Trong kỷ nguyên y học tái sinh, tế bào gốc toàn năng được xem là “nguyên mẫu tối thượng” có khả năng hình thành nên cả một cơ thể sống. Tuy nhiên, không phải ai cũng hiểu rõ tế bào gốc toàn năng là gì, chúng khác gì so với các loại tế bào gốc khác, và ứng dụng thực tế của tế bào toàn năng hiện đang ở đâu trong y học. Bài viết này Cell Insight sẽ giúp bạn giải mã cụ thể về tế bào gốc toàn năng là gì, nguồn gốc khoa học, đặc điểm sinh học và tiềm năng ứng dụng – dựa trên các nghiên cứu, báo cáo y học và khuyến cáo từ các hiệp hội uy tín trên thế giới.

Tế bào gốc toàn năng là gì?

Tế bào gốc toàn năng là loại tế bào có khả năng phát triển thành mọi loại tế bào trong cơ thể, bao gồm cả tế bào phôi và tế bào nhau thai. Đây là cấp độ “toàn năng” (totipotent) cao nhất trong phân loại tế bào gốc – chỉ tồn tại trong những ngày đầu sau khi thụ tinh, cụ thể từ hợp tử đến giai đoạn phôi 8 tế bào.

Theo báo cáo từ Viện Y tế Quốc gia Hoa Kỳ (NIH): Tế bào gốc toàn năng là loại duy nhất có khả năng hình thành nên cả phôi (embryo) và mô ngoài phôi (extraembryonic tissues) – điều mà các loại tế bào gốc khác như tế bào đa năng (pluripotent) hay vạn năng không làm được.

Nguồn gốc của tế bào gốc toàn năng

Theo hiệp hội Sinh học Phát triển Quốc tế (ISDB): Tế bào toàn năng chỉ tồn tại trong giai đoạn sớm nhất của sự phát triển phôi – từ hợp tử (zygote) sau khi trứng được thụ tinh cho đến khoảng ngày thứ 4 sau thụ tinh. Sau giai đoạn này, tế bào mất dần tính toàn năng và chuyển sang giai đoạn tế bào gốc đa năng (pluripotent stem cells).

Điều này có nghĩa là việc lấy – nuôi cấy tế bào toàn năng từ người là điều cực kỳ khó khăn về mặt đạo đức và kỹ thuật. Các nhà khoa học hiện nay thường mô phỏng tế bào toàn năng trong phòng thí nghiệm thông qua công nghệ tái lập trình tế bào, nhưng vẫn còn nhiều tranh luận khoa học xoay quanh độ an toàn và ổn định của phương pháp này.

Xem ngay: Có những loại tế bào gốc nào? Tế bào gốc tốt nhất hiện nay

Đặc điểm sinh học của tế bào toàn năng

Cùng Cell Insight điểm qua các đặc điểm sinh học của tế bào toàn năng: 

Khả năng biệt hóa toàn diện

Theo nghiên cứu đăng trên tạp chí Nature Cell Biology (2021): Tế bào gốc toàn năng không chỉ có khả năng biệt hóa thành tất cả các dòng tế bào của cơ thể (tương tự tế bào gốc đa năng), mà còn có thể tạo ra các mô ngoài phôi như nhau thai – một điều mà tế bào đa năng không thể làm được. Điều này đến từ sự mở hoàn toàn của bộ gen, cho phép mọi gene liên quan đến biệt hóa và phát triển sớm của phôi đều có khả năng hoạt hóa.

Các nhà nghiên cứu tại Viện Max Planck (Đức) đã chứng minh rằng trong điều kiện nuôi cấy đặc biệt, tế bào gốc toàn năng được tái lập trình từ tế bào chuột trưởng thành có thể phát triển thành phôi nhân tạo hoàn chỉnh, bao gồm cả lá nuôi phôi và khoang phôi – điều chưa từng có ở tế bào đa năng thông thường. 

Kết quả này được công bố trên Nature Cell Biology, đánh dấu bước tiến quan trọng trong việc phân biệt rạch ròi giữa tế bào toàn năng và đa năng.

Tự tái tạo phôi nhân tạo hoàn chỉnh mà không cần giao tử 

Theo nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình chuột – Viện Francis Crick & Đại học Cambridge (2022): Một công trình nghiên cứu hợp tác giữa hai viện khoa học danh tiếng tại Anh đã tái lập phôi nhân tạo (synthetic embryo-like structures) từ tế bào gốc toàn năng tái lập trình (induced totipotent-like stem cells – iTSCs) mà không cần trứng hay tinh trùng.

Các cấu trúc này không chỉ phát triển các lớp phôi trong mà còn tạo thành túi ối, màng đệm và tiền nhau thai – các mô hỗ trợ sự sống. Điều này mở ra triển vọng mô hình hóa giai đoạn phát triển sớm của thai nhi mà không cần sử dụng phôi thật – một giải pháp vượt qua rào cản đạo đức lâu nay.

