Dòng tế bào là gì? Phân loại, đặc điểm và ứng dụng trong nghiên cứu y sinh học

Trong nghiên cứu sinh học và y học hiện đại, dòng tế bào (cell line) là một công cụ quan trọng giúp các nhà khoa học tìm hiểu cơ chế hoạt động của tế bào, nghiên cứu bệnh học, phát triển thuốc và đánh giá hiệu quả của nhiều phương pháp điều trị mới. So với việc sử dụng trực tiếp mô hoặc cơ thể sống, dòng tế bào mang lại tính ổn định, khả năng lặp lại cao và thuận tiện trong các thí nghiệm.

Vậy dòng tế bào là gì, được tạo ra như thế nào, có những loại nào và được ứng dụng ra sao trong nghiên cứu? Hãy cùng Mescells tìm hiểu trong bài viết dưới đây.

1. Dòng tế bào là gì?

Dòng tế bào (cell line) là tập hợp các tế bào có nguồn gốc từ cùng một tế bào ban đầu hoặc từ một mẫu mô, được nuôi cấy trong điều kiện phòng thí nghiệm để phát triển và phân chia liên tục. Các tế bào trong cùng một dòng thường có đặc điểm di truyền và sinh học tương đối giống nhau, giúp tạo ra kết quả nghiên cứu ổn định và có thể lặp lại.

Hiện nay, dòng tế bào được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu sinh học, y học, công nghệ sinh học và phát triển thuốc. Nhờ khả năng nuôi cấy trong môi trường được kiểm soát, các nhà khoa học có thể nghiên cứu cơ chế hoạt động của tế bào mà không cần thực hiện trực tiếp trên cơ thể sống.

Dòng tế bào (cell line) được duy trì và tăng sinh trong điều kiện nuôi cấy in vitro 

2. Dòng tế bào được tạo ra như thế nào?

Để tạo ra một dòng tế bào, các nhà nghiên cứu sẽ lấy tế bào từ mô hoặc cơ quan của người hay động vật, sau đó nuôi cấy trong môi trường giàu dinh dưỡng với nhiệt độ, độ pH và nồng độ khí phù hợp.

Quá trình tạo dòng tế bào thường gồm các bước sau:

• Thu nhận tế bào ban đầu: Tế bào được lấy từ mô hoặc cơ quan của người, động vật hoặc các nguồn sinh học phù hợp. Mẫu sau đó được xử lý để tách các tế bào cần nghiên cứu.
• Nuôi cấy tế bào: Tế bào được đưa vào môi trường nuôi cấy có các chất dinh dưỡng cần thiết và được duy trì trong điều kiện thích hợp về nhiệt độ, pH và khí. Tế bào sẽ bám vào bề mặt nuôi cấy hoặc phát triển trong môi trường nuôi cấy lỏng tùy từng loại.
• Tế bào tăng sinh và cấy chuyển: Khi số lượng tế bào tăng lên, chúng được tách và chuyển sang môi trường hoặc bình nuôi cấy mới. Quá trình này được lặp lại để duy trì và mở rộng số lượng tế bào.
• Lựa chọn và duy trì dòng tế bào: Nếu các tế bào có đặc điểm mong muốn, chúng có thể được lựa chọn và tiếp tục nuôi cấy để tạo thành một dòng tế bào tương đối ổn định. Một số dòng có thể được bất tử hóa hoặc biến đổi di truyền để duy trì khả năng phân chia trong thời gian dài.
• Kiểm tra và bảo quản: Dòng tế bào cần được kiểm tra về đặc điểm hình thái, khả năng tăng sinh, đặc tính di truyền và tình trạng nhiễm vi sinh. Sau khi đạt yêu cầu, tế bào có thể được đông lạnh và bảo quản để sử dụng cho các nghiên cứu tiếp theo.

>>> Tìm hiểu thêm: Y học tái tạo là gì? Xu hướng điều trị đột phá của y học hiện đại

Quy trình tạo dòng tế bào ổn định: Từ lựa chọn dòng tế bào bố mẹ đến tạo dòng đơn và lưu trữ ngân hàng tế bào 

3. Có những loại dòng tế bào nào?

Dòng tế bào có thể được phân loại dựa trên nguồn gốc, khả năng tăng sinh và đặc tính sinh học. 

