Phân chia tế bào xảy ra như thế nào? Vai trò trong y học tái tạo

Từ lúc cơ thể hình thành đến khi hoàn thiện các bộ phận, hoặc các quá trình diễn ra mỗi ngày như thay da liên tục, hồng cầu được tái tạo, niêm mạc ruột thay lớp, vết thương lành dần – tất cả đều nhờ một quá trình sinh học tinh tế và có kiểm soát chặt chẽ gọi là phân chia tế bào. Đây chính là nền tảng và cơ sở phát triển của sự sống. Vậy phân chia tế bào là gì? Khi nào thì tế bào phân chia? Các hình thức và vai trò của chúng trong y học tái tạo như thế nào? Hãy cùng Mescells tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

1. Phân chia tế bào là gì?

Phân chia tế bào là quá trình một tế bào mẹ tạo ra hai hoặc nhiều tế bào con thông qua việc sao chép và phân phối vật chất di truyền (ADN) cùng các bào quan cần thiết. Mục tiêu cốt lõi là đảm bảo mỗi tế bào con nhận được bộ gene hoàn chỉnh và đủ nguồn lực để hoạt động độc lập.

Mỗi tế bào trong cơ thể chúng ta, từ tế bào nhỏ nhất cho đến phức tạp nhất, đều là kết quả của một chuỗi các lần phân chia tế bào. Cơ chế này cho phép sự phát triển, sửa chữa mô và sinh sản của các sinh vật. Rối loạn chức năng hoặc điều chỉnh sai lệch quá trình phân chia tế bào có thể dẫn đến các khuyết tật về tăng trưởng và các bệnh tăng sinh như ung thư và các bệnh liên quan đến lão hóa.

Phân chia tế bào là quá trình tạo ra hai hoặc nhiều tế bào con từ một tế bào mẹ ban đầu với bộ gene hoàn chỉnh

2. Khi nào thì tế bào phân chia?

2.1. Các tín hiệu kích thích phân chia tế bào

Tế bào phân chia khi nhận được tín hiệu kích thích từ môi trường, chủ yếu là các yếu tố tăng trưởng như EGF (Epidermal Growth Factor), PDGF (Platelet-Derived Growth Factor), chất dinh dưỡng. Các phân tử này gắn vào thụ thể trên bề mặt tế bào, kích hoạt chuỗi tín hiệu nội bào RAS-RAF-MEK-ERK, con đường đưa tế bào từ trạng thái nghỉ (G0) vào chu kỳ phân chia [1]. Ví dụ cụ thể là khi mô bị tổn thương giải phóng các yếu tố tăng trưởng, kích thích tế bào xung quanh bắt đầu phân chia để lấp đầy vùng khuyết tổn.

2.2. Kích thước tế bào đủ lớn

Tế bào không phân chia khi còn quá nhỏ. Một trong những điều kiện để vượt qua điểm kiểm soát G1 là tế bào phải đạt được khối lượng và kích thước tối thiểu, đảm bảo mỗi tế bào con sẽ nhận đủ tài nguyên. Cơ chế cảm nhận kích thước này liên quan đến con đường mTOR và tổng hợp protein.

Khi tế bào đạt khối lượng và kích thước tối thiểu, chúng sẽ phân chia

2.3. ADN được sao chép hoàn chỉnh và không có lỗi

Tế bào có hệ thống giám sát nhiều lớp gọi là điểm kiểm soát (checkpoints). Theo phân tích trên FASEB Journal (2024), ba điểm kiểm soát chính gồm:

• Điểm kiểm soát G1/S: Kiểm tra tổn thương ADN trước khi bước vào nhân đôi. Nếu phát hiện lỗi, protein p53 sẽ được kích hoạt để dừng chu kỳ.
• Điểm kiểm soát G2/M: Đảm bảo toàn bộ hệ gen đã được sao chép chính xác và đầy đủ một lần duy nhất trước khi phân chia.
• Điểm kiểm soát thoi phân bào (Spindle Assembly Checkpoint – SAC): Hoạt động ở kỳ giữa (metaphase) của nguyên phân để kiểm tra tất cả các nhiễm sắc thể đã gắn đúng vào thoi vô sắc chưa, tránh hiện tượng lệch bội nhiễm sắc thể (aneuploidy).

Nếu có bất kỳ vấn đề nào, chu kỳ bị dừng lại để sửa chữa hoặc tế bào bị đưa vào apoptosis nếu tổn thương không thể khắc phục [2].

2.4. Không có tín hiệu ức chế

Tế bào bình thường phân chia theo nguyên tắc “ức chế tiếp xúc”. Khi bề mặt tế bào bị các tế bào lân cận bao quanh kín, chúng nhận tín hiệu dừng phân chia. Đây là cơ chế quan trọng duy trì cấu trúc mô bình thường. Tuy nhiên, tế bào ung thư mất khả năng đáp ứng với cơ chế này, khiến chúng tiếp tục nhân lên một cách ồ ạt và hình thành khối u.