Đặc điểm nguy cơ: Dễ phát triển thành khối u (u quái) nếu không kiểm soát biệt hóa

Theo cảnh báo từ tạp chí Cell Reports (2023) về nguy cơ hình thành khối u: Một trong những thách thức lớn nhất khi sử dụng tế bào toàn năng là kiểm soát biệt hóa. Nếu không định hướng đúng, tế bào có thể phát triển một cách không kiểm soát, dẫn đến hình thành teratoma (u quái) – khối u chứa nhiều loại mô như tóc, xương, sụn,… Trong thử nghiệm in vivo, khi cấy ghép tế bào toàn năng vào mô chuột, 60–80% trường hợp phát triển thành khối u trong vòng 6–8 tuần nếu không có biện pháp kiểm soát phân tử.

Do đó, hiện nay hầu hết các trung tâm nghiên cứu đều chỉ sử dụng tế bào toàn năng ở cấp độ phòng thí nghiệm, chưa áp dụng trên người vì lý do an toàn sinh học.

Ứng dụng của tế bào gốc toàn năng trong y học

Dù tế bào toàn năng hiện chưa được ứng dụng lâm sàng do rào cản đạo đức và nguy cơ sinh học cao (như khả năng hình thành khối u), nhưng chúng lại đóng vai trò nền tảng cực kỳ quan trọng trong nghiên cứu cơ bản, đặc biệt trong các lĩnh vực:

Tái lập trình tế bào (cell reprogramming)

Theo báo cáo của EuroStemCell – Mạng lưới khoa học tế bào gốc châu Âu: Tế bào toàn năng cung cấp kiến thức quan trọng để các nhà khoa học phát triển công nghệ iPSCs – tế bào gốc đa năng cảm ứng. Đây là loại tế bào được tạo từ tế bào trưởng thành, nhưng tái lập lại khả năng biệt hóa gần giống với tế bào phôi – cho phép nghiên cứu mô hình bệnh mà không cần sử dụng phôi người thật, từ đó giảm xung đột đạo đức và pháp lý.

Tạo phôi nhân tạo (synthetic embryo)

Theo nghiên cứu của nhóm Zernicka-Goetz et al. (Cambridge – Caltech, 2022): Trong công trình được đăng trên Nature, các nhà nghiên cứu đã tạo ra phôi nhân tạo (synthetic embryos) từ tế bào gốc toàn năng của chuột, không cần đến trứng hoặc tinh trùng. Các cấu trúc này phát triển cả 3 thành phần quan trọng của phôi thật: nội bì, trung bì và ngoại bì, đồng thời hình thành mô nhau thai và túi ối – một mô hình hoàn chỉnh mô phỏng sự phát triển ban đầu của sự sống.

Kết quả này khẳng định năng lực tái tạo toàn bộ phôi chỉ từ tế bào toàn năng, mở ra triển vọng lớn trong việc nghiên cứu các bệnh lý di truyền giai đoạn phôi thai và kiểm tra tính an toàn của các liệu pháp gene.

Mô hình hóa bệnh (disease modeling)

Theo nghiên cứu trên Science Advances (2022) – Đại học Michigan: Hiểu biết về cơ chế hoạt hóa gen ở tế bào toàn năng cho phép tạo ra mô hình động học của biệt hóa tế bào – giúp các nhà khoa học quan sát quá trình chuyển đổi từ tế bào gốc toàn năng → đa năng → chuyên biệt theo thời gian. Đây là dữ liệu quan trọng để phát triển liệu pháp tái sinh an toàn, hạn chế nguy cơ biến dị và khối u khi ứng dụng tế bào gốc trên người.

Xem thêm: Tiêm Exosome là gì? Bảng giá tiêm exosome mới nhất 2025

Tế bào gốc toàn năng có thể thay thế các tế bào gốc khác?

Hiện tại, tế bào gốc toàn năng không được sử dụng để điều trị bệnh, do những hạn chế đạo đức và kỹ thuật. Thay vào đó, y học đang tập trung vào tế bào gốc đa năng (pluripotent) và trung mô (mesenchymal stem cells – MSCs) vì an toàn hơn và khả thi hơn trên lâm sàng. Tuy nhiên, các nghiên cứu về tế bào toàn năng vẫn giữ vai trò “kim chỉ nam” để cải tiến công nghệ tế bào gốc hiện đại.

Tế bào gốc toàn năng có thể thay thế các tế bào gốc khác không

Tế bào gốc toàn năng là loại tế bào có tiềm năng biệt hóa toàn diện nhất trong tự nhiên – tạo nên cả cơ thể và nhau thai. Dù chưa thể ứng dụng lâm sàng, nhưng chúng là nền tảng quan trọng trong nghiên cứu y học tái sinh, công nghệ di truyền và mô hình hóa bệnh. Việc hiểu rõ tế bào gốc toàn năng là gì và vai trò của chúng trong sinh học giúp mở ra nhiều hướng tiếp cận mới, an toàn hơn trong tương lai gần.

Với tốc độ phát triển nhanh của công nghệ tế bào, có thể trong 5–10 năm tới, những hiểu biết từ tế bào toàn năng sẽ trở thành chìa khóa mở ra thế hệ liệu pháp tái sinh thế hệ mới.