TẾ BÀO GỐC VÀ NHÂN BẢN

Chia sẻ: Lethithanh Tam | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:21

Thêm vào BST

Báo xấu

241
lượt xem 87
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong vài thập kỷ gần đây, chúng ta đã được chứng kiến nhiều thành tựu quan trọng trong nghiên cứu về tế bào gốc và nhân bản cũng như những tranh cãi về tính đạo đức trong nghiên cứu lĩnh vực này. Nghiên cứu về tế bào gốc và nhân bản trang bị cho chúng ta những hiểu biết về quá trình hình thành cơ thể sinh vật từ một tế bào đơn lẻ và quá trình các tế bào khỏe mạnh thay thế các tế bào bị tổn thương trong các cơ thể trưởng thành, mang lại cho nhân loại hy vọng chữa được...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: TẾ BÀO GỐC VÀ NHÂN BẢN

Bài giảng TẾ BÀO GỐC VÀ NHÂN BẢN 1/21
Nội dung 1- Tế bào gốc (Stem cells)________________________________ _____________________ 3 1.1 Lịch sử nghiên cứu tế bào gốc ________________________________ ____________ 3 1.2 Một số khái niệm ________________________________ _______________________ 3 1.3 Tế bào gốc, xếp loại tế bào gốc: ________________________________ ___________ 4 1.4 Nguồn lấy tế bào gốc: ________________________________ ___________________ 6 1.5 Ưu và nhược điểm của các loại tế bào gốc ________________________________ __ 7 1.6 Ứng dụng tế bào gốc: ________________________________ ___________________ 8 1.7 Tế bào gốc tạo máu ________________________________ ____________________ 11 2- Nhân bản (cloning) ________________________________ ______________________ 12 2.1 Khái niệm ________________________________ ___________________________ 12 2.2 Lịch sử nhân bản________________________________ ______________________ 13 2.3 Kỹ thuật nhân bản ________________________________ ____________________ 13 2.4 Nhân bản vô tính (reproductive cloning) người và động vật:__________________ 15 2.5 Nhân bản trị liệu (therapeutic cloning): ________________________________ ___ 18 3- Tương lai của tế bào gốc và nhân bản, vấn đề đạo đức __________________________ 19 4- Kết luận________________________________ ________________________________ 21 5- Tài liệu tham khảo ________________________________ _______________________ 21 2/21
TẾ BÀO GỐC VÀ NHÂN BẢN PGS. TS. Nguyễn Anh Trí, Bs. Lê Xuân Hải Viện Huyết Học-Truyền Máu Trung Ương Trong vài thập kỷ gần đây, chúng ta đã được chứng kiến nhiều thành tựu quan trọng trong nghiên cứu về tế bào gốc và nhân bản cũng như những tranh cãi về tính đạo đức trong nghiên cứu lĩnh vực này. Nghiên cứu về tế bào gốc và nhân bản trang bị cho chúng ta những hiểu biết về quá trình hình thành cơ thể sinh vật từ một tế bào đơn lẻ và quá trình các tế bào khỏe mạnh thay thế các tế bào bị tổn thương trong các cơ thể trưởng thành, mang lại cho nhân loại hy vọng chữa được nhiều bệnh mãn tính và nan giải mà hiện nay chưa có biện pháp điều trị hiệu quả. Trong thế kỷ 21, nhân loại đón đợi liệu pháp điều trị thay thế tế bào hay tế bào gốc trị liệu. Các nghiên cứu thực nghiệm trên động vật đã chứng minh liệu pháp điều trị mới này là có thể và đã có nhiều bằng chứng cho phép chúng ta hy vọng vào triển vọng của tế bào gốc người. Tuy nhiên công việc này mới đang ở giai đoạn đầu tiên và gặp không ít khó khăn về kỹ thuật cũng như các vấn đề liên quan đến đạo đức và luân lý. Trong chuyên luận này chúng tôi trình bày một số vấn đề tổng quan về tế bào gốc và nhân bản 1- Tế bào gốc (Stem cells) 1.1 Lịch sử nghiên cứu tế bào gốc 1945- Phát hiện ra tế bào gốc tạo máu. Thập kỷ 1960 - Xác định được các tế bào carcinoma phôi chuột là một loại tế bào gốc. - Khám phá ra trong não trưởng thành có chứa các tế bào gốc có thể biệt hóa thanh các tế bào thần kinh. 1981 - Evans và Kaufman và Martin phân lập được tế bào gốc phôi từ khối tế bào bên trong của phôi túi (blastocyst) chuột. 1995-1996 – Tế bào gốc phôi linh trưởng có nhân lưỡng bội bình thường được phân lập từ khối tế bào bên trong của phôi túi và duy trì trên in vitro. 1998 - Thomson và cộng sự ở đại học Wisconsin-Madison (Mỹ) tạo ra dòng tế bào gốc phôi người đầu tiên từ khối tế bào bên trong của phôi túi. 1999 – Khẳng định khả năng chuyển biệt hóa (transdifferentiation) hay tính mềm dẻo (plasticity) của tế bào gốc trưởng thành. 2001 – Tìm ra một số phương pháp định hướng tế bào gốc biệt hóa trên in vitro tạo ra các mô có thể dùng cho ghép mô. 2003 - Tạo được noãn bào từ tế bào gốc phôi chuột. Điều này gợi ý rằng tế bào gốc phôi có thể có tính toàn năng, bằng thực nghiệm có thể làm một tế bào “trẻ lại”. 2005 - Phát triển kỹ thuật mới cho phép tách chiết tế bào gốc phôi mà không làm tổn thương phôi. 1.2 Một số khái niệm 1.2.1 Biệt hóa (differentiation): Là quá trình các tế bào mang một đặc tính riêng biệt và trở thành “được định hình” dưới góc độ phôi thai học. 1.2.2 Chuyển biệt hóa (transdifferentiation) hay tính “mềm dẻo” (plasticity): 3/21
Là khả năng một tế bào gốc, phần nào đã “được định hình”, có thể biệt hóa thành các loại tế bào khác với loại mà nó “được định hình”. Nói cách khác là khả năng một tế bào gốc trưởng thành của một mô, một tạng, hoặc một hệ thống có thể biệt hóa thành một loại tế bào của một mô, một tạng, hoặc một hệ thống khác; Ví dụ tế bào gốc tạo máu có thể biệt hóa thành các tế bào thần kinh hoặc các tế bào cơ. Chuyển biệt hóa có thể diễn ra trên in vitro trong những điều kiện nuôi cấy thích hợp cho việc định hướng biệt hóa hoặc có thể diễn ra trên in vivo khi tế bào gốc được đưa vào tổ chức tương ứng; Ví dụ tiêm tế bào gốc lấy từ máu cuống rốn vào vị trí tổn thương cơ tim, dưới điều kiện vi môi trường cơ tim, các tế bào gốc này có thể phục hồi cơ tim và các mạch máu khu vực. 1.2.3 Giải biệt hóa (dedifferentiation): Là quá trình trong đó đặc tính “được định hình” của một tế bào bị đảo ngược. Tức là từ một tế bào đã biệt hóa trở thành tế bào ít biệt hóa hơn. Trước kia nhiều người cho rằng không thể giải biệt hóa tế bào. Tế bào được sinh ra, biệt hóa rồi chết là một quá trình không thể đảo ngược. Tuy nhiên, những thành tựu nghiên cứu gần đây cho thấy có thể giải biệt hóa tế bào. Tính mềm dẻo của tế bào gốc trưởng thành là một minh chứng cho khả năng giải biệt hóa tế bào. Trong trường hợp này các tế bào gốc tạo máu đã quay trở lại một giai đoạn “trẻ hơn” để có thể không biệt hóa thành các tế bào máu nữa mà biệt hóa thành các tế bào khác (thần kinh, cơ …). 