Tìm hiểu về lịch sử nghiên cứu tế bào gốc

Nội dung bài viết

Tế bào gốc và liệu pháp tế bào gốc đã trở thành một đề tài nghiên cứu khoa học mang rất nhiều kỳ vọng trong Y học. Thực tế, những kết quả nghiên cứu cận lâm sàng và lâm sàng đạt được đã phần nào khẳng định vai trò quan trọng của tế bào gốc trong Y học tái tạo và sự phát triển của nền Y học nhân loại. Phương pháp trị liệu dựa vào tế bào gốc đã vượt qua rất nhiều những thách thức để khẳng định được ý nghĩa của liệu pháp tạo ra một bước ngoặt quan trọng trong Y học hiện đại, mang lại hy vọng điều trị cho những căn bệnh nan y cũng như trong công nghệ thẩm mỹ làm đẹp trên thế giới.

1. Lịch sử nghiên cứu tế bào gốc trên thế giới

Lịch sử nghiên cứu tế bào gốc bao gồm các nghiên cứu về tế bào gốc ở người và động vật, bắt đầu vào những năm giữa 1800 với những khám phá về một số tế bào có thể tạo ra các tế bào khác.

Vào những năm đầu của 1900, nghiên cứu tế bào gốc đầu tiên là thử nghiệm cấy ghép tủy xương sử dụng các tế bào gốc trưởng thành tiêm tủy xương vào bệnh nhân mắc căn bệnh anemia và leukemia, Khi ấy, liệu pháp này không thành công, nhưng các thí nghiệm trên chuột khiếm khuyết tủy xương có thể hồi phục lại khi truyền vào máu với tủy xương thu nhận từ chuột khác. Kết quả này mở ra hướng đi mới về khả năng có thể thành công khi cấy ghép tủy xương từ một người vào người khác (đồng ghép). Năm 1973, một nhóm các bác sĩ tiến hành cấy ghép tủy xương lần đầu tiên giữa những người không quan hệ họ hàng. Việc cấy ghép này sau 7 lần mới thành công.

lich-su-nghien-cuu-te-bao-goc-2
Lịch sử nghiên cứu tế bào gốc: Phát hiện lần đầu tiên vào năm 1900

lich-su-nghien-cuu-te-bao-goc-3
Jean Dausset - Nhà huyết học và miễn dịch người Pháp đã có những đóng góp cho lịch sử nghiên cứu tế bào gốc

Vào năm 1964, các nhà nghiên cứu chú ý rằng một tế bào đơn trong teratocarcinoma một loại u quái hình thành ở tinh hoàn, có thể tách và giữ trạng thái không biệt hóa trong nuôi cấy. Những kiểu tế bào gốc này là tế bào ung thư biểu mô phôi hay tế bào EC (embryonal carcinoma). Các nghiên cứu sau này cũng cho thấy các tế bào mầm ở phôi (embryonic germ cell - EG) cũng có thể nuôi cấy và kích thích biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau.

Năm 1981, các tế bào gốc phôi (ES) lần đầu tiên được thu nhận từ phôi chuột bởi hai nhóm nghiên cứu độc lập là nhóm của Martin Evans - Matthew Kaufman và nhóm của Gail R. Martin, gọi những tế bào này là “tế bào gốc phôi”.

lich-su-nghien-cuu-te-bao-goc-4
Lần đầu tiên trong lịch sử nghiên cứu tế bào gốc phát hiện ra tế bào gốc phôi - Năm 1981

Vào những những năm 1990, việc cấy ghép tủy xương trở nên rộng rãi và gặt hái nhiều thành công với hơn 16.000 ca cấy ghép cho đến nay, trong điều trị bệnh leukemia và khiếm khuyết miễn dịch, hứa hẹn mang đến nhiều ứng dụng to lớn.

Năm 1998, James Thompson (Đại học Wisconsin -Madison) tách từ lớp ICM của phôi sớm và phát triển thành dòng tế bào gốc phôi đầu tiên. Trong cùng năm này, John Gearhart (Đại học Johns Hopkins) thu nhận các tế bào mầm từ tế bào trong mô sinh dục (Primordial germ cell - PGC). Các dòng tế bào gốc vạn năng được phát triển từ cả hai nguồn trên. Những phôi nang sử dụng cho các nghiên cứu tế bào gốc người thu nhận từ các quy trình thụ tinh IVF.

