Kỹ thuật phân lập tế bào gốc: Nguyên lý, quy trình và ứng dụng

Tế bào gốc có khả năng tự làm mới và biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau, vì vậy ngày càng được quan tâm trong nghiên cứu và y học tái tạo. Tuy nhiên, để sử dụng tế bào gốc hiệu quả, trước hết cần thu nhận được quần thể tế bào có chất lượng phù hợp. Kỹ thuật phân lập tế bào gốc chính là một trong những bước quan trọng của quá trình này. Hãy cùng Mescells tìm hiểu về nguyên lý, các kỹ thuật phổ biến, quy trình và ứng dụng của phân lập tế bào gốc.  

1. Phân lập tế bào gốc là gì?

Phân lập tế bào gốc là quá trình tách tế bào gốc khỏi các loại tế bào khác có trong mô hoặc mẫu sinh học. Mục đích là thu được quần thể tế bào có độ tinh sạch, số lượng và khả năng sống phù hợp cho các bước nghiên cứu hoặc ứng dụng tiếp theo.

Tùy vào nguồn tế bào như tủy xương, mô mỡ, máu cuống rốn hay các mô khác, phương pháp phân lập sẽ được lựa chọn khác nhau. Một số phương pháp dựa vào đặc điểm vật lý của tế bào, trong khi những phương pháp khác dựa trên khả năng bám dính hoặc các dấu ấn đặc hiệu trên bề mặt tế bào.

Phân lập tế bào gốc từ mẫu mô ban đầu

2. Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật phân lập tế bào gốc

Các kỹ thuật phân lập tế bào gốc thường dựa trên sự khác biệt giữa tế bào gốc và các tế bào đi kèm trong mẫu ban đầu. Những đặc điểm thường được khai thác gồm:

• Kích thước và tỷ trọng tế bào: giúp phân tách các nhóm tế bào bằng phương pháp ly tâm.
• Khả năng bám dính: một số tế bào gốc, điển hình là tế bào gốc trung mô (MSC), có khả năng bám vào bề mặt nuôi cấy.
• Dấu ấn bề mặt: tế bào có thể được nhận diện dựa trên các protein đặc trưng trên màng tế bào.
• Đặc điểm sinh học: khả năng tăng sinh, tự làm mới hoặc biệt hóa cũng có thể được sử dụng để xác định và đánh giá tế bào.

Như vậy, việc lựa chọn phương pháp phân lập cần dựa trên loại tế bào, nguồn mẫu và mục đích sử dụng.

>>> Tìm hiểu thêm: Nuôi cấy tế bào là gì? Phương pháp và điều kiện nuôi cấy

Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật phân lập tế bào gốc dựa trên đặc điểm vật lý và dấu ấn bề mặt tế bào. 

3. Phân lập áp dụng cho những loại tế bào gốc nào?

Kỹ thuật phân lập tế bào gốc có thể được áp dụng cho nhiều nhóm tế bào khác nhau, chẳng hạn:

• Tế bào gốc trung mô (MSC): từ tủy xương, mô mỡ, dây rốn, mô nha chu và một số nguồn khác.
• Tế bào gốc tạo máu (HSC): thường được thu nhận từ tủy xương, máu ngoại vi hoặc máu cuống rốn.
• Tế bào gốc trưởng thành: được nghiên cứu từ da, ruột, thần kinh và các mô khác.
• Tế bào gốc đa năng: bao gồm tế bào gốc phôi và tế bào gốc đa năng cảm ứng (iPSC), với quy trình thu nhận và nuôi cấy có những yêu cầu riêng.

Nguồn mô khác nhau sẽ ảnh hưởng đến lựa chọn phương pháp phân lập cũng như đặc tính của tế bào thu được.