1.3 Tế bào gốc, xếp loại tế bào gốc: 1.4.1 Khái niệm: Tế bào gốc là các tế bào chưa biệt hóa, có thể tự tái tạo (self renew) và phân chia nhiều lần. Trong những điều kiện sinh lý/thực nghiệm nhất định, tế bào gốc có thể cảm ứng biệt hóa thành các tế bào có chức năng chuyên biệt như tế bào cơ tim, tế bào tuyến tụy, tế bào bào da, tế bào máu, tế bào thần kinh… 1.4.2 Xếp loại tế bào gốc: 1.3.2.1 Xếp loại theo đặc tính hay mức độ biệt hoá: Theo mức độ biệt hoá có thể xếp tế bào gốc thành bốn loại: toàn năng (hay thuỷ tổ), vạn năng, đa năng và đơn năng. a/ Tế bào gốc toàn năng hay tế bào gốc thủy tổ (totipotent stem cells): Là những tế bào có khả năng biệt hóa thành tất cả các loại tế bào cơ thể từ một tế bào ban đầu. Tế bào toàn năng có khả năng phát triển thành thai nhi, tạo nên một cơ thể sinh vật hoàn chỉnh. Trứng đã thụ tinh (hợp tử) và các tế bào được sinh ra từ những lần phân chia đầu tiên của tế bào trứng đã thụ tinh (giai đoạn 2 - 4 tế bào – các blastosomer) là các tế bào gốc toàn năng, có khả năng phân chia và biệt hóa ra tất cả các dòng tế bào để tạo nên một cơ thể sinh vật hoàn chỉnh. b/ Tế bào gốc vạn năng (pluripotent stem cells): 4/21
Là những tế bào có khả năng biệt hóa thành tất cả các tế bào của cơ thể có nguồn gốc từ ba lá mầm phôi – lá trong, lá giữa và lá ngoài. Ba lá mầm phôi này là nguồn gốc của tất cả các loại tế bào chuyên biệt khác nhau của cơ thể. Khác với tế bào gốc toàn năng, các tế bào gốc vạn năng không thể phát triển thành thai, không tạo nên được một cơ thể sinh vật hoàn chỉnh mà chỉ có thể tạo nên được các tế bào, mô nhất định. Các tế bào gốc phôi lấy từ khối tế bào bên trong (inner cell mass) là những tế bào gốc vạn năng. c/ Tế bào gốc đa năng (multipotent stem cells): Là những tế bào có khả năng biệt hóa thành nhiều loại tế bào của cơ thể từ một tế bào ban đầu. Các tế bào được tạo thành nằm trong một hệ tế bào có liên quan mật thiết, ví dụ chỉ tạo nên các tế bào máu (bao gồm hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu lympho…), hoặc chỉ tạo nên các tế bào của hệ thống thần kinh. Thường thì các tế bào gốc trưởng thành như tế bào gốc tạo máu, tế bào gốc thần kinh chỉ có tính đa năng; nhưng trong những điều kiện nhất định, chúng vẫn có thể chuyển biệt hóa và trở nên có tính vạn năng. Hình 1. Tế bào gốc toàn năng, vạn năng và đa năng: d/ Tế bào gốc đơn năng (mono/unipotential progenitor cells): Tế bào gốc đơn năng, còn gọi là tế bào định hướng đơn dòng hay tế bào đầu dòng (progenitor cells), là những tế bào gốc chỉ có khả năng biệt hóa theo một dòng. Ví dụ mẫu tiểu cầu, tế bào định hướng dòng lympho, tế bào định hướng dòng hồng cầu, dòng bạch cầu.... Trong điều kiện bình thường, các tế bào gốc trưởng thành trong nhiều tổ chức đã biệt hóa có tính đơn năng và có thể biệt hóa thành chỉ một dòng tế bào. Khả năng biệt hóa theo dòng này cho phép duy trì trạng thái sẵn sàng tự tái tạo mô, thay thế các tế bào mô chết vì già cỗi bằng các tế bào mô mới. 1.3.2.2 Xếp loại theo nguồn gốc phân lập: 5/21
Theo nguồn gốc phân lập có thể xếp loại tế bào gốc làm 3 loại: tế bào gốc phôi (trong đó có tế bào gốc phôi thực thụ và tế bào mầm phôi), tế bào gốc thai, và tế bào gốc trưởng thành. a/ Tế bào gốc phôi (Embryonic stem cells-ESCs) và tế bào mầm phôi (Embryonic germ cells) Tế bào gốc phôi là các tế bào gốc vạn năng được lấy từ phôi giai đoạn sớm (4-7 ngày tuổi). Ở giai đoạn này phôi có hình cầu và được gọi là phôi túi (blastocyst). Blastocyst có cấu trúc gồm 3 thành phần: Một lớp tế bào bên ngoài (trophoblast), một khoang chứa đầy dịch và một nhóm có khoảng 30 tế bào vạn năng nằm lệch về một cực gọi là khối tế bào bên trong (inner cell mass). Dùng một loại enzyme đặc biệt để phân tách các tế bào của khối này sẽ thu được các tế bào gốc phôi. Tế bào mầm phôi là các tế bào mầm nguyên thủy có tính vạn năng. Đó là các tế bào sẽ hình thành nên giao t ử (trứng và tinh trùng) ở người trưởng thành. Các tế bào mầm nguyên thủy này được phân lập từ phôi 5-9 tuần tuổi hoặc từ thai nhi. So với tế bào gốc phôi, các tế bào mầm phôi khó duy trì dài hạn hơn trong nuôi cấy nhân tạo do chúng ở giai đoạn biệt hóa cao hơn. b/ Tế bào gốc thai (Foetal stem cells): Là các tế bào vạn năng hoặc đa năng được phân lập từ tổ chức thai sau nạo phá thai hoặc từ máu cuống rốn sau khi sinh. Nhiều người cho rằng, tế bào gốc thai thuộc loại tế bào gốc trưởng thành ở giai đoạn biệt hóa thấp. c/ Tế bào gốc trưởng thành (Adult stem cells/Somatic stem cells): Còn gọi là tế bào gốc thân. Là các tế bào chưa biệt hóa được tìm thấy với một số lượng ít trong các mô của người trưởng thành (máu ngoại vi, mô não, mô da, mô cơ…). Tuy nhiên, cũng có thể tìm thấy ở trẻ em, thai nhi và có thể tách chiết từ máu cuống rốn. Trong cơ thể, vai trò chủ yếu của các tế bào gốc trưởng thành là duy trì và sửa chữa tổ chức mà ở đó chúng được tìm ra. Bình thường, các tế bào gốc trưởng thành được cho là có tính đa năng, chúng có thể phát triển thành nhóm các tế bào có quan hệ mật thiết với nhau trong cùng một tổ chức. Ví dụ tế bào gốc tạo máu có khả năng hình thành nên tất cả các loại tế bào máu khác nhau bao gồm hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu, lympho…. Tuy nhiên, các bằng chứng gần đây cho thấy một số loại tế bào gốc trưởng thành còn có thể có tính vạn năng, hoặc ít nhất có khả năng biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau (tức là có tính mềm dẻo-plasticity). 1.4 Nguồn lấy tế bào gốc: 1.4.1 Nguồn lấy tế bào gốc phôi: Tế bào gốc phôi được lấy từ khối tế bào bên trong (inner cell mass) của phôi túi (blastocyst) phát triển từ: - Các phôi tạo nên bằng kỹ thuật thụ tinh trong ống nghiệm. - Các phôi nhân bản (cloned embryo) tạo nên bằng tách blastosomer trong giai đoạn phôi 2- 4 tế bào, hoặc bằng phân chia blastocyst. - Các phôi nhân bản vô tính tạo nên bằng kỹ thuật chuyển nhân tế bào thân. 6/21