Tháng 3/2001, các nhà khoa học đã thu nhận tế bào gốc từ tủy xương chuột, sau đó tiêm vào tim chuột đã bị tổn thương. Tại đây, các tế bào gốc bắt đầu phát triển thành những cơ tim thay thế. Hơn nữa, chúng còn di chuyển vào vùng tim bị tổn thương, sản xuất ra các tế bào mạch máu cần thiết để cung cấp máu cho các cơ mới hình thành. Trung bình sau 9 ngày, các tế bào cơ mới đã có mặt trong 68% phần cơ tim bị hư hại. Thành công này vượt quá sự mong đợi của các nhà khoa học.

Giáo sư Francis Collins (Viện nghiên cứu gen người, Mỹ)

Giáo sư Francis Collins (Viện nghiên cứu gen người, Mỹ) - thành viên của nhóm nghiên cứu, cho biết: “Nghiên cứu này mở ra hy vọng có thể khôi phục được những cơ tim bị thương tổn sau một cơn đau tim”. Tuy nhiên, hiện mới có khoảng 40% trường hợp thành công. Các nhà khoa học hy vọng rằng những thử nghiệm lâm sàng trên người có thể bắt đầu trong vòng 3 năm tới.

Tạp chí Tissue Engineering số tháng 4/2001, cho biết nhóm chuyên gia phẫu thuật chỉnh hình Đại học Pittsburgh, Mỹ đã rút mỡ và dịch từ hông, mông và bụng bệnh nhân trong một số ca mổ hút mỡ. Sau đó, họ làm sạch, xử lý chúng bằng enzyme. Kết quả cho thấy một số lượng tế bào gốc lớn được tìm thấy trong mỡ. Những tế bào thu được có thể hình thành các loại tế bào như tế bào: xương, mỡ, sụn và tế bào cơ. Hiện người ta đang thử nghiệm trên chuột nhằm nghiên cứu khả năng dùng chúng để tạo mô xương và mô mỡ của người. Tiến sĩ Marc Hedrick (Đại học Pittsburgh) cho biết: “Mỡ là nguồn cung cấp tế bào gốc lý tưởng, vì mô mỡ xuất hiện rất nhiều trong cơ thể, thêm vào đó các thao tác lấy, hút mỡ ít xâm lấn hơn hẳn so với việc thu thập mẫu từ các mô khác”.

Năm 2003, Các nhà nghiên cứu ở Viện Whitehead tuyên bố rằng họ đã thành công trong việc sử dụng các tế bào gốc phôi biệt hóa thành các tế bào đơn bội, là các giao tử. Họ thấy rằng các tế bào gốc phôi bắt đầu biệt hóa thành các tế bào mầm phôi và sau đó chúng biệt hóa thành các tế bào đơn bội. Khi tiêm vào trứng, những tế bào đơn bội này sẽ kết hợp bộ gen và trứng phát triển thành phôi blastocyst in vitro.

lich-su-nghien-cuu-te-bao-goc-6
Quy trình lưu trữ tế bào gốc răng sữa hiện nay

Tháng 4/2004, các nhà khoa học Australia phát hiện ra răng sữa là một nguồn cung cấp tế bào gốc quý giá, được dùng để chữa trị những căn bệnh hiểm nghèo hay sửa chữa các bộ phận quan trọng trong cơ thể. Các nhà khoa học đến từ Viện Hanson thuộc Bệnh viện Hoàng gia Adelaide cho biết, tủy răng sữa là nguồn tế bào gốc rất phong phú và việc khai thác chúng cũng khá dễ dàng và không liên quan đến vấn đề đạo đức

Ngày 19/5/2004, Ngân hàng tế bào gốc phôi thai đầu tiên trên thế giới chính thức được khai trương tại Hertfordshire (Anh). Ngân hàng này chứa hai dòng tế bào gốc được các nhóm nghiên cứu thuộc ĐH London và Trung tâm sự sống ở Newcastle phát triển.