Loại tế bào	Đặc điểm	Ưu điểm	Hạn chế	Ứng dụng thường gặp
Dòng tế bào nguyên phát (primary cell culture) – Giai đoạn tiền thân của dòng tế bào	Được tách trực tiếp từ mô hoặc cơ quan; giữ nhiều đặc điểm giống tế bào trong cơ thể	Phản ánh tương đối tốt đặc tính sinh học tự nhiên	Khả năng tăng sinh có giới hạn, khó duy trì lâu dài	Nghiên cứu chức năng tế bào, sinh lý và đáp ứng thuốc
Dòng tế bào hữu hạn (finite cell line)	Có khả năng phân chia trong một số lần nhất định rồi giảm tăng sinh hoặc lão hóa	Giữ được nhiều đặc tính của tế bào ban đầu	Không thể tăng sinh vô hạn	Nghiên cứu sinh học tế bào, lão hóa và bệnh học
Dòng tế bào liên tục/bất tử (immortalized/continuous cell line)	Có khả năng tăng sinh trong thời gian dài nhờ thay đổi di truyền hoặc quá trình bất tử hóa	Dễ duy trì, tạo số lượng lớn tế bào, thuận tiện cho nghiên cứu lặp lại	Có thể xuất hiện biến đổi di truyền và khác biệt so với tế bào ban đầu	Nghiên cứu ung thư, virus, phát triển thuốc và sản xuất protein

Bảng phân loại các dòng tế bào và ứng dụng trong nghiên cứu

4. Đặc điểm của dòng tế bào

Dòng tế bào có những đặc điểm riêng tùy thuộc vào nguồn gốc và quá trình nuôi cấy. Nhìn chung, các đặc điểm này quyết định khả năng duy trì, tăng sinh và mức độ phù hợp của dòng tế bào đối với từng mục tiêu nghiên cứu. 

• Khả năng tăng sinh: Dòng tế bào có khả năng phân chia và tăng số lượng trong điều kiện nuôi cấy thích hợp. Mức độ tăng sinh khác nhau giữa các dòng: một số chỉ phát triển trong thời gian giới hạn, trong khi các dòng tế bào bất tử có thể tiếp tục tăng sinh trong thời gian dài.
• Đặc điểm hình thái: Mỗi dòng tế bào thường có hình thái đặc trưng như biểu mô, hình thoi, hình tròn hoặc dạng tế bào treo. Quan sát hình thái dưới kính hiển vi là một trong những cách cơ bản để theo dõi tình trạng và sự phát triển của tế bào.
• Đặc tính sinh học tương đối ổn định: Các tế bào trong cùng một dòng thường có những đặc điểm sinh học tương đối giống nhau, chẳng hạn như khả năng biểu hiện protein, đáp ứng với tín hiệu hoặc thực hiện một chức năng nhất định. Tuy nhiên, những đặc tính này có thể thay đổi sau quá trình nuôi cấy kéo dài.

Đánh giá độ phủ tế bào (confluency) trong quá trình nuôi cấy dòng tế bào 

• Khả năng thích nghi với môi trường nuôi cấy: Dòng tế bào cần môi trường nuôi cấy phù hợp để duy trì sự sống và tăng sinh. Các yếu tố như thành phần môi trường, nhiệt độ, pH, khí và mật độ tế bào đều có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của dòng tế bào.
• Có thể bảo quản và sử dụng lâu dài: Dòng tế bào có thể được đông lạnh và bảo quản trong điều kiện thích hợp. Khi cần sử dụng, tế bào được rã đông và nuôi cấy trở lại. Đây là ưu điểm quan trọng giúp tạo nguồn tế bào đồng nhất cho nhiều nghiên cứu khác nhau.
• Có thể xuất hiện biến đổi di truyền: Trong quá trình nuôi cấy, đặc biệt khi duy trì qua nhiều lần cấy chuyền, một số dòng tế bào có thể xuất hiện thay đổi về nhiễm sắc thể hoặc đặc tính di truyền. Vì vậy, việc xác thực dòng tế bào và kiểm soát chất lượng là cần thiết để đảm bảo kết quả nghiên cứu đáng tin cậy.

