Các loại tế bào gốc: Phân loại, đặc điểm và vai trò trong nghiên cứu y học

Trong cơ thể người có đến hàng trăm loại tế bào chuyên biệt khác nhau để đảm nhiệm các chức năng cụ thể trong từng mô và cơ quan. Và tế bào gốc là một loại tế bào có khả năng phát triển đặc biệt trong cơ thể với hai đặc tính là khả năng tự làm mới và khả năng biệt hóa. Vậy có các loại tế bào gốc nào và công dụng của chúng trong cơ thể như thế nào, hãy cùng Mescells làm rõ và phân loại trong bài viết dưới đây.

1. Các loại tế bào gốc được phân loại như thế nào?

Việc phân loại tế bào gốc đóng vai trò nền tảng giúp các nhà khoa học và bác sĩ xác định chính xác tiềm năng cũng như định hướng ứng dụng của từng loại tế bào trong y học. Nhìn chung, các loại tế bào gốc được chia thành 2 nhóm chính:

• Theo tiềm năng biệt hóa: Đánh giá mức độ linh hoạt và phổ tế bào mà một tế bào gốc có thể tạo ra.
• Theo nguồn gốc tế bào: Phân loại dựa trên vị trí giải phẫu hoặc giai đoạn phát triển (phôi thai, nhũ nhi, người trưởng thành) mà tế bào gốc được thu thập.

Sơ đồ phân loại tế bào gốc theo tiềm năng phát triển và biệt hóa

2. Phân loại tế bào gốc theo tiềm năng biệt hóa

Trong quá trình phát triển phôi học, tiềm năng biệt hóa của tế bào gốc được phân cấp nghiêm ngặt từ rộng đến hẹp. Dựa trên khả năng này, tế bào gốc được chia thành các cấp độ sinh học:

2.1. Tế bào gốc toàn năng

Đây là loại tế bào có mức độ linh hoạt cao nhất, sở hữu năng lực biệt hóa thành tất cả mọi tế bào trong cơ thể, bao gồm cả các dòng tế bào phôi và các cấu trúc phụ trợ ngoài phôi như nhau thai hay túi noãn hoàng. Tế bào gốc toàn năng có khả năng hình thành một cơ thể con người hoàn chỉnh. Đại diện duy nhất và tiêu biểu nhất của nhóm này là hợp tử ngay sau khi trứng thụ tinh và các phôi bào ở giai đoạn phân chia đầu tiên (từ 1 đến 8 tế bào).

2.2. Tế bào gốc vạn năng

Nhóm này có khả năng biệt hóa thành bất kỳ loại tế bào chuyên biệt nào thuộc 3 lá mầm phôi là ngoại bì, trung bì và nội bì. Tuy nhiên, khác với tế bào toàn năng, tế bào gốc vạn năng không thể hình thành các mô ngoài phôi như nhau thai, do đó không thể tự phát triển thành một cơ thể hoàn chỉnh.

2.3. Tế bào gốc đa năng

Loại tế bào này xuất hiện muộn hơn trong quá trình phát triển phôi và tồn tại rải rác trong các mô trưởng thành. Tiềm năng của chúng bị giới hạn trong việc biệt hóa thành một nhóm các tế bào có liên quan chặt chẽ về mặt giải phẫu và chức năng. Ví dụ điển hình là tế bào gốc tạo máu (HSCs) trong tủy xương chỉ tạo ra các loại tế bào máu, hoặc tế bào gốc trung mô (MSCs) có thể biệt hóa thành tế bào xương, sụn và mỡ.

Mối quan hệ giữa tiềm năng biệt hóa và các loại tế bào gốc 

2.4. Tế bào gốc đa năng giới hạn

Là các tế bào tiền thân có khả năng biệt hóa hẹp hơn, chỉ giới hạn trong một số rất ít các loại tế bào đích có mối quan hệ gần gũi. Ví dụ, tế bào gốc máu dòng lympho chỉ có thể biệt hóa thành các loại bạch cầu như lympho B hoặc lympho T.