1.4.2 Nguồn lấy tế bào mầm phôi và tế bào gốc thai: Nguồn lấy tế bào mầm phôi và tế bào gốc thai là thai động vật hoặc thai thai nhi nạo bỏ. Với thai người nạo bỏ, thường chỉ lấy ở thai nhi dưới 6 tuần tuổi (thai sớm, mức độ biệt hóa chưa cao). Tổ chức mầm sinh dục thai là nơi lấy tế bào mầm phôi, các tổ chức khác của thai (não, gan) là nơi lấy tế bào gốc thai. 1.4.3 Nguồn lấy tế bào gốc trưởng thành: Thường lấy từ các tổ chức trưởng thành như: máu cuống rốn, trung mô cuống rốn, tủy xương, máu ngoại vi, nang lông, tổ chức não… Hình 2. Các nguồn lấy tế bào gốc 1.5 Ưu và nhược điểm của các loại tế bào gốc 1.4.1 Tế bào gốc phôi: Do có tính vạn năng và dễ tăng sinh khi nuôi cấy labo, tế bào gốc phôi có lẽ thuận lợi hơn cho liệu pháp điều trị bằng tế bào gốc. Tuy nhiên nếu chỉ đơn thuần tiêm tế bào gốc phôi vào vị trí tổn thương, rất có khả năng hình thành nên khối u teratoma tại vị trí tiêm. Do đó các tế bào gốc cần được định hướng biệt hóa thành các tế bào mong muốn trước khi được t iêm vào vị trí tổn thương. Hiện nay có một số kỹ thuật được dùng để kiểm soát sự biệt hóa tế bào gốc trên nuôi cấy thực nghiệm, ví dụ: thay đổi thành phần hóa học của môi trường nuôi cấy, tác động vào bề mặt của đĩa nuôi cấy (tạo các giá thể), hay gài các gen đặc hiệu vào những tế bào này. Một trở ngại khác có thể có của việc sử dụng các dòng tế bào gốc phôi trong tế bào gốc trị liệu là khi truyền tế bào gốc từ một cơ thể này vào một cơ thể khác chúng có thể bị loại bỏ bởi cơ chế miễn dịch vì hệ miễn dịch của cơ thể nhận coi các protein có trên bề mặt tế bào gốc truyền vào như một kháng nguyên lạ. 1.4.2 Tế bào gốc trưởng thành: 7/21
Lợi ích của việc sử dụng tế bào gốc trưởng thành lấy từ bệnh nhân là ở chỗ: đó là các tế bào của bản thân bệnh nhân có thể được nhân lên trong nuôi cấy, xử lý để biệt hóa thành các tế bào mong muốn, và rồi đưa trở lại vào bệnh nhân. Việc sử dụng tế bào của bản thân bệnh nhân có thể loại bỏ khả năng chúng bị thải loại bởi hệ thống miễn dịch. Các tế bào gốc trưởng thành về cơ bản là có tính đa năng, tuy nhiên cũng có thể có tính vạn năng (nhờ khả năng mềm dẻo) cho phép chúng biệt hóa thành các chủng loại tế bào khác nhau. Nhược điểm của việc sử dụng tế bào gốc trưởng thành là chúng có rất ít trong các tổ chức trưởng thành và khó nhân lên về số lượng trong nuôi cấy hơn so với các tế bào gốc phôi do chúng ở giai đoạn biệt hóa cao hơn. 1.4.3 So sánh tế bào gốc trưởng thành và tế bào gốc phôi Tế bào gốc phôi Tế bào gốc trưởng thành Có ở phôi túi (blastocyst) với số lượng lớn Có ở các mô trưởng thành, số lượng ít. Dễ nuôi cấy nhân tạo. Khó nuôi cấy nhân tạo hơn Có tính vạn năng cao hơn, dễ tăng sinh trên Về cơ bản có tính đa năng, có thể có tính vạn nuôi cấy in vi tro, cho phép tạo ra lượng lớn. năng. Gần như bất tử Không bất tử, số lần phân chia bị giới hạn Nguy cơ tạo các khối u teratoma cao Ít nguy cơ tạo các khối u teratoma Vì thế mà tế bào gốc phôi chưa được sử dụng trên lâm sàng. Để tránh tạo khối u, cần định hướng biệt hóa tế bào gốc phôi trước trên nuôi cấy nhân tạo. Do lấy từ một cơ thể khác nên tế bào gốc phôi - Không bất đồng miễn dịch, không gây thải ghép nếu là ghép tự thân. “lạ” với cơ thể nhận vì thế có nguy cơ gây nên phản ứng thải ghép. - Nếu ghép cho một người khác thì vẫn bất đồng gây phản ứng thải ghép. Không dùng được cho ghép tự thân, trừ Các tế bào gốc của bản thân là nguồn tế bào trường hợp tế bào gốc tạo ra bằng kỹ thuật tốt nhất cho ghép. nhân bản tạo phôi vô tính. 1.6 Ứng dụng tế bào gốc: 1.4.1 Ghép tế bào gốc trị liệu (stem cell therapy): Là dùng tế bào gốc để thay thế, sửa chữa các phần cơ thể bị bệnh và tổn thương bằng các tế bào mới khỏe mạnh. Kỹ thuật này còn được gọi là kỹ thuật ghép tế bào trị liệu (cell transplantation therapy) hay kỹ thuật thay thế tế bào trị liệu (cell replacement therapy). 1.4.1.1 Quy trình ứng dụng tế bào gốc trị liệu bao gồm các khâu sau: Sản xuất dòng tế bào gốc: -  Thu tế bào gốc: từ phôi hoặc từ tổ chức trưởng thành. 8/21
 Nuôi cấy các tế bào gốc này trong labo nhằm nhân lên về mặt số lượng. Với tế bào gốc phôi, cần nuôi cấy nhân tạo trong các điều kiện môi trường lý hóa thích - hợp để định hướng biệt hóa thành các tế bào mong muốn. - Ghép tế bào gốc, đưa các tế bào gốc này vào các khu vực tổn thương cần sửa chữa. 1.4.1.2 Ứng dụng tế bào gốc trưởng thành trong điều trị: Trên lâm sàng, tế bào gốc trưởng thành đã được sử dụng trong điều trị các bệnh tự miễn, tai biến mạch máu não, suy giảm miễn dịch, thiếu máu, nhiễm Estein-barr virus, tổn thương giác mạc, các bệnh máu và bệnh gan, tạo xương không hoàn chỉnh, tổn thương tủy sống, liền vết thương da, điều trị ung thư (kết hợp với hóa chất và tia xạ), u não, u nguyên bào võng mạc, ung thư buồng trứng, các khối u đặc, ung thư tinh hoàn, đa u tủy, lơ-xê-mi, ung thư vú, u nguyên bào thần kinh, u lympho Non-Hodgkin, carcinoma tế bào thận, tái tạo cơ tim sau cơn đau tim, đái đường type I, tổn thương xương và sụn, bệnh Parkinson… 1.4.1.3 Ứng dụng tế bào gốc phôi trong điều trị Tuy có nhiều triển vọng, hiện nay các tế bào gốc phôi chưa được dùng trong tế bào gốc trị liệu trên người. Các bệnh có thể được điều trị bằng ghép các tế bào có nguồn gốc từ tế bào gốc phôi người bao gồm bệnh Parkinson, đái đường, chấn thương tủy sống, suy tim… Vấn đề là khi điều trị cho các bệnh này yêu cầu các tế bào gốc phôi phải được định hướng biệt hóa thành các chủng loại tế bào đặc thù trước khi ghép. Một ưu điểm của dùng tế bào gốc phôi so với tế bào gốc trưởng thành là các tế bào gốc phôi có khả năng tăng sinh không giới hạn trên in vitro và có khả năng sinh ra nhiều chủng loại tế bào hơn khi được định hướng biệt hóa. Ưu thế này sẽ tăng lên nếu như trong quá trình ghép tế bào/mô, các tế bào gốc phôi không gây kích hoạt quá trình thải ghép do miễn dịch. Có thể tránh t ính sinh miễn dịch của các tế bào phát triển từ tế bào gốc phôi người bằng chuyển gen cơ thể nhận vào các tế bào gốc phôi làm cho chúng mang các phân t ử kháng nguyên hòa hợp tổ chức (MHC) lớp I của cơ thể nhận, hoặc bằng kỹ thuật chuyển nhân để tạo ra các t ế bào gốc phôi đồng nhất về gen với người nhận mô ghép. Nhược điểm của dùng tế bào gốc phôi cho ghép trị liệu là dễ hình thành các khối u teratoma. Điều này làm cho tế bào gốc phôi chưa được sử dụng trong ghép tế bào gốc trị liệu trên lâm sàng. Hiện đã có một số phương pháp nhằm loại bỏ các tế bào gốc phôi không biệt hóa trước khi ghép cho phép có thể tránh việc hình thành các khối u teratoma trên cơ thể nhận. 1.4.2 Công nghệ mô (tissue engineering) Có thể coi công nghệ mô là một ứng dụng của tế bào gốc trị liệu. Các tiến bộ gần đây trong nghiên cứu công nghệ mô và tế 9/21