Dòng tế bào nuôi cấy soi dưới kính hiển vi

5. Ứng dụng của dòng tế bào trong nghiên cứu

Dòng tế bào là công cụ quan trọng trong nghiên cứu sinh học và y học vì cho phép các nhà khoa học nuôi cấy, theo dõi và kiểm soát tế bào trong điều kiện phòng thí nghiệm. Nhờ đó, nhiều quá trình sinh học và bệnh lý có thể được nghiên cứu trước khi tiến hành các nghiên cứu phức tạp hơn. 

• Nghiên cứu cơ chế bệnh: Dòng tế bào được sử dụng để tìm hiểu những thay đổi xảy ra trong tế bào khi mắc bệnh, đặc biệt là ung thư, bệnh truyền nhiễm và các rối loạn liên quan đến tế bào. Các nhà nghiên cứu có thể theo dõi sự thay đổi về hình thái, tăng sinh, biểu hiện gen và protein của tế bào.
• Nghiên cứu và phát triển thuốc: Dòng tế bào là mô hình thường được sử dụng để sàng lọc các hợp chất tiềm năng. Qua đó, có thể đánh giá tác động của thuốc lên tế bào, khả năng ức chế sự phát triển của tế bào mang bệnh và các dấu hiệu độc tính trước khi tiến hành những bước nghiên cứu tiếp theo.
• Nghiên cứu vaccine và virus: Một số dòng tế bào được sử dụng để nghiên cứu sự xâm nhập và nhân lên của virus, tương tác giữa virus với tế bào chủ và đáp ứng của tế bào đối với tác nhân gây bệnh. Đây cũng là công cụ hỗ trợ nghiên cứu và phát triển vaccine, thuốc kháng virus.

>>> Tham khảo thêm: Công nghệ tế bào là gì và có ứng dụng như nào trong y học và thẩm mỹ

Ứng dụng của dòng tế bào trong nghiên cứu và phát triển y học

• Nghiên cứu sinh học phân tử và di truyền: Dòng tế bào giúp nghiên cứu chức năng của gen, protein và các con đường truyền tín hiệu trong tế bào. Các nhà khoa học có thể sử dụng dòng tế bào để khảo sát biểu hiện gen, chỉnh sửa gen và tìm hiểu cơ chế điều hòa hoạt động của tế bào.
• Nghiên cứu ung thư: Các dòng tế bào ung thư được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu sự tăng sinh, xâm lấn, di chuyển và đáp ứng với thuốc của tế bào ung thư. Đây là cơ sở quan trọng cho việc tìm hiểu cơ chế hình thành ung thư và sàng lọc các phương pháp điều trị tiềm năng.
• Sản xuất protein và chế phẩm sinh học: Một số dòng tế bào có khả năng sản xuất các protein tái tổ hợp, kháng thể đơn dòng và các sản phẩm sinh học. Vì vậy, dòng tế bào không chỉ phục vụ nghiên cứu mà còn có vai trò quan trọng trong công nghệ sinh học và phát triển các sản phẩm dùng trong y học.

Ứng dụng dòng tế bào trong nghiên cứu ung thư và sàng lọc thuốc 

Dòng tế bào là một công cụ hữu ích trong nghiên cứu sinh học và y học. Việc nuôi cấy dòng tế bào giúp các nhà khoa học dễ dàng tìm hiểu hoạt động của tế bào, nghiên cứu bệnh và hỗ trợ phát triển thuốc, vắc-xin. Trong tương lai, cùng với sự góp sức của các công nghệ hiện đại, đây vẫn sẽ tiếp tục là phương tiện hữu hiệu, hỗ trợ các nhà khoa học giải đáp cơ chế sinh bệnh và can thiệp vào nhiều vấn đề sức khỏe.

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:

• Geraghty RJ, Capes-Davis A, Davis JM, et al. Guidelines for the use of cell lines in biomedical research. British Journal of Cancer. 2014;111(6):1021-1046. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25117809/ 
• Capes-Davis A, Bairoch A, Barrett T, et al. Cell lines as biological models: Practical steps for more reliable research. Chemical Research in Toxicology. 2019;32(9):1733-1736. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31203605/ 
• Almeida JL, Cole KD, Plant AL. Standards for Cell Line Authentication and Beyond. PLoS Biology. 2016;14(6):e1002476. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27300367/ 
• Wilding JL, Bodmer WF. Cancer cell lines for drug discovery and development. Cancer Research. 2014;74(9):2377-2384. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24717177/