2.5. Tế bào gốc đơn năng

Sở hữu tiềm năng biệt hóa thấp nhất, tế bào gốc đơn năng chỉ có khả năng tạo ra một loại tế bào chức năng duy nhất, nhưng chúng vẫn giữ được đặc tính tự đổi mới để phân biệt với các tế bào sinh dưỡng thông thường. Các ví dụ bao gồm tế bào vệ tinh (satellite cells) trong cơ xương chỉ tạo ra nguyên bào cơ để sửa chữa tổn thương.

3. Phân loại tế bào gốc theo nguồn gốc

Dựa trên nơi phân lập, tế bào gốc được chia thành các nhóm mang những đặc điểm về y sinh khác nhau:

3.1. Tế bào gốc phôi (ESCs)

Tế bào gốc phôi là dạng tế bào gốc đặc biệt, xuất phát từ giai đoạn đầu của phôi nang. Sau khi một tinh trùng thụ tinh thành công với trứng, trứng được thụ tinh sẽ trở thành hợp tử, hình thành tế bào gốc phôi đầu tiên.

Các tế bào gốc phôi có khả năng biệt hoá cũng như phát triển thành hầu hết các tế bào chuyên biệt trong cơ thể. Nói cách khác, tế bào gốc phôi có thể phát triển thành hơn 200 loại tế bào khác nhau ở cơ thể người, trừ nhau thai và màng phôi ngoài. Một số nơi, tế bào gốc phôi được lấy từ các phôi thừa của quá trình thụ tinh trong ống nghiệm (IVF).

Chính nhờ đặc điểm này mà tế bào gốc phôi được kỳ vọng trong lĩnh vực ứng dụng điều trị thay thế các cơ quan bị tổn thương, hỏng, mất. Tuy nhiên, hiện tại chưa có phương pháp điều trị nào sử dụng tế bào gốc phôi bởi loại tế bào này đòi hỏi các tín hiệu cụ thể để biệt hoá chính xác. Nếu đưa trực tiếp vào cơ thể khác, các tế bào gốc phôi sẽ biệt hóa vạn năng, hình thành khối dị mô, và phát triển rất nhanh chóng. Khối dị mô thường chứa một phức hợp bao gồm nhiều loại mô, da, sụn, xương, bóc, tuyến mồ hôi, não,…

3.2. Tế bào gốc nhũ nhi

Được thu thập từ các phần phụ sản khoa sau khi sinh như nhau thai, dây rốn và máu cuống rốn. Đây là nguồn tế bào gốc “0 tuổi”, ít nguy cơ tiềm ẩn mầm bệnh, có tốc độ nhân đôi nhanh, khả năng tăng sinh và biệt hóa vượt trội so với tế bào người trưởng thành. Nguồn tế bào gốc này cũng có khả năng tương thích miễn dịch cao hơn, đặc biệt là với anh chị em ruột trong gia đình, ít gây phản ứng thải ghép khi sử dụng.

Quá trình phát triển của tế bào gốc phôi

3.3. Tế bào gốc trưởng thành

Tế bào gốc trưởng thành, hay còn gọi là tế bào gốc sinh dưỡng (somatic), là tế bào chưa biệt hoá trong mô hay cơ quan. Vai trò chính của các tế bào gốc trưởng thành trong cơ thể là duy trì và sửa chữa mô. Tế bào gốc tồn tại trong các mô/cơ quan tại những vị trí nhất định trong một môi trường giới hạn gọi là ổ tế bào gốc (niche) với số lượng ít, không phân chia liên tục như những tế bào tiền thân tại các mô. Một số ổ tế bào gốc trưởng thành trong cơ thể như tủy xương, dạ dày, ruột, gan, tụy, biểu bì da, tuyến vú, tinh hoàn, tuyến tiền liệt, thận, não, mắt và máu và mô dây rốn, màng nhau thai.