Các nguồn mô phổ biến để phân lập tế bào gốc trung mô (MSC) 

4. Những kỹ thuật phân lập tế bào gốc phổ biến

Tùy vào nguồn mẫu, loại tế bào gốc và mục đích sử dụng, các phương pháp phân lập tế bào gốc có thể khác nhau. Một số kỹ thuật phổ biến gồm: 

Kỹ thuật	Nguyên lý	Ưu điểm	Hạn chế	Ứng dụng thường gặp
Ly tâm theo tỷ trọng	Phân tách tế bào dựa trên sự khác nhau về tỷ trọng	Đơn giản, dễ thực hiện, chi phí tương đối thấp	Độ tinh sạch chưa cao	Làm giàu tế bào đơn nhân, HSC, MSC
Phân lập bằng enzyme	Dùng enzyme phá vỡ cấu trúc mô để giải phóng tế bào	Thu được nhiều tế bào từ mô đặc	Có thể ảnh hưởng đến khả năng sống và đặc tính tế bào nếu xử lý không phù hợp	MSC từ mô mỡ, dây rốn và các mô khác
Bám dính chọn lọc	Dựa vào khả năng một số tế bào bám vào bề mặt nuôi cấy	Đơn giản, không cần thiết bị chuyên dụng	Độ tinh sạch ban đầu có thể chưa cao	Đặc biệt phổ biến với MSC
MACS	Kháng thể gắn hạt từ nhận diện dấu ấn bề mặt, sau đó tách bằng từ trường	Nhanh, có khả năng làm giàu tế bào mục tiêu	Cần kháng thể và thiết bị chuyên dụng	Phân lập và làm giàu HSC, MSC và các quần thể tế bào đặc hiệu
FACS	Phân loại tế bào dựa trên dấu ấn huỳnh quang và đặc điểm tế bào	Độ chọn lọc và độ tinh sạch cao, có thể phân loại nhiều quần thể	Chi phí cao, yêu cầu thiết bị và nhân sự có chuyên môn	Phân lập quần thể tế bào gốc theo marker đặc hiệu
Phân tách dựa trên kích thước	Tách tế bào dựa vào sự khác biệt về kích thước	Có thể thực hiện nhanh	Khả năng phân biệt các tế bào có kích thước gần nhau hạn chế	Làm giàu một số quần thể tế bào trong nghiên cứu

Không có một kỹ thuật phân lập tế bào gốc phù hợp cho tất cả các loại tế bào. Việc lựa chọn phương pháp phụ thuộc vào nguồn mẫu, loại tế bào gốc, độ tinh sạch mong muốn, số lượng tế bào cần thu và mục đích sử dụng. Trong thực tế, có thể kết hợp nhiều phương pháp để đạt hiệu quả phân lập tốt hơn. 

5. Quy trình kỹ thuật phân lập tế bào gốc và tiêu chí đánh giá sau phân lập

Một quy trình phân lập tế bào gốc thường được triển khai theo các bước chính:

5.1. Thu nhận mẫu

Mẫu được nhận từ nguồn tế bào phù hợp, mô mỡ, dây rốn hoặc các mô khác tùy loại tế bào gốc cần phân lập. Mẫu cần được nhận, nhận diện và bảo quản trong điều kiện phù hợp để hạn chế ảnh hưởng đến khả năng sống và đặc tính của tế bào.

5.2. Xử lý mẫu

Ban đầu, mẫu được xử lý để loại bỏ những thành phần không cần thiết và tạo điều kiện giải phóng tế bào. Mẫu nguồn tùy chọn có thể thực hiện các bước như loại bỏ phần mô không cần thiết, phân chia mô hoặc xử lý bằng phương pháp phù hợp. Mục tiêu của bước này được tạo ra một cách nhẹ nhàng, mang lại lợi ích cho quá trình phân tách tiếp theo.

>>> Xem thêm: Kỹ thuật đo dòng chảy tế bào (Flow cytometry) và ứng dụng trong lĩnh vực công nghệ tế bào

Quy trình phân lập, nuôi cấy tăng sinh và đánh giá tế bào gốc trung mô từ mô mỡ 

5.3. Tách và làm giàu tế bào

Từ tế bào dịch bào, các quần thể tế bào được phân tách dựa trên những đặc điểm khác nhau như tỷ lệ, kích thước, khả năng bám dính hoặc dấu ấn bề mặt. Các phương pháp thường được sử dụng bao gồm ly tâm theo tỷ trọng, phương pháp bám dính chọn lọc, MACS hoặc FACS. Sau bước này, quần thể tế bào mong muốn được làm giàu.