bào gốc cho thấy có thể thiết lập tế bào thành các cấu trúc không gian ba chiều dùng để sửa chữa mô tổn thương. Sửa chữa tổ chức bằng công nghệ mô có thể được thực hiện bằng cách nuôi cấy tế bào gốc và sau đó ghép vào mô tổn thương. Trong công nghệ mô có thể sử dụng tế bào gốc trưởng thành để phát triển thành mô ghép hoặc có thể dùng tế bào gốc phôi tạo ra trong kỹ thuật nhân bản phôi vô tính để sản xuất ra các mô ghép phù hợp về mặt miễn dịch (sơ đồ B). Một hướng khác có khả năng tạo ra mô ghép phù hợp với bệnh nhân từ nguồn tế bào gốc phôi là dùng kỹ thuật chỉnh sửa gen mã hóa phân tử hòa hợp tổ chức chính (MHC) (sơ đồ A) 1.4.3 Các ứng dụng tế bào gốc phôi không liên quan đến ghép: Các ứng dụng không liên quan đến ghép chủ yếu được thực hiện trên tế bào gốc phôi. Có thể kể đến một số ứng dụng sau: - Nghiên cứu những sự kiện sớm xảy ra trong quá trình phát triển phôi thai người như các nguyên nhân có thể gây sinh ra trẻ dị tật bẩm sinh và các bất thường nhau thai dẫn đến sảy thai. - Khám phá ảnh hưởng của các bất thường chrosome trong giai đoạn sớm của quá trình phát triển. Ảnh hưởng này có thể là sự hình thành sớm các khối u ở trẻ em mà qua nghiên cứu người ta thấy rằng các tế bào khối u này chủ yếu có nguồn gốc từ phôi. - Thử nghiệm các thuốc điều trị. Hiện nay trước khi thử một thuốc mới trên người tình nguyện, thuốc đó phải được qua thử nghiệm tiền lâm sàng. Trong thử nghiệm tiền lâm sàng có sàng lọc thuốc trên các mô hình động vật – ví dụ các thử nghiệm trên in vitro có dùng t ế bào chuột, hoặc các thử nghiệm in vivo liên quan đến việc đánh giá độc tính cấp và độc tính bán trường diễn của thuốc. Mặc dù các nghiên cứu dược lấy phương pháp thử nghiệm trên các mô hình động vật làm căn bản, biện pháp này không phải lúc nào cũng cho phép phỏng đoán chính xác các tác dụng có thể có của thuốc trên các tế bào người. Vì lý do này việc nuôi cấy tế bào người thường được sử dụng trong các thử nghiệm tiền lâm sàng. Các dòng tế bào người này thường được duy trì in vitro trong thời gian dài và như vậy thường mang các đặc tính biệt hóa hơn các tế bào trong cơ thể. Các khác biệt này có thể gây khó khăn trong việc phỏng đoán tác dụng của thuốc trong cơ thể nếu chỉ dựa trên các đáp ứng của các dòng tế bào người trên in vitro. Chính vậy nếu các tế bào gốc phôi có thể được định hướng biệt hóa thành các loại tế bào đặc thù cho sàng lọc thuốc, các tế bào đặc thù này có lẽ sẽ mô phỏng tốt hơn đáp ứng của các tế bào/mô trong cơ thể với thuốc và như vậy cũng cung cấp các mô hình sàng lọc thuốc an toàn, kinh tế và hiệu quả hơn. - Sàng lọc các chất có khả năng gây độc. Lý do sử dụng tế bào gốc phôi người trong sàng lọc độc chất cũng giống như lý do dùng chúng vào việc thử thuốc như đã nêu trên. Độc chất thường có tác dụng khác nhau trên các loài động vật khác nhau, điều này nói lên tầm quan trọng cần có các mô hình in vitro phù hợp nhất cho đánh giá tác dụng của độc chất trên các tế bào người. - Nghiên cứu các phương pháp mới về công nghệ gen (genetic engineering). Hiện tại việc chỉnh sửa gen cho các tế bào gốc phôi chuột trên in vitro có thể được thực hiện một cách dễ dàng nhờ các kỹ thuật như kỹ thuật tái tổ hợp gen. Đây là một phương pháp thay thế hoặc thêm các đoạn gen, bằng cách này các phân tử DNA mong muốn được đưa vào bộ gen và sau đó đặc tính được biểu hiện. Dùng phương pháp này có thể đưa vào dòng tế bào gốc phôi các gen định hướng tế bào gốc phôi biệt hóa thành các tế bào đặc thù hoặc các gen giúp cho tế bào bộc lộ các sản phẩm protein mong muốn. Về cơ bản, nếu các kỹ thuật đó có thể phát triển với 10/21
các tế bào gốc phôi người, nó có lẽ là cuộc cách mạng trong công nghệ gen và tế bào gốc trị liệu. 1.7 Tế bào gốc tạo máu Tế bào gốc tạo máu được xếp vào loại tế bào gốc trưởng thành. Đây là các tế bào được tách ra từ máu hoặc tủy xương, chúng có khả năng tự tái tạo (self renew), có thể biệt hóa thành các tế bào đặc thù, có thể di chuyển từ tủy xương vào máu, và có thể trải qua quá trình apoptosis để loại bỏ đi các tế bào không cần thiết. Các nghiên cứu cơ bản về tế bào gốc tạo máu nở rộ vào những năm 1960. Trong thời gian này các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy có hai loại tế bào gốc tạo máu. Hai loại này về thực chất chính là hai giai đoạn biệt hóa khác nhau của tế bào gốc tạo máu: - Các tế bào gốc tạo máu dài hạn (long-term hematopoietic stem cells): đây là các tế bào gốc tạo máu ít biệt hóa hơn, nói cách khác là “non” hơn, có khả năng tự tái tạo và tính đa năng cao. Trên thực nghiệm các tế bào này có thể khôi phục hoàn toàn chức năng tạo máu của chuột bị chiếu xạ liều chí tử sau vài tháng. Một ví dụ về tế bào gốc tạo máu dài hạn là các tế bào gốc tạo máu mang CD34+, tế bào này có thể biệt hóa thành tất cả các chủng loại tế bào máu khác nhau. Trong điều kiện bình thường, các tế bào gốc tạo máu dài hạn có khả năng tự tái tạo trong suốt đời sống cá thể. Hiện nay thuật ngữ “tế bào gốc tạo máu” thường được dùng để đề cập tới loại tế bào gốc tạo máu dài hạn này. - Các tế bào định hướng/tiền thân ngắn hạn (short-term progenitor or precursor cell): đây là các tế bào tạo máu đã khá trưởng thành, không mang CD34, là tiền thân của các tế bào đã biệt hóa đầy đủ của cùng một loại dòng tế bào máu, ví dụ tế bào định hướng dòng hồng cầu, tế bào định hướng dòng lympho, mẫu tiểu cầu…. Các tế bào định hướng/tiền thân ngắn hạn cũng có khả năng tăng sinh, biệt hóa thành các tế bào máu nhưng so với các tế bào gốc tạo máu dài hạn chúng có giới hạn về tính đa năng. Ví dụ một tế bào tiền thân hồng cầu có lẽ chỉ có thể tạo thành một tế bào hồng cầu. 1.7.1 Các nguồn lấy tế bào gốc tạo máu: - Tủy xương: Là nguồn truyền thống để lấy t ế bào gốc tạo máu. Người hiến tế bào gốc được gây mê, chọc và hút tủy xương ở vùng xương chậu. Mật độ tế bào gốc trong tủy xương không nhiều, trung bình trong 100,000 t ế bào tủy xương có một tế bào gốc tạo máu, các tế bào khác là tế bào thân, tế bào gốc thân, tế bào định hướng dòng máu và các tế bào hồng cầu, bạch cầu trưởng thành - Máu ngoại vi: Là một nguồn lấy tế bào gốc tạo máu dùng cho điều trị. Với mục đích ghép tế bào gốc tạo máu trên lâm sàng, vì lý do an toàn và sự thuận lợi của kỹ thuật, lấy tế bào gốc tạo máu từ máu ngoại vi thường được thực hiện nhiều hơn lấy từ tủy xương. Bình thường trong máu ngoại vi chỉ có một lượng ít tế bào gốc tạo máu và tế bào máu tiền thân. Để huy động các tế bào này từ tủy xương vào máu, cần tiêm cho người hiến tế bào gốc các cytokine như yếu tố kích thích quần thể tế bào hạt (G-CSF) vài ngày trước khi thu tế bào gốc. Thu tế bào gốc tạo máu được thực hiện bằng cách đưa một ống vào trong ven người cho và cho dòng máu đi qua một hệ thống lọc, hệ thống này cho phép lấy ra các tế bào CD34+ và đưa trở lại cơ thể các tế bào máu khác. Khoảng 5-20% lượng tế bào CD34+ thu được là tế bào gốc tạo máu thực sự, số còn lại là các tế bào máu tiền thân, các bạch cầu ở những giai đoạn trưởng thành khác nhau. 11/21