Hầu hết các tế bào gốc trưởng thành đều bị hạn chế về khả năng biệt hoá và hạn chế hơn trong việc tạo ra các tế bào khác nhau trong cơ thể (VD: tế bào gốc máu tạo ra các tế bào máu, hay tế bào gốc từ trung phôi bì chỉ có thể tạo ra các tế bào có nguồn gốc trung bì,…).

Tế bào gốc trưởng thành có ưu điểm vượt trội về khả năng biệt hóa thành tế bào trưởng thành với đầy đủ chức năng. Cùng với đó, nguồn tế bào gốc trưởng thành luôn sẵn có và có mặt tại tất cả các cơ quan trong cơ thể, có thể dễ dàng thu thập được từ mô trưởng thành. Đặc biệt, tế bào gốc trưởng thành có khả năng tương thích với cơ thể cao và ít gây phản ứng tự miễn khi áp dụng các liệu pháp điều trị bằng tế bào gốc.

3.4. Tế bào gốc vạn năng cảm ứng (iPSC)

Đây là loại tế bào gốc được tạo ra trong phòng thí nghiệm từ các tế bào trưởng thành với khả năng tăng sinh vô hạn, cũng như có thể phát triển thành mọi loại tế bào trong cơ thể (tế bào thần kinh, tim, tuyến tụy và gan). Tế bào gốc vạn năng cảm ứng (iPSC) đóng vai trò là nguồn tế bào duy nhất sử dụng để thay thế cho các thiếu hụt, mất mát tế bào do tai nạn hoặc bệnh tật.

Do được tạo ra từ các tế bào trưởng thành trên các mô của cơ thể, các tế bào gốc vạn năng cảm ứng không cần sử dụng đối phôi và hoàn toàn tương thích với người bệnh – mỗi người  sở hữu dòng tế bào gốc đa tiềm năng của riêng mình. Chính nguồn cung cấp tế bào gốc không giới hạn này sẽ góp phần hỗ trợ đắc lực cho việc cấy ghép mà không lo nguy cơ bị hệ miễn dịch đào thải.

Hiện nay, tế bào gốc vạn năng cảm ứng đã mở ra một hướng nghiên cứu đầy hứa hẹn trong lĩnh vực chữa trị các chứng bệnh di truyền như Down, thận đa nang. Ngoài ra, iPSC cũng mang đến tiềm năng trong việc ứng dụng để tạo ra các cơ quan thay thế, sửa chữa mô, hồi phục và cải thiện chức năng vận động.

Nguồn gốc và khả năng biệt hóa của tế bào gốc trưởng thành 

4. Vai trò của các loại tế bào gốc trong nghiên cứu và ứng dụng

Trong y học hiện đại, các tế bào gốc đang đóng vai trò bản lề không chỉ ở mảng điều trị lâm sàng mà còn ở cấp độ nghiên cứu cơ chế bệnh sinh và dược lý.

Trong nghiên cứu và phát triển mô hình bệnh lý 

Các mô hình động vật thường thất bại trong việc mô phỏng chính xác sinh lý con người. Việc tạo ra các tế bào iPSC từ chính bệnh nhân mang đột biến di truyền cho phép các nhà khoa học xây dựng các mô hình bệnh lý trong ống nghiệm cực kỳ chính xác. 

Nổi bật nhất là công nghệ tạo ra các cấu trúc Organoid (cơ quan dạng siêu nhỏ 3D) từ tế bào gốc vạn năng. Các nhà khoa học đã tạo ra organoid não bộ, organoid thận và organoid tim mạch để nghiên cứu sự phát triển phôi thai, mô phỏng bệnh thận đa nang, hoặc thử nghiệm độc tính của các loại thuốc mới trước khi áp dụng trên người. Kết hợp với công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9, tế bào gốc giúp thiết lập các dòng tế bào đẳng gen (isogenic lines) nhằm xác định chính xác mối quan hệ nhân quả giữa đột biến gen và kiểu hình bệnh lý.

