của tế bào gốc đa năng

• Tính đa dạng biệt hóa: Có khả năng biệt hóa thành hơn 200 loại tế bào khác nhau trong cơ thể, bao gồm tế bào thần kinh, cơ tim, tế bào gan, da…
• Tự làm mới (self-renewal): Có thể phân chia không giới hạn trong điều kiện nuôi cấy phù hợp mà vẫn giữ được đặc tính đa năng.
• Đáp ứng tín hiệu môi trường: Phản ứng mạnh mẽ với các yếu tố sinh học và hóa học, giúp định hướng biệt hóa theo nhu cầu điều trị.
• Chỉ biểu hiện một số gene đặc hiệu: Như Nanog, Oct4, Sox2 – đây là các dấu ấn gene giúp duy trì trạng thái đa năng và được sử dụng để đánh giá chất lượng tế bào trong phòng thí nghiệm.

Theo báo cáo của Stem Cell Reports (2023), chính khả năng vừa tự làm mới vừa biệt hóa có kiểm soát là yếu tố then chốt giúp tế bào gốc đa năng trở thành nền tảng trong nghiên cứu y học tái sinh và liệu pháp tế bào.

Nguồn gốc của tế bào gốc đa năng

Tế bào gốc đa năng có thể được tách từ phôi gốc trong giai đoạn phân bào sớm (Embryonic Stem Cells – ESCs), hoặc được tạo ra bằng cách tái lập trình tế bào trưởng thành trở về trạng thái đa năng (Induced Pluripotent Stem Cells – iPSCs).

Theo báo cáo của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), công nghệ tái lập trình tế bào gốc đa tiềm năng từ tế bào da người đã và đang giúp ngành y học tái sinh tiến nhanh hơn bao giờ hết. Việc phát triển iPSCs không chỉ tránh được tranh cãi đạo đức liên quan đến việc sử dụng phôi người như ở ESCs, mà còn mở ra cơ hội phát triển liệu pháp điều trị cá nhân hóa, giảm nguy cơ thải ghép miễn dịch.

Theo nghiên cứu từ Cell Stem Cell (2016), việc sử dụng bốn yếu tố Yamanaka (Oct4, Sox2, Klf4 và c-Myc) có thể tái lập trình tế bào da người trở thành iPSCs chỉ sau vài tuần nuôi cấy, với tỷ lệ biệt hóa thành các dòng tế bào thần kinh, tim và máu rất cao.

Ngoài ra, theo báo cáo từ Nature Reviews Genetics (2021), các chiến lược mới như tái lập trình không tích hợp (non-integrative reprogramming) sử dụng mRNA hoặc protein đang được ưu tiên để tăng độ an toàn và giảm nguy cơ biến đổi gene không kiểm soát trong iPSCs.

Xem thêm: Tế bào gốc trong làm đẹp: “Thần dược” giúp tái tạo làn da

Ứng dụng của tế bào gốc đa năng trong y học

Tế bào gốc đa năng, đặc biệt là tế bào gốc đa năng cảm ứng (iPSCs), đang mở ra nhiều hướng đi mới cho y học hiện đại. Nhờ khả năng biệt hóa linh hoạt và mô phỏng chính xác sinh lý người, iPSCs không chỉ phục vụ nghiên cứu cơ bản mà còn mang lại nhiều triển vọng trong chẩn đoán, điều trị và chăm sóc sức khỏe cộng đồng. 

Dưới đây là một số ứng dụng nổi bật cùng lợi ích cụ thể:

Tái tạo mô tế bào tổn thương (tim, gan, da…)

Theo nghiên cứu của Nature Biotechnology (2019), iPSCs đã được biệt hóa thành tế bào cơ tim chức năng và ứng dụng thành công trên mô hình chuột bị nhồi máu cơ tim, giúp cải thiện đáng kể chức năng tim. Từ đó giảm phụ thuộc vào nguồn tạng hiến, mở rộng khả năng phục hồi cho bệnh nhân mắc bệnh mạn tính hoặc sau chấn thương nghiêm trọng.

Mô phỏng mô bệnh để tìm hiểu cơ chế di truyền

Theo báo cáo từ Cell (2020), iPSCs được tạo ra từ bệnh nhân mắc các bệnh thần kinh di truyền như ALS và Huntington đã giúp các nhà nghiên cứu quan sát trực tiếp cơ chế đột biến gene gây bệnh. Hỗ trợ phát triển liệu pháp điều trị đích và cải thiện độ chính xác trong chẩn đoán sớm.