Tháng 8/2004, một hướng đi mới trong việc điều trị bệnh tiểu đường được hé mở khi các nhà khoa học tại Đại học Toronto, Canada tìm thấy các tế bào gốc trong tuyến tụy của chuột. Tế bào gốc có thể phát triển thành tế bào có khả năng sản xuất insulin.

Đến tháng 9/2004, các nhà khoa học nghiên cứu trên một nhóm bệnh về mắt gọi là bệnh sắc tố võng mạc (các tế bào võng mạc theo thời gian bị thoái hoá, gây giảm thị lực và thậm chí gây mù). Tỉ lệ mắc bệnh này là 1/3500 và hiện chưa có liệu pháp nào hiệu quả để điều trị căn bệnh này. Martin Friedlander thuộc viện Nghiên cứu Scripps tại La Jolla, California và các cộng sự đã tạo ra 1 dòng tế bào gốc từ tủy sống chuột trưởng thành, sau đó tiêm vào mắt chuột mới sinh mắc bệnh võng mạc. Kết quả cho thấy các tế bào gốc này đã giúp ngăn sự thoái hoá mắt của chúng và hình thành nên các tế bào hình nón giúp nhận biết màu sắc và tạo thị giác tốt.

Tháng 12/2004, lần đầu tiên các nhà khoa học đã phục hồi khả năng đi lại cho một người bị bại liệt trong 20 năm. Điều kỳ diệu xảy ra sau khi họ dùng tế bào gốc lấy từ máu dây rốn để phục hồi dây thần kinh cột sống bị tổn thương của bệnh nhân. Các nhà khoa học tại Đại học Chosun đã tách tế bào gốc từ máu dây rốn ngay sau khi thai nhi chào đời. Số tế bào gốc này được bảo quản trong phòng lạnh và được nuôi trong một thời gian. Sau đó, chúng được tiêm vào bộ phận bị tổn thương trên dây thần kinh cột sống của một nữ bệnh nhân. Sau một thời gian, điều kỳ diệu đã xảy ra, người phụ nữ này đã phục hồi khả năng đi lại nanh một cách bất ngờ.

lich-su-nghien-cuu-te-bao-goc-7
Tế bào gốc từ nang tóc

Vào tháng 3/2005, các nhà khoa học Mỹ đã tìm thấy nguồn tế bào gốc phong phú từ các nang tóc. Tóc vốn mọc ra từ các nang, và tế bào nang được hình thành từ một túi tế bào gốc nằm ngay bên cạnh nang. Một số nghiên cứu đã gợi ý dùng loại tế bào gốc này để trị bệnh hói. Phát hiện mới nhất về tế bào gốc nang tóc là khả năng phát triển thành tế bào thần kinh. Tiến sĩ Yasuyuki Amoh, Đại học California, cho biết chúng có thể được dùng trong điều trị các bệnh thần kinh.

Tháng 04/2007, một nhóm nghiên cứu thuộc Bệnh viện Harefield (Anh) lần đầu tiên phát triển được một phần tim người từ tế bào gốc. Các cuộc thử nghiệm trên động vật dự kiến được tiến hành trong năm này, và nếu thành công sẽ mở ra khả năng sử dụng mô thay thế trong các cuộc cấy ghép cho người bị bệnh tim trong vòng ba năm tới. Theo Báo Guardian, nhóm nghiên cứu do bác sĩ phẫu thuật tim M.Yacoub đứng đầu đã trích xuất tế bào gốc từ tủy xương và nuôi dưỡng chúng thành tế bào van tim. Sau đó chúng được đặt vào những "khung" làm bằng collagen, từ đó hình thành mô van tim. Các nhà nghiên cứu Anh nhận thấy van tim mà họ phát triển được có thể hoạt động giống như những van tim người thực thụ. Họ đang hy vọng có thể chế tạo một trái tim người hoàn chỉnh từ tế bào gốc sau 10 năm nữa.

Tháng 05/2007, nữ giáo sư bác sĩ Cinzia Marchese (Đại học University Sapienza, Rome) đã công bố nghiên cứu về việc tái tạo âm đạo cho hai người phụ nữ bị dị tật bẩm sinh hiếm gặp . Giáo sư Marchese, một chuyên gia về bệnh lý học lâm sàng và công nghệ sinh học, cho biết cuộc phẫu thuật đầu tiên để ghép mô âm đạo đã được thực hiện đối với một phụ nữ 28 tuổi vào năm 2006. Người phụ nữ này được ghép một mảnh nhỏ niêm mạc ở bộ phận sinh dục và sau đó, các mô niêm mạc được hình thành và phát triển thành một âm đạo lành mạnh.