Ứng dụng của tế bào gốc trong nghiên cứu khoa học và điều trị bệnh 

Ứng dụng trong điều trị và y học tái tạo 

Mục tiêu cốt lõi của y học tái tạo là khôi phục, thay thế hoặc tái tạo các tế bào và mô bị tổn thương mà cơ thể không tự phục hồi được.

Tế bào gốc tạo máu (HSCs) đã trở thành tiêu chuẩn vàng trong điều trị các bệnh lý ung thư máu (như bệnh bạch cầu, u lympho) thông qua cấy ghép tủy xương. Đối với các bệnh mạn tính và thoái hóa, tế bào gốc trung mô (MSCs) đang thể hiện ưu thế nhờ khả năng điều hòa miễn dịch và ức chế xơ hóa. Ví dụ, một số thử nghiệm lâm sàng cho thấy trong điều trị xơ gan mất bù, MSCs giúp giảm chỉ số MELD (chỉ số đánh giá mức độ nặng của bệnh gan), cải thiện chức năng tổng hợp albumin và giảm viêm đáng kể. 

FDA cũng đã phê duyệt Ryoncil – một liệu pháp MSCs dị gen – để điều trị bệnh ghép chống chủ cấp tính (GVHD) ở trẻ em. Ngoài ra, các tế bào iPSCs đang bước vào thử nghiệm lâm sàng pha muộn để thay thế các tế bào thần kinh dopaminergic bị mất trong bệnh Parkinson, hoặc thay thế tế bào biểu mô sắc tố võng mạc trong bệnh thoái hóa điểm vàng.

Tất cả các loại tế bào gốc đều đóng góp vào việc nghiên cứu y học và tạo ra những phương pháp điều trị, ứng dụng công nghệ tế bào. Việc nghiên cứu và phân loại tế bào gốc giúp tăng thêm sự hiểu biết về cơ chế của các loại bệnh tật, tại sao bệnh lại xảy ra và quá trình xảy ra như thế nào. Bên cạnh đó, dựa vào khả năng biệt hoá của từng loại tế bào gốc, các chuyên gia nghiên cứu có thể tạo ra tế bào khỏe mạnh rồi đưa ngược lại vào cơ thể người bệnh để thay thế, sửa chữa, tái tạo và mở ra rất nhiều cơ hội ứng dụng trong y học hiện đại.

HỆ THỐNG Y TẾ CHUYÊN SÂU Y HỌC TÁI TẠO VÀ TRỊ LIỆU TẾ BÀO MESCELLS | MSC

• Hotline: 0866 022 097
• Địa chỉ: TT21, số 204 Nguyễn Tuân, phường Thanh Xuân, Hà Nội, Việt Nam.
• Fanpage: Viện Nghiên Cứu Ứng Dụng Công Nghệ Tế Bào Mescells

NGUỒN THAM KHẢO:

• Takahashi K, Yamanaka S (2006). “Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors.” Cell 126:663–676. PMID: 16904174.
• Thomson JA, et al. (1998). “Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts.” Science 282:1145–1147. PMID: 9804556.
• Pittenger MF, Discher DE, Péault BM, et al. (2019). “Mesenchymal stem cell perspective: cell biology to clinical progress.” NPJ Regenerative Medicine 4:22. PMID: 31815001.
• Borow KM, Yaroshinsky A, Greenberg B, et al. (2019). “Phase 3 DREAM-HF trial of mesenchymal precursor cells in chronic heart failure.” Circulation Research 125(3):265-81. PMID: 31318648.
• Wu Y, Hirschi KK, Goodman LV, et al. (2024). “Pharmacokinetic characteristics of mesenchymal stem cells in translational challenges.” Signal Transduction and Targeted Therapy 9:208. PMID: 39271680.
• Rash BG, Ramdas KN, Agafonova N, et al. (2025). “Allogeneic mesenchymal stem cell therapy with laromestrocel in mild Alzheimer’s disease: a randomized controlled phase 2a trial.” Nature Medicine 31:1257-1266. PMID: 40065171