5.4. Thu nhận tế bào gốc

Quần thể tế bào sau khi tách được thu thập và kiểm tra sơ bộ về số lượng, hình thái và khả năng sống. Tùy phương pháp phân lập, tế bào có thể được thu trực tiếp hoặc tiếp tục qua các bước làm giàu, tinh sạch để đạt được quần thể phù hợp với mục tiêu nghiên cứu.

5.5. Nuôi cấy hoặc tinh sạch

Tế bào sau khi phân lập có thể được đưa vào điều kiện nuôi cấy thích hợp để duy trì và tăng sinh hoặc tiếp tục thực hiện bước tinh sạch nếu cần. Trong quá trình này, cần theo dõi tình trạng tế bào, hình thái, khả năng tăng sinh và nguy cơ sản xuất tế bào không mong muốn.

Tế bào sau khi phân lập được kiểm tra, tinh sạch và lưu trữ cẩn trọng để đảm bảo số lượng và tỷ lệ sống tốt nhất

5.6. Đánh giá chất lượng

Sau khi phân lập, tế bào cần được đánh giá để xác định chất lượng và mức độ phù hợp với mục đích sử dụng. Một số tiêu chí thường được quan tâm gồm:

• Số lượng tế bào thu được.
• Tỷ lệ tế bào sống.
• Độ tinh sạch của quần thể tế bào.
• Đặc điểm hình thái.
• Các dấu ấn bề mặt đặc trưng.
• Khả năng tăng sinh.
• Khả năng biệt hóa, tùy từng loại tế bào gốc.
• Tình trạng nhiễm vi sinh vật, mycoplasma và nội độc tố khi phù hợp với yêu cầu kiểm soát chất lượng.

Đối với MSC, việc xác định kiểu hình tế bào bằng các dấu ấn bề mặt kết hợp với đánh giá khả năng biệt hóa là những tiêu chí quan trọng để xác nhận đặc tính của quần thể tế bào.

Quy trình phân lập, nuôi cấy và đánh giá tế bào gốc sau phân lập. 

6. Ứng dụng của tế bào gốc sau phân lập

Sau khi phân lập tế bào gốc, quần thể tế bào thu được có thể được kiểm tra chất lượng, nuôi tăng sinh và sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Tùy loại tế bào và mục tiêu nghiên cứu, các ứng dụng phổ biến gồm:

• Nghiên cứu cơ chế tế bào: Tế bào gốc được sử dụng để nghiên cứu quá trình tự làm mới, biệt hóa, tương tác giữa các tế bào và cơ chế hình thành mô.
• Nghiên cứu và phát triển thuốc: Tế bào gốc có thể được sử dụng để xây dựng mô hình tế bào, hỗ trợ sàng lọc thuốc, đánh giá độc tính và nghiên cứu đáp ứng của tế bào với các hoạt chất.
• Y học tái tạo: Khả năng tăng sinh và biệt hóa của tế bào gốc tạo cơ sở cho các nghiên cứu nhằm sửa chữa hoặc thay thế mô bị tổn thương.
• Kỹ thuật mô: Tế bào gốc có thể được kết hợp với vật liệu sinh học hoặc giá thể để nghiên cứu tạo mô và phát triển các mô hình mô nhân tạo.
• Nghiên cứu bệnh học: Tế bào gốc có thể được sử dụng để tạo mô hình bệnh, giúp tìm hiểu cơ chế bệnh và đánh giá các hướng điều trị mới.
• Phát triển liệu pháp tế bào: Các tế bào gốc sau khi được kiểm soát về đặc tính và chất lượng có thể trở thành nguồn tế bào cho nghiên cứu phát triển các sản phẩm trị liệu tế bào.

Như vậy, tế bào gốc sau khi phân lập không chỉ phục vụ nghiên cứu cơ bản mà còn có tiềm năng trong phát triển thuốc, kỹ thuật mô và y học tái tạo. Tuy nhiên, trước khi hướng đến ứng dụng thực tế, tế bào cần được đánh giá đầy đủ về định danh, độ tinh sạch, khả năng sống, đặc tính sinh học và các tiêu chí an toàn phù hợp.