Tháng 8/2006, Kazutoshi Takahashi đã lập trình lại các tế bào nguyên bào sợi chuột trở thành tế bào gốc đa năng, có khả năng tạo ra nhiều loại tế bào khác nhau. Họ gọi tế bào gốc đa năng mà họ tạo ra là tế bào gốc đa năng cảm ứng (iPSCs) bởi vì họ đã khiến tế bào gốc trưởng thành trở thành tế bào gốc thông qua các thao tác di truyền.

lich-su-nghien-cuu-te-bao-goc-8
Nữ giáo sư bác sĩ Cinzia Marchese (bên trái), Kazutoshi Takahashi (bên phải)

Tháng 6/2007, tế bào gốc lấy từ tủy xương đàn ông có thể được điều chỉnh thành những yếu tố tương tự như tinh trùng chưa trưởng thành. Phát hiện sẽ mở ra hướng mới về cách điều trị vô sinh tốt hơn.

Tháng 10/2007, Mario Capecchi, Martin Evans và Oliver Smithies đã nhận giải thưởng Nobel về Y học cho công việc nghiên cứu về tế bào gốc phôi trên chuột sử dụng chiến lược nhắm mục tiêu gen (gene targeting) tạo ra cá thể con biến đổi di truyền.

2. Lịch sử nghiên cứu tế bào gốc trong nước

Việc ghép tế bào gốc tạo máu tủy xương cho bệnh nhân bị bệnh bạch cầu dòng tủy được thực hiện lần đầu tiên vào tháng 7/1995 và sử dụng tế bào gốc tạo máu ngoại vi để điều trị. Ghép tế bào gốc tạo máu từ cuống rốn hiện đã cho kết quả khả quan ở TP. Hồ Chí Minh và Huế. GS. Trần Văn Bé là người đầu tiên sử dụng tế bào gốc điều trị bệnh trên người ở nước ta. Với phương pháp ghép tủy xương, tế bào gốc máu ngoại vi và máu cuống rốn, Viện truyền máu và huyết học TP. Hồ Chí Minh là đơn vị tiên phong trong việc điều trị các bệnh về máu, đặc biệt là ung thư máu.

Năm 1996, Học viện quân y đã thành công trong việc cấy ghép tế bào sừng; tiếp thu và ứng dụng nuôi cấy nguyên bào sợi (fibroblast) - cơ sở để tiến tới tiếp thu công nghệ tạo mô (trong đó có việc làm da nhân tạo) và dần tiến tới công nghệ tạo các cơ quan phục vụ cho việc ghép mô, tạng.

lich-su-nghien-cuu-te-bao-goc-9
Vai trò của nguyên bào sợi (fibroblast)

Thành tựu về nghiên cứu tế bào gốc phôi ở động vật đi đầu bởi nhóm nghiên cứu của GS. Nguyễn Mộng Hùng (Đại học KHTN Hà Nội) với công trình “Tạo gà Ác tiềm khảm Lương phượng bằng vi tiêm tế bào gốc phôi”. Nhóm nghiên cứu đã lấy tế bào gốc phôi của gà Lương phượng, tiêm vào trứng chứa đĩa phôi của gà Ác tiềm. Giống gà mới chưa từng được tạo ra trước đó mang đặc điểm của cả hai dòng.

Sau đó một năm, nhóm nghiên cứu do GS. Hùng đứng đầu cũng đã thành công trong việc sử dụng tế bào gốc phôi chuột để điều trị chuột chiếu xạ bằng cách tiêm tế bào gốc phôi vào đuôi tĩnh mạch đuôi chuột, kết quả là các chuột này có thể sống đến 1 tháng, so với các chuột nhắt trắng thông thường chỉ sống được 6 ngày. Trước đó, nhóm nghiên cứu cũng đã phân lập và nuôi cấy tăng sinh tế bào gốc phôi trong 4 tuần.

