Đặc tính của tế bào gốc và vai trò trong nghiên cứu, y học hiện đại

Tế bào gốc đang mở ra nhiều bước tiến quan trọng trong y học hiện đại nhờ khả năng hỗ trợ phục hồi và tái tạo mô tổn thương. Hiện nay, loại tế bào này được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như điều trị ung thư máu, bệnh lý thần kinh thoái hóa, bệnh lý cơ xương khớp, thẩm mỹ da liễu và chữa lành nhiều cơ quan khác trong cơ thể. 

Qua bài viết này, Mescells sẽ tổng hợp kiến thức từ các nghiên cứu khoa học uy tín nhất hiện nay, giúp bạn hiểu rõ những đặc tính của tế bào gốc, các yếu tố ảnh hưởng đến chúng và vai trò của những đặc tính này trong y học hiện đại.

1. Giới thiệu về tế bào gốc

Tế bào gốc là những tế bào đặc biệt của cơ thể con người, có khả năng phân chia để tạo ra các tế bào mới và biệt hóa thành nhiều loại tế bào chuyên biệt khác nhau như tế bào tim, thần kinh, máu hay sụn khớp. Nhờ đặc tính này, chúng hoạt động như hệ thống sửa chữa của cơ thể, với các loại chính là tế bào gốc phôi, tế bào gốc trưởng thành, tế bào gốc trung mô và tế bào gốc vạn năng cảm ứng.

Nếu không có tế bào gốc, cơ thể con người sẽ mất đi khả năng tự tái tạo và phục hồi tổn thương. Những vết thương nhỏ khó có thể lành lại, các tế bào máu và da không thể liên tục được thay mới, đồng thời quá trình phát triển từ phôi thai thành một cơ thể hoàn chỉnh cũng không thể diễn ra. Không chỉ ở con người, hầu hết các sinh vật đa bào đều cần tế bào gốc để duy trì sự sống và phát triển.

Tế bào gốc có thể biệt hóa thành nhiều loại tế bào chuyên biệt khác nhau 

2. Các đặc tính của tế bào gốc

Tế bào gốc có 2 đặc tính cơ bản và khác biệt với các loại tế bào khác là khả năng tự tái tạo và tiềm năng biệt hóa đa dạng.

2.1. Khả năng tự tái tạo

Đây là đặc tính đầu tiên và quan trọng nhất của tế bào gốc. Tự tái tạo là quá trình tế bào gốc phân chia để tạo ra ít nhất một tế bào con giữ nguyên đặc tính của tế bào mẹ. Nhờ đó, nguồn tế bào gốc trong cơ thể không bị cạn kiệt theo thời gian.

Có hai kiểu phân chia tế bào trong quá trình tự tái tạo: 

• Phân chia đối xứng: Tạo ra hai tế bào gốc giống hệt nhau nhằm duy trì số lượng tế bào gốc.
• Phân chia bất đối xứng: Tạo ra một tế bào gốc và một tế bào tiền thân bắt đầu quá trình biệt hóa thành tế bào chuyên biệt.

Sự cân bằng giữa hai cơ chế này giúp duy trì và kiểm soát quần thể tế bào gốc ở các mô trong cơ thể. 

Đặc biệt, tế bào gốc phôi (ESCs) có khả năng tự tái tạo rất cao và có thể duy trì lâu dài trong điều kiện nuôi cấy phù hợp, trong khi tế bào gốc trưởng thành thường bị giới hạn về số lần phân chia. Đây là một trong những lý do khiến các nhà khoa học đặc biệt quan tâm đến việc duy trì và kiểm soát quá trình này trong điều kiện nuôi cấy in vitro.

2.2. Tiềm năng biệt hóa

Biệt hóa là quá trình tế bào gốc phát triển thành một loại tế bào chuyên biệt với chức năng cụ thể, chẳng hạn như tế bào thần kinh, tế bào cơ tim, tế bào gan hay tế bào xương sụn. Đây là đặc tính quyết định tiềm năng ứng dụng của tế bào gốc trong y học tái tạo.