- Cuống rốn: Từ cuối những năm 1980, đầu những năm 1990 các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra máu cuống rốn và máu nhau thai là những nguồn giầu tế bào gốc tạo máu. Đến nay ghép máu cuống rốn đã có ứng dụng rộng rãi trong điều trị bệnh máu ác tính. - Các tế bào gốc phôi hoặc tế bào mầm phôi: Trong tương lai, khi ứng dụng của các tế bào gốc phôi trở nên rộng rãi, đây cũng sẽ là nguồn quan trong để lấy tế bào gốc tạo máu. - Hệ thống tạo huyết thai nhi (gan, lách thai): Là một nguồn tế bào gốc tạo máu quan trọng cho nghiên cứu nhưng không phải cho sử dụng lâm sàng. 1.7.2 Các ứng dụng lâm sàng của tế bào gốc tạo máu  Điều trị bệnh lơ-xê-mi và u lympho: Các tế bào gốc tạo máu (bị ung thư) của bệnh nhân được phá hủy bởi tia xạ và hóa chất và được thay thế bằng ghép tủy xương hoặc bằng ghép tế bào gốc tạo máu lấy từ máu ngoại vi của một người cho phù hợp. Người cho phù hợp thường là anh, chị, em của bệnh nhân, những người này được thừa hưởng kháng nguyên hòa hợp tổ chức tương tự bệnh nhân, do đó có thể giảm thiểu phản ứng thải mô ghép hoặc phản ứng ghép chống chủ.  Điều trị các rối loạn máu bẩm sinh bao gồm thiếu máu bất sản, beta-thalassemia, hội chứng Blackfan-Diamon, thiếu máu hồng cầu liềm…  Dùng tế bào gốc tạo máu cứu nguy cho các trường hợp hóa trị liệu và xạ trị liệu trong điều trị ung thư. Biện pháp này còn được gọi là ghép tế bào gốc tự thân. Với mục đích này tế bào gốc được huy động từ tủy xương vào máu rồi được thu giữ, bảo quản trong khi bệnh nhân được điều trị hóa chất hoặc tia xạ để tiêu diệt các tế bào ung thư. Khi cơ thể bệnh nhân đã thanh lọc hết hóa chất/tia xạ, bệnh nhân được nhận lại tế bào gốc tạo máu của chính mình. Với biện pháp điều trị này không có vấn đề bất đồng miễn dịch dẫn đến thải ghép hoặc phản ứng mảnh ghép chống túc chủ. Tuy nhiên vấn đề của ghép tế bào gốc tự thân là đôi khi các tế bào ung thư vô tình được thu gom và truyền trở lại cho bệnh nhân cùng với tế bào gốc. Hiện nay có một số kỹ thuật mới phát minh cho phép tránh được điều này bằng cách tách tinh khiết và chỉ bảo quản các tế bào có CD34+, Thy-1+.  Điều trị các bệnh lý ở cơ quan khác (nhồi máu cơ tim, Parkinson …): Các nghiên cứu mới đây trên mô hình động vật và một số thử nghiệm lâm sàng cho thấy có thể dùng tế bào gốc tạo máu tiêm trực tiếp vào vùng tổn thương tim để tái tạo lại mô cơ tim và mạch máu tổn thương trong nhồi máu cơ tim cũng như có thể tiêm tế bào gốc tạo máu để điều trị bệnh Parkinson. Các nghiên cứu theo hướng này dựa vào khả năng “mềm dẻo” của tế bào gốc tạo máu và gợi mở một tiềm năng ứng dụng mới của tế bào gốc tạo máu. 2- Nhân bản (cloning) 2.1 Khái niệm Nhân bản (cloning) là tạo ra “bản sao” của một tế bào hoặc một sinh vật. Các “bản sao” được tạo ra bằng kỹ thuật cloning được gọi là các clone, các clone này giống y hệt nhau về mặt di truyền. Nhân bản người và động vật có thể xảy ra trong tự nhiên hoặc nhân tạo. Đây là một hình thức sinh sản đặc biệt mà kết quả là tạo ra các cơ thể giống hệt nhau về gen. Có hai kiểu nhân 12/21
bản động vật là nhân bản phôi (nhân bản từ các tế bào phôi) và nhân bản vô tính từ các tế bào trưởng thành. Nhân bản phôi người và động vật có thể xẩy ra trong tự nhiên hoặc nhân tạo (các trường hợp sinh đôi cùng trứng là ví dụ điển hình của nhân bản phôi người và động vật trong tự nhiên) còn nhân bản vô tính từ các tế bào trưởng thành chỉ có thể xảy ra trong phòng thí nghiệm. Trong nhân bản vô tính từ một tế bào trưởng thành, “bản sao” (clone) sẽ là một động vật giống y chang “bố/mẹ” về mặt di truyền. “Bố/mẹ” này chính là động vật cho nhân tế bào lưỡng bội để nhân bản. Nhân bản vô tính có thể thực hiện được với các tế bào có nhân lưỡng bội lấy từ phôi, thai, hoặc từ một động vật trưởng thành, thậm chí có thể từ các mô đông lạnh. 2.2 Lịch sử nhân bản 1959 - Thỏ ra đời bằng kỹ thuật thụ tinh trong ống nghiệm. 1968 - Edwards và Bavister thụ tinh trứng người trên in vitro. 1979 - Karl Illmensee công bố nhân bản được ba con chuột từ một phôi ban đầu. 1984 - Steen Willadsen nhân bản thành công cừu từ các tế bào phôi bằng kỹ thuật chuyển nhân tế bào phôi. 1986 - Steen Willadsen nhân bản một con bò từ các tế bào phôi một tuần tuổi đã biệt hóa. 1993 - Bò được tạo ra bằng cách chuyển nhân từ các tế bào phôi nuôi cấy 1996 - Ian Wilmut và Keith Campbell ở viện Roslin, Scotland nhân bản thành công cừu Dolly từ các tế bào tuyến vú của một con cừu mẹ. 1998 - Ryuzo Yanagimachi, Toni Perry, và Teruhiko Wakayama ở đại học Hawaii công bố đã nhân bản thành công 50 chuột từ các tế bào đã trưởng thành. Kỹ thuật nhân bản mới này do Wakayama phát triển và được chứng minh là hiệu quả hơn phương pháp dùng nhân bản cừu Dolly. 1999 - Khỉ Rhesus cái Tetra được nhân bản bằng phân chia các tế bào phôi sớm 2002 - Thỏ và mèo được nhân bản từ các tế bào trưởng thành. 2003 - Cừu Dolly chết ngày 14 tháng 2 năm 2003 vì bệnh phổi và khớp trầm trọng khi được 6 tuổi trong khi một con cừu bình thường sống được 12 năm. Việc nhân bản vấp phải vấn đề lão hóa Đến nay - Nhiều cá nhân và tổ chức gia tăng nghiên cứu nhằm tạo dòng tế bào gốc “cá thể hóa” bằng kỹ thuật chuyển nhân tế bào thân của người trưởng thành. Điều này mở ra tương lai hứa hẹn của nhân bản trị liệu (mục đích sản xuất ra các tế bào gốc phôi cá thể hóa) nhưng cũng làm hiện hữu nguy cơ xuất hiện các nghiên cứu nhằm nhân bản vô tính người. Nhiều tranh cãi về vấn đề đạo đức y sinh học và tôn giáo liên quan đến nghiên cứu tế bào gốc và nhân bản, một số nước cấm, một số nước cho phép. 2.3 Kỹ thuật nhân bản Nhân bản phôi động vật (cloning) hiện nay dùng một trong 3 kỹ thuật sau: Phân tách các tế bào blastomere (blastomere separation), chia cắt phôi túi (blastocyst division) và kỹ thuật chuyển nhân tế bào thân (somatic cell nuclear transfer). 2.1.1 Nhân bản phôi bằng phân tách các tế bào blastomere (blastomere seperation): Đầu tiên trứng và tinh trùng được thụ tinh trong ống nghiệm tạo thành phôi. Phôi này được nuôi cấy cho phát triển đến giai đoạn 2 hoặc 4 tế bào (mỗi tế bào trong khối 2 hoặc 4 tế bào này được gọi là một blastomere). Đến giai đoạn này người ta tách bỏ màng bọc phôi và 13/21