Cùng nghiên cứu về tế bào gốc phôi còn có nhóm nghiên cứu của TS Bùi Xuân Nguyên (Viện Công nghệ Sinh học), đã thành công trong việc nhân bản phôi sao la. Năm 1998, nhóm nghiên cứu này đã giữ lại một số mẫu tế bào từ con sao la được kiểm lâm Vườn quốc gia Bạch Mã. Không tìm được sao la cái để lấy trứng, họ đã lấy trứng bò, tách nhân và cấy tế bào sao la vào trứng rỗng. Qua quá trình sàng lọc, kích thích phát triển thành phôi, nhóm nghiên cứu đã tạo ra rất nhiều phôi sao la nhân bản và đông lạnh chúng ở -196 độ C.

lich-su-nghien-cuu-te-bao-goc-10
PGS Phạm Thành Hổ (Bên trái) và ThS. Phan Kim Ngọc (Bên phải)

Bắt kịp với sự phát triển nhanh của nghiên cứu tế bào gốc trên thế giới, Trường ĐH KHTN Hồ Chí Minh với sự khởi sướng nghiên cứu tế bào gốc của PGS Phạm Thành Hổ và ThS. Phan Kim Ngọc, nhóm nghiên cứu này đã gặt hái nhiều kết quả đáng kể:

Năm 2003, thu nhận, nuôi cấy các tế bào gốc từ tủy xương chuột nhắt trắng, thành công trong việc tạo ra phôi chuột và phôi heo bằng phương pháp thụ tinh trong ống nghiệm.
Năm 2004, phân lập, nuôi cấy các tế bào gốc từ phôi chuột bằng phương pháp nuôi cấy phôi nguyên. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thành công việc cấy truyền phôi trên chuột nhắt trắng.
Năm 2005, phân lập, nuôi cấy các tế bào mầm sinh dục (germ cell) từ rãnh sinh dục của chuột 12,5 ngày tuổi. Tiến hành các nghiên cứu đầu tiên về ức chế miễn dịch trên mô hình chuột hướng đến việc cấy ghép tế bào gốc. Nhóm nghiên cứu cũng đã biệt hóa thành công các tế bào nguyên bào sợi từ phôi chuột và các tế bào gốc trung mô từ tủy xương thành tế bào tạo mỡ (adipocyte).
Năm 2007, biệt hóa thành công các tế bào gốc trung mô từ tủy xương chuột, từ máu cuống rốn người thành tế bào mỡ, nguyên bào xương ; thành công trong việc tạo phôi heo, bò bằng phương pháp vi tiêm tinh trùng vào bào tương trứng.
Tháng 9/2007, nhóm nghiên cứu của Th.S Phan Kim Ngọc kết hợp với Trung tâm Đào tạo cán bộ Y tế Tp. HCM và Bệnh viện Mắt đã tiến hành ca ghép tế bào gốc rìa giác mạc đầu tiên trên bệnh nhân mắt.

Ngoài ra còn những hướng nghiên cứu khác về tế bào gốc, như nghiên cứu của TS Nguyễn Văn Thuận. Hiện TS Nguyễn Văn Thuận đang làm tại Phòng thí nghiệm Genomic Reprogramming thuộc trung tâm RIKEN-CBD (Nhật Bản). Genomic Reprogramming, hiểu theo tiếng Việt là "tái thiết lập chương trình bộ gen đã được biệt hóa". Thông thường, tế bào gốc biệt hóa thành một loại tế bào như tế bào da, gan, tim,... và chỉ tạo ra đúng lại tế bào đó. Nhưng ngày nay người ta đã biết một tế bào đã biệt hóa vẫn có thể tái thiết lập chương trình (Reprogramming) để trở lại thành những tế bào gốc. Nếu nghiên cứu này thành công, người ta sẽ không cần phải sử dụng phôi nhân bản của người để tạo ra tế bào gốc.

----------------------------------------------------------------------------
Để tìm hiểu thêm về kiến thức, vui lòng liên hệ với Mescells:
Văn phòng đại diện Nhật Bản: 〒175-0094 Tokyo, Itabashi ku, Narimasu 5-6-15
Hotline: 0936 588 688
Email: institute@mescells.com