Hai đặc tính cơ bản của tế bào gốc 

Quá trình biệt hóa được kiểm soát bởi sự kết hợp phức tạp giữa các yếu tố nội tại (như các yếu tố phiên mã Oct4, Sox2, Nanog) và tín hiệu ngoại bào từ môi trường xung quanh. Khi tế bào gốc đa năng như ESCs phát triển trong điều kiện không có tín hiệu ức chế, chúng sẽ tự động bắt đầu quá trình biệt hóa.

Dựa vào tiềm năng biệt hóa, tế bào gốc được chia thành 5 loại khác nhau với khả năng phát triển thành các tế bào chuyên biệt không giống nhau:

• Tế bào gốc toàn năng (Totipotent): Chỉ có ở hợp tử và tế bào phôi rất sớm, có thể tạo ra toàn bộ cơ thể, bao gồm cả màng nhau thai.
• Tế bào gốc vạn năng (Pluripotent): Điển hình là ESCs và iPSCs, có thể biệt hóa thành hầu hết các loại tế bào cơ thể từ ba lớp mầm (ngoại bì, trung bì và nội bì).
• Tế bào gốc đa năng (Multipotent): Như tế bào gốc trung mô (MSCs) hoặc tế bào gốc tạo máu, có thể biệt hóa thành một số loại tế bào trong cùng một dòng mô nhất định. 
• Tế bào gốc hạn chế/tiềm năng giới hạn (Oligopotent Stem Cells): Có khả năng biệt hóa thành một số ít các loại tế bào cụ thể, thấp hơn đa năng nhưng cao hơn đơn năng.
• Tế bào gốc đơn năng (Unipotent): Chỉ tạo ra một loại tế bào nhất định, nhưng vẫn có khả năng tự tái tạo (1).

Ngoài hai đặc tính cơ bản trên, tế bào gốc còn một số đặc tính khác như: 

• Tính điều hòa miễn dịch: Tế bào gốc trung mô có thể tiết ra các phân tử tín hiệu (cytokine, chemokine, yếu tố tăng trưởng) để ức chế hoặc kích hoạt phản ứng miễn dịch tùy theo nhu cầu của môi trường.
• Khả năng định vị (homing): Tế bào gốc có khả năng nhận biết vùng mô bị tổn thương và di chuyển đến đúng vị trí cần sửa chữa thông qua các tín hiệu viêm trong cơ thể.
• Khả năng tiết các yếu tố sinh học: Tiết ra các chất như exosome, yếu tố tăng trưởng, protein chống viêm có tác dụng kích thích các tế bào lân cận tự phục hồi. 

Những đặc tính này của tế bào gốc đã mở ra nhiều hướng nghiên cứu và ứng dụng lâm sàng, giúp điều trị nhiều bệnh lý hơn.

Tế bào gốc có thể nhận biết và di chuyển đến vị trí viêm thông qua các tín hiệu của cơ thể

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính của tế bào gốc

Đặc tính của tế bào gốc chịu tác động mạnh mẽ từ cả môi trường bên trong lẫn môi trường bên ngoài. Hiểu rõ những yếu tố này giúp các nhà khoa học tối ưu khả năng tự tái tạo, biệt hóa và ứng dụng tế bào gốc hiệu quả hơn trong y học tái tạo. 

3.1. Môi trường vi mô/ổ sinh thái (Bên ngoài)

Tế bào gốc tồn tại trong một môi trường chuyên biệt gọi là “ổ sinh thái” (stem cell niche), có vai trò cung cấp các tín hiệu để duy trì các đặc tính của chúng.

Các yếu tố từ môi trường bên ngoài có thể ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính của tế bào gốc như:

• Yếu tố vật lý – cơ học: Độ cứng của chất nền, thành phần chất nền ngoại bào (ECM), hình dạng tế bào đều ảnh hưởng đến quá trình biệt hóa. Ví dụ, chất nền cứng hơn có thể thúc đẩy sự biệt hóa thành tế bào tạo xương, trong khi bề mặt mềm hơn có thể hỗ trợ các dòng tế bào khác nhau.
• Yếu tố sinh hóa: Nồng độ oxy, độ pH, các yếu tố tăng trưởng, cytokine và hormone (ví dụ: TGF-β1, FGF, VEGF) điều chỉnh sự tăng sinh và số phận của tế bào.