Tế bào phân chia khi ADN được sao chép hoàn chỉnh và không có lỗi, vượt qua các điểm checkpoints

3. Các hình thức phân chia tế bào

3.1. Nguyên phân

Nguyên phân là hình thức phân chia phổ biến nhất, xảy ra ở tế bào sinh dưỡng và tế bào mầm sinh dục. Một tế bào mẹ (2n nhiễm sắc thể) tạo ra hai tế bào con giống hệt nhau, mỗi tế bào con có bộ nhiễm sắc thể đầy đủ (2n). Đây là cơ chế tăng trưởng của cơ thể, tái tạo mô bị hao mòn và lành vết thương.

Quá trình nguyên phân diễn ra qua bốn kỳ tuần tự:

• Kỳ đầu (Prophase): Nhiễm sắc thể co xoắn và trở nên ngắn, dày hơn nên có thể quan sát được. Đồng thời, màng nhân tan rã và thoi phân bào bắt đầu hình thành.
• Kỳ giữa (Metaphase): Nhiễm sắc thể xếp thành hàng ở mặt phẳng xích đạo của tế bào – điểm kiểm soát thoi phân bào đánh giá giai đoạn này.
• Kỳ sau (Anaphase): Các nhiễm sắc tử chị em tách nhau và di chuyển về hai cực đối nhau của tế bào.
• Kỳ cuối (Telophase): Màng nhân dần tái hình thành quanh mỗi bộ nhiễm sắc thể. Cùng với đó, phân chia tế bào chất diễn ra song song để hoàn tất quá trình tạo 2 tế bào.

Trong sinh vật đơn bào, nguyên phân là cơ chế sinh sản. Trong khi đó, ở sinh vật đa bào, quá trình này là nền tảng cho mọi quá trình tăng trưởng, phát triển phôi và tái tạo mô [3].

Nguyên phân và giảm phân là hai hình thức phân chia chính của tế bào người 

3.2. Giảm phân

Giảm phân chỉ xảy ra ở các tế bào sinh dục chín (trong tinh hoàn và buồng trứng) để tạo ra giao tử (tinh trùng hoặc trứng). Giảm phân trải qua hai lần phân chia liên tiếp (Giảm phân I và Giảm phân II) nhưng ADN chỉ nhân đôi một lần. Từ một tế bào mẹ (2n) ban đầu tạo ra bốn tế bào con có bộ nhiễm sắc thể đơn bội (n), tức là số lượng nhiễm sắc thể (NST) giảm đi một nửa.

Điểm đặc biệt quan trọng của giảm phân là hiện tượng trao đổi chéo (crossing over), xảy ra ở kỳ đầu của giảm phân I, khi các nhiễm sắc thể tương đồng trao đổi đoạn ADN cho nhau. Đây chính là nguồn gốc của đa dạng di truyền ở mỗi cá thể, cũng chính là lý do anh chị em ruột có bộ gene khác nhau dù cùng cha mẹ.

Ở phụ nữ, một tế bào sinh trứng sau giảm phân tạo ra 1 trứng (n) và 3 thể cực, trong khi ở nam giới, một tế bào sinh tinh tạo ra 4 tinh trùng (n). Khi tinh trùng (n) kết hợp với trứng (n) trong thụ tinh, chúng tạo thành hợp tử đạt bộ NST đầy đủ (2n), mở đầu cho sự phát triển của một cá thể mới.

3.3. Phân chia nhị phân

Vi khuẩn và các sinh vật nhân sơ không có nguyên phân hay giảm phân, mà chúng phân chia bằng cơ chế đơn giản hơn, gọi là phân chia nhị phân. ADN vòng được nhân đôi, hai bản sao di chuyển về hai cực tế bào, màng tế bào thắt lại tạo thành hai tế bào con. Quá trình này có thể hoàn thành trong 20-30 phút ở điều kiện thuận lợi – lý do vi khuẩn có thể nhân số lên theo cấp số nhân rất nhanh.

Hình thức phân chia tế bào của vi khuẩn khá đơn giản

4. Vai trò của phân chia tế bào trong y học tái tạo

Hiểu và kiểm soát phân chia tế bào chính là chìa khóa mở ra kỷ nguyên y học tái tạo – lĩnh vực hướng tới sửa chữa và thay thế mô, cơ quan bị tổn thương bằng cách khai thác năng lực sinh học của chính cơ thể.

Tế bào gốc và kiểm soát phân chia có định hướng

Tế bào gốc là nền tảng của y học tái tạo nhờ khả năng phân chia tự đổi mới và biệt hóa thành nhiều loại tế bào chuyên biệt. Kiểm soát được thời điểm và hướng phân chia của tế bào gốc là điều kiện tiên quyết để tạo ra các mô thay thế trong phòng thí nghiệm, từ đó mang lại chiến lược điều trị mới cho nhiều bệnh lý nan y.

Một trong những ứng dụng thực tiễn quan trọng nhất của phân chia tế bào chính là khả năng nhân rộng tế bào gốc trung mô (MSC) trong phòng thí nghiệm. Nhờ quá trình phân chia có kiểm soát, các nhà khoa học có thể tạo ra số lượng lớn MSC đủ để đưa vào điều trị lâm sàng. Khi được đưa vào cơ thể, những tế bào này tiếp tục phân chia và tiết ra các yếu tố sinh học giúp điều hòa phản ứng miễn dịch, giảm viêm và kích thích tái tạo mô tổn thương từ bên trong.