chuyển phôi vào một môi trường đặc biệt làm cho các blastomere tách rời nhau ra. Mỗi blastomere này sau đó được nuôi cấy riêng biệt cho phép hình thành nên một phôi. Phương pháp này có thể tạo ra tối đa là 4 phôi bản sao giống hệt phôi ban đầu về mặt di truyền. Mỗi phôi mới được tạo ra bằng phương pháp này sau đó có thể đem cấy vào tử cung một “mẹ nuôi” cho phép phôi phát triển thành thai nhi trong quá trình mang thai của “mẹ nuôi”. Trong kỹ thuật này, các cá thể “bản sao” vẫn mang bộ gen lưỡng bội có nguồn gốc từ hai bố-mẹ. 2.1.2 Nhân bản phôi bằng chia cắt phôi túi (blastocyst division): Đầu tiên trứng và tinh trùng cũng được thụ tinh trong ống nghiệm tạo thành phôi. Nhưng khác với kỹ thuật phân tách blastomere, phôi này được nuôi cấy cho phân chia tới khi tạo thành blastocyst. Lúc này người ta chia cắt blastocyst đó thành 2 phần và cấy vào hai nửa đó vào tử cung của một “mẹ nuôi”. Qua quá trình mang thai tự nhiên, hai nửa blastocyst này phát triển thành hai cá thể sinh đôi giống hệt nhau. Cũng như các “bản sao” được tạo ra bằng kỹ thuật phân tách blastomere, các “bản sao” được tạo ra trong kỹ thuật chia cắt blastocyst cũng mang bộ gen lưỡng bội có nguồn gốc từ hai bố-mẹ. 2.1.3 Nhân bản bằng chuyển nhân tế bào thân (Nuclear Transplanation): Để nhân bản bằng kỹ thuật chuyển nhân cần có hai tế bào, một tế bào trứng và một tế bào cho. Qua thực nghiệm thấy trứng chưa thụ tinh phù hợp nhất cho kỹ thuật này vì dường như nó dễ dàng dung nạp nhân cho hơn. Tế bào trứng phải được loại bỏ nhân, quá trình này làm mất đi hầu hết thông tin di truyền của trứng. Bằng các kỹ thuật khác nhau, tế bào thân được đưa về giai đoạn G0 (pha không hoạt động) khi đó hoạt động sinh học của tế bào thân được “tắt” nhưng tế bào không chết. Ở trạng thái này nhân tế bào thân đã sẵn sàn được trứng chấp nhận. Đặt nhân tế bào cho vào trong tế bào trứng đã loại nhân. Sau đó tế bào trứng được kích thích phát triển thành phôi trên in vitro và được đưa vào tử cung “mẹ nuôi” cho phát triển thành thai. Nếu tất cả các khâu trong quá trình này được thực hiện một cách chính xác, một bản sao hoàn hảo của động vật cho nhân sẽ ra đời. Nếu trứng được dùng trong quy trình này được lấy từ cùng cá thể cho nhân tế bào thân, kết quả sẽ là một phôi vô tính thừa hưởng toàn bộ vật chất di truyền của cá thể đó (cả DNA nhân và DNA ty thể) bởi vì DNA ngoài nhân (DNA ty thể) có nguồn gốc từ bào tương tế bào trứng của cơ thể “mẹ”. Nhiều “bản sao” có thể được tạo ra bằng cách chuyển các nhân giống nhau vào các trứng lấy từ một cơ thể cho duy nhất. Nếu các nhân tế bào thân và trứng lấy từ các cá thể khác nhau, chúng sẽ không hoàn toàn giống cơ thể cho nhân vì các “bản sao” sẽ khác ở một số gen ty thể. Tóm tắt quy trình nhân bản bằng phương pháp chuyển nhân gồm các bước sau: 1- Lấy tế bào trứng (nhân đơn bội) của cơ thể “mẹ”, hút bỏ nhân đơn bội. 2- Lấy tế bào thân trưởng thành (máu, da …) của cá thể sẽ nhân bản, đồng bộ hóa chu trình tế bào của tế bào này, hút lấy nhân lưỡng bội. 3- Đưa nhân lưỡng bội vào trong trứng đã hút bỏ nhân nói trên (bằng tiêm trực tiếp hoặc bằng kích thích xung điện) để tạo nên “hợp tử” hay “phôi vô tính”. 4- Kích thích để “hợp tử” tiếp tục phát triển và phân chia tạo nên khối blastocyst (dùng shock điện hoặc dùng môi trường có chứa chất cytochalasin B) 5- Sau đó khối blastocyst này có thể được:  Nuôi cấy trong labo nhằm để lấy tế bào gốc, qua đó có thể tạo ra các clone tế bào gốc phôi mang gen giống với cơ thể cho tế bào thân (Mục đích nhân bản trị liệu) 14/21
 Hoặc đem cấy vào tử cung của một “mẹ nuôi” để cho phát triển thành bào thai, qua đó có thể tạo nên một “bản sao” giống hệt cơ thể cho nhân tế bào thân (Mục đích nhân bản vô tính động vật/người) Như vậy, vật liệu của nhân bản phôi bằng kỹ thuật phân tách blastomere và phân chia blastocyst là phôi được thụ tinh bằng kỹ thuật thụ tinh trong ống nghiệm (có sự tham gia của trứng và tinh trùng) còn vật liệu của nhân bản bằng kỹ thuật chuyển nhân tế bào là các “phôi vô tính” được tạo ra bằng cách chuyển nhân một tế bào thân sang một tế bào trứng đã hút bỏ nhân. Cả phôi thụ tinh nhân tạo và phôi được tạo ra bằng kỹ thuật chuyển nhân tế bào thân đều là các tế bào gốc toàn năng, có khả năng phát triển thành một cơ thể hoàn chỉnh. Khác với nhân bản bằng kỹ thuật phân tách blastomere và phân chia blastocyst, các động vật được nhân bản bằng kỹ thuật chuyển nhân tế bào thân chỉ mang vật liệu di truyền của một bố hoặc mẹ. 2.4 Nhân bản vô tính (reproductive cloning) người và động vật: Nhân bản vô tính, còn gọi là nhân bản DNA trưởng thành, là một dạng sinh sản vô tính nhân tạo dựa trên kỹ thuật nhân bản. Kỹ thuật nhân bản vô tính được dùng với mục đích tạo ra một “bản sao” giống hệt một động vật hoặc một người đang tồn tại. Kỹ thuật này đã được dùng để nhân bản cừu và các động vật có vú khác. 2.4.1 Nhân bản vô tính người và động vật được thực hiện như thế nào? Nhân bản vô tính người và động vật được thực hiện dựa trên kỹ thuật chuyển nhân tế bào thân. Quy trình này bắt đầu bằng việc thay thế nhân đơn bội của một tế bào trứng bằng nhân lưỡng bộ i lấy từ một tế bào thân của cá thể hoặc phôi sẽ được nhân bản. Trứng này sau đó được kích thích cho phép phân chia hình thành blastocyst. Sau đó cấy blastocyst này vào tử cung của một “mẹ nuôi” cho phát triển thành thai và cho ra đời một cá thể. Cá thể này sẽ là một “bản sao” của cá thể đã cho nhân tế bào. DNA trong nhân tế bào của cá thể “bản sao” được thừa hưởng chỉ từ một bố/mẹ (bản gốc) duy nhất. Cho tới nay có hai kỹ thuật chuyển nhân được dùng trong nhân bản vô tính động vật: Kỹ thuật Roslin (1996) Do Ian Wilmut và Keith Campbell ở viện Roslin (Scotland) dùng để nhân bản cừu Dolly. 15/21