Các yếu tố bên ngoài đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì tính đa năng của tế bào gốc, định hướng biệt hóa và ngăn ngừa hoặc gây ra lão hóa. Ngược lại, nếu môi trường vi mô bị rối loạn, tế bào gốc có thể mất chức năng bình thường hoặc hình thành các tế bào bất thường, bao gồm cả tế bào ung thư (2).

Đặc tính của tế bào gốc chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố vi môi trường

3.2. Di truyền và biểu sinh nội tại

Bên cạnh môi trường vi mô, đặc tính của tế bào gốc còn chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố nội tại liên quan đến gen và cơ chế biểu sinh:

• Các yếu tố phiên mã: Những protein như Oct4, Sox2, Klf4 và Nanog rất cần thiết để duy trì tính đa tiềm năng và kích hoạt trạng thái tế bào gốc.
• Điều hòa biểu sinh: Sự biến đổi histone và quá trình methyl hóa ADN làm thay đổi trạng thái chromatin một cách năng động để kiểm soát biểu hiện gen, ảnh hưởng đến bản sắc tế bào gốc.
• Tuổi tác và sức khỏe: Tế bào gốc của người lớn tuổi hoặc những người mắc bệnh mạn tính như đái tháo đường, tăng huyết áp thường có khả năng sinh sản giảm, quá trình lão hóa diễn ra nhanh hơn và tiềm năng biệt hóa bị thay đổi. Nguyên nhân là khi cơ thể già đi, cả tế bào gốc lẫn ổ vi môi trường của chúng đều giảm khả năng tự tái tạo, tăng nguy cơ đột biến ADN và tích lũy tổn thương oxy hóa.

3.3. Nguồn gốc mô của tế bào gốc

Đặc tính của tế bào gốc cũng khác nhau tùy theo nguồn mô thu nhận. Mỗi loại tế bào gốc sẽ có khả năng tăng sinh, tự tái tạo và xu hướng biệt hóa riêng biệt. 

• Loại mô: Tế bào gốc từ mô mỡ, tủy xương hay dây rốn thể hiện tốc độ tăng sinh và xu hướng biệt hóa khác nhau. Ví dụ, tế bào gốc trung mô (MSC) có nguồn gốc từ màng Wharton thường có tiềm năng tăng sinh cao hơn so với tế bào gốc trung mô có nguồn gốc từ tủy xương.
• Tuổi thai: Tế bào gốc nhau thai từ thai kỳ sớm hơn cho thấy thời gian nhân đôi nhanh hơn và tiềm năng biệt hóa tốt hơn.

3.4. Điều kiện nuôi cấy tế bào (trong ống nghiệm)

Trong quá trình nuôi cấy trong phòng thí nghiệm, đặc tính của tế bào gốc có thể thay đổi dưới tác động của nhiều điều kiện khác nhau. 

• Số lần cấy chuyển: Nuôi cấy trong ống nghiệm lâu dài và cấy chuyển thường xuyên có thể dẫn đến mất tính chất tế bào gốc, lão hóa và giảm tiềm năng biệt hóa.
• Môi trường nuôi cấy và các chất bổ sung: Việc sử dụng huyết thanh (ví dụ: FBS), các yếu tố tăng trưởng và khung đỡ 3D ảnh hưởng đến tốc độ tăng sinh và duy trì đặc tính của tế bào gốc, nhưng có thể tiềm ẩn nguy cơ biệt hóa tự phát không mong muốn.

Trong điều kiện phòng thí nghiệm, môi trường nuôi cấy ảnh hưởng đến sự phát triển và đặc tính của tế bào gốc 

4. Vai trò của các đặc tính trong nghiên cứu và y học hiện đại

Chính nhờ những đặc tính độc đáo nêu trên mà tế bào gốc trở thành nền tảng cho hàng loạt ứng dụng y học đang và sẽ thay đổi cách chúng ta điều trị bệnh.