Ứng dụng của tế bào gốc sau phân lập trong nghiên cứu và y học tái tạo.

7. Thách thức và hạn chế trong kỹ thuật phân lập tế bào gốc

Mặc dù phân lập tế bào gốc ngày càng được ứng dụng rộng rãi, quá trình này vẫn gặp nhiều thách thức. Chất lượng tế bào sau phân lập có thể bị ảnh hưởng bởi nguồn mẫu, phương pháp xử lý và điều kiện nuôi cấy.

• Nguồn mẫu không đồng nhất: Tuổi, tình trạng mô và nguồn lấy mẫu có thể ảnh hưởng đến số lượng và đặc tính của tế bào gốc.
• Khó đạt độ tinh sạch cao: Mẫu ban đầu thường chứa nhiều loại tế bào khác nhau, nên việc thu được quần thể tế bào gốc tinh sạch có thể gặp khó khăn.
• Ảnh hưởng đến khả năng sống của tế bào: Quá trình xử lý cơ học, ly tâm hoặc tiêu hóa enzyme không phù hợp có thể làm giảm tỷ lệ tế bào sống.
• Thay đổi đặc tính tế bào: Điều kiện phân lập và nuôi cấy có thể ảnh hưởng đến khả năng tăng sinh, biệt hóa và các đặc tính sinh học của tế bào.
• Chi phí và thiết bị: Một số kỹ thuật như MACS hoặc FACS cần thiết bị chuyên dụng, hóa chất và nhân sự có chuyên môn.
• Khó chuẩn hóa quy trình: Sự khác biệt giữa nguồn mẫu và điều kiện thực hiện có thể dẫn đến kết quả không đồng nhất giữa các lần phân lập.
• Yêu cầu kiểm soát chất lượng: Tế bào sau phân lập cần được đánh giá về số lượng, độ sống, độ tinh sạch, dấu ấn tế bào và các chỉ tiêu an toàn phù hợp.

Để nâng cao hiệu quả của kỹ thuật phân lập tế bào gốc, cần lựa chọn phương pháp phù hợp với từng loại tế bào, kiểm soát chặt chẽ điều kiện xử lý và xây dựng các tiêu chí đánh giá chất lượng rõ ràng. Điều này đặc biệt quan trọng khi tế bào được sử dụng cho nghiên cứu chuyên sâu hoặc phát triển theo hướng ứng dụng lâm sàng.

Thách thức và hạn chế trong phân lập tế bào gốc: tính không đồng nhất, độ tinh sạch và khả năng sống của tế bào. 

Kỹ thuật phân lập tế bào gốc là bước quan trọng giúp thu nhận quần thể tế bào có chất lượng phục vụ nghiên cứu và ứng dụng trong y học tái tạo. Mỗi phương pháp phân lập đều có ưu điểm và hạn chế riêng, do đó cần lựa chọn kỹ thuật phù hợp với từng loại tế bào và nguồn mẫu. Việc kiểm soát tốt quy trình, đánh giá chất lượng và chuẩn hóa các bước thực hiện sẽ góp phần nâng cao độ tinh sạch, khả năng sống và tính ổn định của tế bào. Với sự phát triển của công nghệ tế bào, phân lập tế bào gốc được kỳ vọng tiếp tục mở ra nhiều hướng nghiên cứu và ứng dụng tiềm năng trong tương lai.

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:

• Dominici M, Le Blanc K, Mueller I, et al. Minimal criteria for defining multipotent mesenchymal stromal cells. The International Society for Cellular Therapy position statement. Cytotherapy. 2006;8(4):315-317. PMID: 16923606. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16923606/ 
• Zhu B, Murthy SK. Stem Cell Separation Technologies. Current Opinion in Chemical Engineering. 2013;2(1):3-7. PMID: 23505616. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23505616/ 
• Giacomelli E, et al. Separation technologies for stem cell bioprocessing. Biotechnology and Bioengineering. 2012. PMID: 22887094. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22887094/ 
• Pilbauerová N, Suchánek J. Isolation, cultivation, and characterization of human mesenchymal stem cells. Cytometry Part A. 2018;93(1):1-12. PMID: 29072818. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29072818/