Sàng lọc và phát triển thuốc mới

Journal of Translational Medicine (2021) cho biết, iPSCs biệt hóa thành tế bào gan và tim đang được dùng để thử nghiệm độc tính và hiệu quả thuốc. Giúp rút ngắn quy trình phát triển thuốc, giảm rủi ro khi chuyển sang thử nghiệm lâm sàng trên người.

Phát triển mô hình cơ quan 3D (organoids)

Theo Nature Reviews Molecular Cell Biology (2022), organoids từ iPSCs như não mini, gan mini hay ruột mini đã mô phỏng chính xác cấu trúc và chức năng cơ quan người, phục vụ nghiên cứu virus, miễn dịch và ung thư. Tăng tính ứng dụng trong mô phỏng bệnh lý hiếm, cải thiện độ chính xác nghiên cứu tiền lâm sàng.

Theo Nature Cell Biology (2021) iPSCs đã được ứng dụng để tái tạo tế bào thần kinh ở người mắc Parkinson, giúp mô phỏng quá trình thoái hóa thần kinh. Đặt nền tảng cho liệu pháp tế bào điều trị bệnh thoái hóa thần kinh trong tương lai.

Theo Cell Stem Cell (2022) iPSCs còn được dùng để tạo tế bào beta tuyến tụy – hướng điều trị tiềm năng cho bệnh tiểu đường type 1. Ngoài ra, organoids gan từ iPSCs đã giúp mô phỏng tiến trình bệnh lý gan và kiểm tra đáp ứng thuốc. Cải thiện phương pháp điều trị bệnh chuyển hóa và giảm phụ thuộc vào ghép gan.

Nhờ những ứng dụng trên, tế bào gốc đa năng đang dần trở thành nền tảng không thể thiếu trong y học tái sinh, dược lý học và cá nhân hóa điều trị.

Xem thêm: Serum tế bào gốc là gì? Serum tế bào gốc có tác dụng như thế nào với da hư tổn

Tiềm năng tương lai của tế bào gốc đa năng

Theo Hiệp hội Nghiên cứu Tế bào gốc Châu Âu (EuroStemCell), tế bào gốc đa tiềm năng đang được nghiên cứu để điều trị các bệnh lý thoái hóa, ung thư, rối loạn chuyển hóa. Tuy nhiên, hiện tại đa số các liệu pháp vẫn đang ở giai đoạn thử nghiệm lâm sàng (phase I/II) và chủ yếu giới hạn trong các trung tâm nghiên cứu lớn hoặc bệnh viện chuyên sâu.

Theo đánh giá từ Nature Medicine (2023), các kết quả bước đầu ghi nhận khả năng cải thiện triệu chứng và tính an toàn khá tích cực, tuy nhiên vẫn cần thêm dữ liệu về tính ổn định lâu dài và phản ứng miễn dịch.

Hiện tại, các phương pháp ứng dụng iPSCs thường đang được triển khai dưới hình thức:

• Liệu pháp tế bào cá nhân hóa (autologous iPSC therapy): sử dụng chính tế bào của bệnh nhân để tạo iPSCs, hạn chế nguy cơ thải ghép.
• Ngân hàng tế bào gốc đồng hợp HLA: một số quốc gia như Nhật Bản và Anh đã thành lập ngân hàng iPSC khớp HLA để dùng chung cho cộng đồng.

Các thử nghiệm lâm sàng đáng chú ý:

• NCT04628899: Liệu pháp tế bào iPSC cho bệnh Parkinson – Giai đoạn 1/2 tại Nhật Bản.
• NCT03163446: Sử dụng tế bào iPSC trong điều trị suy tim.
• NCT03815009: Sử dụng iPSCs biệt hóa thành tế bào võng mạc điều trị thoái hóa điểm vàng.

Tế bào gốc đa năng và tế bào gốc đa năng cảm ứng đang mở ra những cánh cửa mới cho y học tái sinh. Tuy vẫn còn nhiều thách thức về an toàn sinh học và đạo đức, nhưng tiềm năng của chúng trong điều trị cá nhân hóa là không thể phủ nhận.

Việc kiểm soát chất lượng biệt hóa và đánh giá nguy cơ hình thành khối u (teratoma) vẫn là tiêu chuẩn vàng trước khi đưa iPSCs vào ứng dụng lâm sàng rộng rãi. Tế bào gốc đa năng đang góp phần định hình tương lai của y học chính xác và liệu pháp tái tạo.