Đầu tiên một tế bào (tế bào cho thông tin di truyền) được lấy ra từ tuyến vú của một cừu mẹ. Tế bào này sau đó được nuôi cấy nhân lên trên in vitro nhằm tạo ra nhiều bản sao nhân tế bào. Sau đó một tế bào được lấy ra khỏi nuôi cấy và đồng bộ hóa chu trình tế bào (synchronizing cell cycles) bằng cách để đói trong môi trường thiếu dinh dưỡng (lượng chất dinh dưỡng chỉ vừa đủ giữ cho tế bào không chết). Trong điều kiện này tế bào tắt tất cả các gen hoạt động tế và chuyển vào pha ngủ G0. Loại bỏ nhân của tế bào trứng chưa thụ tinh lấy từ một cừu “mẹ nuôi”, đặt tế bào trứng này sát vách tế bào cho (đã đưa về pha G0). Sau khi rút nhân trứng từ 1 đến 8 tiếng, cho một dòng điện chạy qua hai tế bào này, shock có tác dụng hòa tế bào trứng (đã bỏ nhân) và tế bào cho nhân với nhau, đồng thời khởi động tế bào mới tạo thành phát triển thành phôi. Nếu phôi đó sống, nó được cho phát triển trong khoảng 6 ng ày và cuối cùng được đặt vào tử cung “mẹ nuôi” cho phát triển thành thai và sinh sản như bình thường. Kỹ thuật tạo ra cừu Dolly có tỷ lệ thành công là 1/277 Kỹ thuật Honolulu Kỹ thuật này được Teruhiko Wakayama và Ryuzo Yanagimachi ở đại học tổng hợp Hawai giới thiệu năm 1998. Kỹ t huật của Honolulu hiệu quả hơn nhiều (thành công 3 lần trong mỗi 100 lần thực hiện) so với kỹ thuật của Roslin (thành công 1 lần trong 277 lần thực hiện) Wakayama thực hiện đồng bộ hóa chu trình tế bào bằng phương pháp khác với Wilmut. Wilmut dùng tế bào tuyến vú, một tế bào phải được đưa vào giai đoạn G0. Wakayama ban đầu dùng ba loại tế bào: các tế bào Sertoli (tế bào lát ống tinh hoàn), các tế bào não, và các tế bào gò trứng (cumulus cells). Bình thường trong cơ thể cả hai loại tế bào Sertoli và tế bào não đã được duy trì ở pha G0 và các tế bào gò trứng hầu như luôn ở pha G0 hoặc G1 (trạng thái ngủ hay tình trạng ẩn dật). Các trứng chuột chưa thụ tinh được dùng để nhận nhân cho. Sau khi loại bỏ nhân, đưa nhân tế bào cho vào trong tế bào trứng bằng tiêm nhân trực tiếp. Nhân của tế bào cho được lấy ngay trong vài phút khi tế bào thân được lấy từ cơ thể chuột. Khác với kỹ thuật Roslin, kỹ thuật Honolulu không nuôi cấy tế bào thân. Sau một giờ, tế bào trứng chấp nhận nhân mới. Trứng được để yên thêm 5-6 giờ nữa rồi đưa vào ủ trong môi trường nuôi cấy hóa học (có chứa chất cytochalasin B) để khởi động tế bào phân chia. Môi trường này có vai trò giống shock điện nhưng diễn ra êm ái 16/21
hơn và ít gây tổn thương tế bào hơn. Sau khi được khởi động, trứng này sẽ phát triển thành phôi, phôi này sau đó được cấy vào tử cung “mẹ nuôi” cho mang thai và sinh nở bình thường. Kỹ thuật Honolulu thành công nhất với các tế bào gò trứng (cumulus cell), vì lý do này các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào sử dụng tế bào này. Kỹ thuật Honolulu được cho là ưu việt hơn kỹ thuật Roslin và đã được ứng dụng rộng rãi để nhân bản vô tính các động vật khác. Một số khác biệt giữa kỹ thuật Roslin và Honolulu Kỹ thuật Roslin Kỹ thuật Honolulu Tế bào cho: Tế bào cho: - Là tế bào tuyến vú, cần được đưa về giai đoạn - Là tế bào tự nhiên đã ở trạng thái ngủ (giai đoạn G0 hoặcc G1): các tế bào cumulus, tế G0. bào não, tế bào sertoli - Được nuôi cấy nhân lên ngoài cơ thể - Dùng ngay, không nuôi cấy ngoài cơ thể Đưa nhân tế bào cho vào tế bào nhận bằng Đưa nhân tế bào cho vào tế bào nhận bằng shock điện tiêm trực tiếp Đồng thời với nhận nhân trứng được dòng Trứng sau nhận nhân (“thụ tinh”) được để yên điện hoạt hóa luôn. (không có kích thích nào khác) 5-6 giờ để cho phép chấp nhận nhận mới và có thời gian tái lập trình nhân tế bào Hoạt hóa tế bào phân chia phát triển thành Hoạt hóa tế bào phân chia phát triển thành phôi bằng shock điện phôi bằng ủ trong môi trường hóa học có chứa cytochalasin B. T ỷ lệ nhân bản thành công cừu Dolly thấp (1 T ỷ lệ nhân bản thành công trên chuột rất cao trong số 277 lần làm) (3 trong số mỗi 100 lần làm) 2.4.2 Ưu thế và bất lợi của nhân bản vô tính người và động vật So với nhân bản phôi đơn thuần, số “bản sao” có thể tạo ra bằng nhân bản vô tính nhiều hơn. Về lý thuyết, số lần một cá thể có thể nhân bản chỉ bị hạn chế bởi số lượng trứng có thể chấp nhận nhân chuyển vào và số lượng cơ thể “mẹ nuôi” có sẵn để cấy phôi vô tính đã tạo nên. Tuy nhiên, nhân bản phôi đơn thuần từ một phôi thụ tinh nhân tạo dễ làm hơn, t ỷ lệ phôi sống và phát triển đạt hầu như 100 phần trăm, trong khi đó để nhân bản vô tính cừu Dolly người ta đã thất bại trên 276 lần nhân bản. Với những thành tựu của nhân bản vô tính, trong tương lai việc phục hồi được một số động vật đã tuyệt chủng là khả năng có thể. Nhân bản động vật cũng có tiềm năng to lớn trong ng ành công nghiệp chăn nuôi, cho phép nhân bản các vật nuôi mang các đặc tính quý báu (lợn siêu nạc, bò siêu sữa…). Năm 2003 cừu Dolly chết do các căn bệnh của tuổi già (viêm khớp và viêm phổi nặng) khi nó được 6 tuổi, trong khi tuổi thọ của một cừu bình thường trung bình là 12. Các nhà khoa học nhận thấy rằng các tế bào cừu Dolly già hơn tuổi của nó đến 6 tuổi. Cừu Dolly được tạo ra từ một con cừu 6 tuổi, như vậy khi được sinh ra, bộ gen của cừu Dolly đã không đặt lại đồng hồ sinh học về 0 mà vẫn ghi nhớ tuổi của nó trước đây. Như vậy về gen, cừu Dolly là một chú cừu 6 tuổi được sinh ra. 17/21
Hiện tại nhân bản vô tính đang phải đối mặt với vấn đề lão hóa. Trong khi đó nhân bản từ phôi không gặp phải vấn đề này. 2.5 Nhân bản trị liệu (therapeutic cloning): Nhân bản trị liệu là một chiến lược điều trị bằng tế bào gốc. Nhân bản trị liệu kết hợp các biện pháp thay thế nhân tế bào (nhằm tạo ra các tế bào gốc người “cá thể hóa”), nuôi cấy và làm biệt hóa các tế bào gốc người này và sử dụng chúng vào điều trị. Mục đích của nhân bản trị liệu là tạo ra các mô/tạng phù hợp (khỏe mạnh và không bất đồng miễn dịch) để ghép cho người bệnh. Quy trình nhân bản trị liệu khởi đầu với các giai đoạn giống hệt nhân bản vô tính. Các tế bào khỏe mạnh được lấy ra từ một bệnh nhân, sau đó nhân tế bào khỏe mạnh này được hút ra và đưa vào một tế bào trứng đã hút bỏ nhân (liệu pháp thay thế nhân tế bào) tạo thành một “phôi vô tính”. Khác với nhân bản vô tính người và động vật, “phôi vô tính” này không được cấy vào tử cung mà được nuôi cấy trên in vitro cho phát triển thành blastocyst. Sau đó thu hoạch và nhân cấy các cụm tế bào gốc phôi vạn năng từ blastocyst và định hướng cho chúng biệt hóa thành các loại tế bào gốc hoặc tế bào trưởng thành cần cho ghép hoặc điều trị. Như vậy biện pháp điều trị này chính là tr ị liệu bằng tế bào gốc đặc hiệu bệnh nhân (patient - specific stem cell therapy). Mục đích của nhân bản trị liệu là tạo ra một bản sao mô hoặc tạng khỏe mạnh của người bệnh để ghép trở lại cho người bệnh đó. Kỹ thuật này có nhiều điểm ưu việt hơn so với ghép mô/tạng từ một người khác: nguồn cung cấp không bị hạn chế do đó không phải chờ đợi lâu; mô hoặc tạng sẽ mang gen của người bệnh do đó bệnh nhân không phải dùng thuốc ức chế miễn dịch sau ghép trong suốt phần đời còn lại, không có nguy cơ thải ghép. 18/21