• Y học tái tạo (Regenerative Medicine): Đây là lĩnh vực ứng dụng rộng nhất và trực tiếp nhất. Tận dụng khả năng biệt hóa, các nhà khoa học đang phát triển liệu pháp tế bào gốc để sửa chữa hoặc thay thế các mô, cơ quan bị tổn thương (cơ tim, thần kinh, sụn khớp) mà cơ thể không thể tự phục hồi.
• Điều trị các bệnh về máu và ung thư: Ghép tế bào gốc tạo máu (hematopoietic stem cell transplantation – HSCT) là phương pháp thay thế tế bào gốc tạo máu bị hỏng hoặc tiêu diệt bằng tế bào gốc khỏe mạnh, giúp hồi phục khả năng tạo máu và miễn dịch.
• Điều trị bệnh tự miễn và viêm mạn tính: Tính điều hòa miễn dịch của MSCs đang được nghiên cứu trong điều trị lupus ban đỏ hệ thống, bệnh Crohn, xơ cứng rải rác và hội chứng ghép tạng chống vật chủ (GVHD). 
• Tạo mô hình bệnh tật và thử nghiệm thuốc: Tế bào gốc vạn năng cảm ứng (iPSCs) còn được dùng để tạo ra các mô thu nhỏ giống cơ quan thật từ tế bào của chính bệnh nhân. Đây là công cụ vô giá để nghiên cứu cơ chế bệnh sinh, thử nghiệm thuốc cá nhân hóa mà không cần thử trực tiếp trên người và phát triển các phương pháp điều trị mới. 
• Nuôi cấy và biệt hóa tế bào: Trong phòng thí nghiệm, tế bào gốc được biệt hóa thành tế bào chuyên biệt (như tế bào đảo tụy, tế bào thần kinh) để cấy ghép, giúp điều trị đái tháo đường type 1, Alzheimer hoặc Parkinson.
• Thẩm mỹ da liễu và chữa rụng tóc: Sử dụng tế bào gốc (thường là từ mô mỡ) để chữa lành vết thương mạn tính, trẻ hóa da và kích thích nang tóc – một trong những hướng đi có kết quả khả quan trong các nghiên cứu lâm sàng bước đầu.

Dù có tiềm năng rất lớn, việc ứng dụng tế bào gốc vào lâm sàng vẫn còn nhiều thách thức như nguy cơ tạo khối u (teratoma), thải loại miễn dịch, chi phí và yêu cầu cao về kỹ thuật trong việc mở rộng quy mô nuôi cấy, đưa vào điều trị thường quy và các vấn đề đạo đức liên quan.

Nhờ các đặc tính riêng biệt, tế bào gốc được ứng dụng trong điều trị các bệnh lý về cơ xương khớp 

Đặc tính của tế bào gốc tạo nên khả năng sinh học đặc biệt mà rất ít loại tế bào khác trong cơ thể có được. Những đặc tính này không tồn tại độc lập mà tương tác chặt chẽ với nhau và với môi trường vi mô xung quanh. Nhờ những tiến bộ trong nghiên cứu, các nhà khoa học ngày càng hiểu rõ cách kiểm soát và ứng dụng tế bào gốc trong y học tái tạo, mở ra nhiều hướng điều trị mới cho các bệnh lý mạn tính giúp nâng cao tuổi thọ cho người bệnh.

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:

• (1): Poliwoda, Salomon. 2022. “Stem cells: a comprehensive review of origins and emerging clinical roles in medical practice.” PMC. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9404248/.
• (2): Mustapha Najimi Mustapha Najimi. 2025. “Editorial: External factors influencing stem cells’ pluripotency, senescence, and differentiation.” Frontiers. https://www.frontiersin.org/journals/cell-and-developmental-biology/articles/10.3389/fcell.2025.1733564/full#s2.