Ứng dụng này đang mở ra hướng điều trị mới cho nhiều bệnh lý phức tạp như cơ xương khớp, chấn thương thể thao, tiểu đường và các rối loạn miễn dịch mãn tính. Ngoài ra, các hoạt chất sinh học thu được từ quá trình tiết của MSC cũng đang được nghiên cứu ứng dụng trong thẩm mỹ và chăm sóc sức khỏe, hứa hẹn trở thành nền tảng cho một thế hệ liệu pháp tái tạo không xâm lấn trong tương lai.

Nhờ khả năng phân chia mà tế bào gốc được nhân rộng trong phòng thí nghiệm, ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu và điều trị 

Liệu pháp tế bào gốc đa năng cảm ứng (iPSC)

Một trong những bước tiến quan trọng nhất là công nghệ tế bào gốc vạn năng cảm ứng (Induced Pluripotent Stem Cells – iPSC), cho phép tái lập trình tế bào trưởng thành về trạng thái tương tự tế bào gốc phôi, rồi được điều hướng phân chia và biệt hóa thành loại tế bào cần thiết.

Theo báo cáo cập nhật đến tháng 12/2024 được đăng trên PMC/NIH, có 115 thử nghiệm lâm sàng trên toàn cầu đang kiểm tra 83 sản phẩm từ tế bào gốc đa năng (PSC), với hơn 1.200 bệnh nhân đã được điều trị và không ghi nhận lo ngại an toàn tổng thể nào [4].

Kiểm soát chu kỳ tế bào trong ung thư

Hiểu rõ cơ chế phân chia tế bào là nền tảng để phát triển nhiều thuốc điều trị ung thư thế hệ mới. Các chất ức chế CDK4/6 (như palbociclib, ribociclib, abemaciclib) hoạt động bằng cách “khóa” điểm chuyển tiếp G1/S của chu kỳ tế bào ung thư, ngăn chúng nhân lên. Nhóm thuốc này đã được phê duyệt điều trị ung thư vú giai đoạn muộn và đang được nghiên cứu mở rộng sang nhiều loại ung thư khác.

Organoid – Cơ quan thu nhỏ từ phân chia tế bào có kiểm soát

Organoid là các cơ quan thu nhỏ 3D được nuôi cấy từ tế bào gốc trong phòng thí nghiệm và là một trong những ứng dụng tiên tiến nhất của việc kiểm soát phân chia tế bào. Cơ chế thực hiện bằng cách nuôi cấy tế bào trong phòng thí nghiệm thông qua quá trình phân chia lặp đi lặp lại để tạo ra da, sụn hoặc mạch máu mới, thường được hỗ trợ bởi khung đỡ hoặc công nghệ in sinh học 3D. Các mô hình này đang cách mạng hóa nghiên cứu dược phẩm, cho phép thử nghiệm thuốc trực tiếp trên mô người mà không cần thí nghiệm trực tiếp trên người hoặc lệ thuộc hoàn toàn vào động vật.

Phân chia tế bào là cơ sở của phát triển y học tái tạo 

Mặc dù sự phân chia tế bào rất quan trọng trong y học hiện đại, nhưng việc điều chỉnh không đúng cách sẽ dẫn đến các vấn đề như hình thành khối u (ung thư) hoặc xơ hóa. Trọng tâm chính của nghiên cứu hiện đại là tìm hiểu cách kích thích sự tăng sinh tế bào có kiểm soát trong các mô chuyên biệt cao (như tim hoặc não) mà không gây ra sự tăng trưởng không kiểm soát.

Hiểu biết về phân chia tế bào, khi nào thì tế bào phân chia và theo hình thức nào, không chỉ là kiến thức sinh học thuần túy mà còn là chìa khóa của y học hiện đại. Khi công nghệ chỉnh sửa gene CRISPR, trí tuệ nhân tạo và y học tái tạo ngày càng phát triển và hội tụ với nhau, khả năng ứng dụng phân chia tế bào vào chăm sóc sức khỏe con người hứa hẹn sẽ còn mở rộng hơn rất nhiều trong tương lai gần.

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:

• Ilenia Pellarin, 2025, “Cyclin-dependent protein kinases and cell cycle regulation in biology and disease”, Nature, https://www.nature.com/articles/s41392-024-02080-z
• Simona Cavalu, 2024, “Cell cycle machinery in oncology: A comprehensive review of therapeutic targets”, The Faseb Journal,  https://faseb.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1096/fj.202400769R
• Gangcai Xie, 2024, “Applications of Cell Cycle: Phases of Interphase, Mitosis, and Meiosis”, Longdom, https://www.longdom.org/open-access/applications-of-cell-cycle-phases-of-interphase-mitosis-and-meiosis-107871.html
• Agnete Kirkeby, 2025, “Pluripotent stem-cell-derived therapies in clinical trial: A 2025 update”, The cell, https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(24)00445-4