3- Tương lai của tế bào gốc và nhân bản, vấn đề đạo đức 1996, cừu Dolly được tạo ra từ một tế bào tuyến vú đã trưởng thành của một cừu “mẹ”. Đây là một thành tựu rất có ý nghĩa về sinh học và y học. Thứ nhất, sự ra đời của cừu Dolly chứng minh rằng một tế bào thân trưởng thành (không phải tế bào gốc), khi được xử lý và đưa vào trong một tế bào trứng (đã hút bỏ nhân) vẫn có khả năng giải biệt hóa trở thành tế bào gốc toàn năng. Thứ hai, hoàn toàn có thể tạo ra các dòng tế bào gốc phôi thậm chí một cơ thể mang gen giống hệt một cơ thể đã có. Chính vấn đề này làm dấy lên cuộc tranh luận về vấn đề đạo đức trong nghiên cứu về tế bào gốc và nhân bản. Không ai chống lại việc nghiên cứu tế bào gốc trưởng thành nhưng tính hợp pháp và tính đạo đức của các nghiên cứu tế bào gốc phôi và nhân bản luôn là những vấn đề nổi cộm. Các nghiên cứu tế bào gốc phôi người đã đạt được những tiến bộ đáng kể. Các tế bào gốc phôi có thể được nuôi cấy và dùng công nghệ mô để sản xuất ra các mô/tạng. Nếu không bị ngăn cấm, trong tương lai, kỹ thuật nhân bản vô tính người có thể kết hợp với công nghệ mô (khi đó được biết đến là “kỹ thuật nhân bản trị liệu”) để tạo ra các mô thậm chí các tạng ho àn chỉnh phù hợp hoàn toàn với chính bệnh nhân để sửa chữa, thay thế các mô/tạng tổn thương (chế da cho bệnh nhân bỏng, chế các tế bào não cho tổn thương não, có thể chế tim, phổi, gan, thận cho ghép tạng.) mà không vấp phải các vấn đề thải ghép do bất đồng miễn dịch. Mối quan hệ khăng khít giữa nghiên cứu tế bào gốc và nhân bản có thể được diễn tả theo mô hình dưới đây (hình) Như vậy, nghiên cứu tế bào gốc phôi và nhân bản có mối liên quan chặt chẽ cùng hỗ trợ nhau phát triển. Chỉ có phát triển các nghiên cứu này mới có thể hoàn thiện và mở ra các ứng dụng mới trong tế bào gốc trị liệu và nhân bản trị liệu. Tuy nhiên cũng còn rất nhiều vấn đề phải đối mặt trong nghiên cứu tế bào gốc và nhân bản, cả các vấn đề liên quan đến kỹ thuật cũng như những vấn đề liên quan đến quan niệm đạo đức và tôn giáo. 3.1 Các vấn đề kỹ thuật: - Không thể vượt qua đồng hồ sinh học quy định sự lão hóa tế bào: 19/21
Trước đây người ta vẫn cho rằng các tế bào trong các mô nuôi cấy có số lần phân chia không hạn chế (tức là bất tử). Năm 1961 Hayflik đã chứng minh rằng chỉ có các tế bào ung thư mới bất tử, còn các tế bào bình thường chỉ phân chia đến giới hạn 50 ± 10 lần rồi ngừng phân chia và chết đi. Bằng thực nghiệm người ta thấy rằng nếu dùng nhiệt độ thấp để làm các tế bào ngừng phân chia, rồi sau một thời gian hoạt hóa tế bào trở lại cho nó phân chia thì tế bào vẫn nhớ số lần phân chia trước khi ngừng và tiếp tục phân chia cho tới con số giới hạn (7). Trở lại vấn đề động vật nhân bản vô tính. Cừu Dolly đ ược nhân bản từ một con cừu 6 tuổi vào năm 1996, nhưng đến năm 2003 cừu Dolly chết do mắc các chứng bệnh của một con cừu già (viêm phổi, viêm khớp nặng) khi nó mới sáu tuổi trong khi một con cừu b ình thường sống được 12 năm. Như vậy rõ ràng nhân bản vô tính (và cả với nhân bản trị liệu) vấp phải vấn đề lão hóa tế bào. Mặc dù tế bào trưởng thành được “giải biệt hóa” bằng kỹ thuật chuyển nhân vào tế bào trứng làm cho nó trở thành toàn năng thì đồng hồ sinh học trong DNA tế bào vẫn nhớ tuổi của nó và làm cho tế bào hay cơ thể nhân bản vô tính bị già trước tuổi (so với tuổi s inh). Điều này cho thấy có lẽ chúng ta không thể vượt qua giới hạn của tạo hóa, không thể trở nên bất tử. Nhưng dẫu sao kỹ thuật nhân bản tạo ra tế bào gốc vô tính cũng là một thành tựu vô cùng to lớn, ví dụ nếu có thể nhân bản tạo tế bào gốc vô tính từ một người 50 tuổi bị Parkinson, tế bào gốc này vẫn nhớ nó đã 50 tuổi và chỉ có thể sống thêm được 20 năm nữa thì tế bào này vẫn rất có giá trị trong điều trị, nó giúp cho người bệnh Parkinson có thể sống 20 năm cuối đời với chất lượng cuộc sống cao hơn. - Nguy cơ xuất hiện các đột biến mới trong quá trình tạo tế bào gốc phôi, trong nuôi cấy và biệt hóa nhân tạo: Đây là một khả năng hoàn toàn có thể vì tế bào được tạo ra và xử lý can thiệp bởi các hóa chất, dòng điện trong môi trường phòng thí nghiệm. Trong điều kiện đó không thể kiểm soát chính xác được tất cả, vấn đề sai lạc gen hoàn toàn có khả năng xảy ra gây các bất thường về gen. Khi áp dụng điều trị cho con người, có khả năng phát sinh bệnh mới. 3.2 Các vấn đề đạo đức và tôn giáo Có thể nói lĩnh vực nghiên cứu về tế bào gốc và nhân bản là một ví dụ điển hình về các mâu thuẫn giá trị đạo đức y sinh học và tôn giáo. Một mặt, chúng ta còn phải đối mặt với rất nhiều bệnh tật mà dường như y học đang bó tay, chưa có các biện pháp điều trị hiệu quả như các bệnh do khiếm khuyết di truyền, đái đường, bệnh tự miễn, Parkinson, ghép tạng…. Vấn đề này đòi hỏi y sinh học nghiên cứu tìm ra các phương pháp điều trị mới, yêu cầu này cũng mang tính “thiện” dưới góc độ tôn giáo. Thành tựu của nghiên cứu tế bào gốc và nhân bản mở ra hy vọng có được các phương pháp điều trị mới dựa trên ghép tế bào gốc, thay thế gen, tạo nên các mô/tạng ghép phù hợp với người bệnh.... Mặt khác, các nghiên cứu về tế bào gốc và nhân bản liên quan đến việc sử dụng phôi người do đó gây ra mối lo ngại về các vấn đề đạo đức và tôn giáo, vấn đề phạm vi và điều kiện cho các nghiên cứu loại này. Nghiên cứu tế bào gốc đặt ra các vấn đề đạo đức và tôn giáo sau: 1- Sử dụng phôi/thai người là giết chết một con người: Các quan điểm chống lại việc nghiên cứu tế bào gốc phôi người chủ yếu dựa trên vấn đề tín ngưỡng và quan niệm về việc phá hủy phôi người. Điều tra xã hội của Nisbet M. C. cho thấy năm 2001, 53% dân Mỹ cho rằng sự sống bắt đầu từ lúc thụ thai (4) và cho rằng các nghiên cứu tế bào gốc phôi người là sai lầm về mặt đạo đức. Nhiều ý kiến chống đối cho rằng phôi người phải có nhân quyền, phải 20/21