Tế bào gốc biểu mô là gì? Tìm hiểu đặc điểm, chức năng và ứng dụng

Mỗi ngày, cơ thể người thay thế hàng tỷ tế bào biểu mô ở nhiều cơ quan như da, niêm mạc ruột, giác mạc mắt và phổi để duy trì chức năng bảo vệ và tái tạo mô. Việc tái tạo liên tục đó được vận hành và duy trì bởi một loại tế bào đặc biệt là tế bào gốc biểu mô. Để hiểu hơn về đặc điểm, chức năng và ứng dụng của loại tế bào gốc này, hãy cùng Mescells tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

1. Tế bào gốc biểu mô là gì?

Tế bào gốc biểu mô (Epithelial Stem Cells – EpSCs) là các tế bào chưa biệt hóa nằm trong mô biểu mô (như da, giác mạc hoặc niêm mạc ruột). Chúng có khả năng tự tái tạo và biệt hóa thành các loại tế bào chuyên biệt để liên tục thay thế, sửa chữa các tế bào biểu mô đã già cỗi hoặc bị tổn thương trong cơ thể.

Không giống như tế bào gốc tạo máu hay tế bào gốc trung mô có thể di chuyển tự do qua máu, tế bào gốc biểu mô thường “neo đậu” tại chỗ trong một môi trường vi mô đặc thù gọi là “ổ tế bào gốc” (stem cell niche). Ổ này cung cấp tín hiệu sinh hóa và cơ học cần thiết để duy trì trạng thái tế bào gốc và điều phối quá trình biệt hóa.

Tế bào gốc biểu mô không tập trung ở một vị trí duy nhất mà phân bố rải rác theo từng cơ quan, mỗi nơi có đặc điểm riêng biệt:

• Da (biểu bì): Tế bào gốc biểu bì nằm ở lớp đáy (basal layer) của biểu bì và vùng phình nang tóc (hair follicle bulge). Đây là quần thể tế bào gốc được nghiên cứu kỹ nhất trong y học tái tạo.
• Giác mạc mắt: Tế bào gốc biểu mô giác mạc nằm tại vùng rìa giác mạc (limbus), ranh giới giữa giác mạc trong suốt và kết mạc. Chúng chịu trách nhiệm tái tạo liên tục lớp biểu mô giác mạc.
• Ruột: Tế bào gốc biểu mô ruột nằm ở đáy các hốc ruột (crypts).
• Phổi: Biểu mô phế nang chứa các tế bào gốc loại II (AT2 cells) có khả năng tự tái tạo và biệt hóa thành tế bào loại I (AT1) – đơn vị trao đổi khí chủ yếu của phổi.
• Tuyến vú, tuyến tiền liệt và nhiều cơ quan khác: Đều có quần thể tế bào gốc biểu mô riêng với đặc điểm marker và ổ tế bào gốc đặc thù.

Tế bào gốc biểu mô nằm tại vùng rìa giác mạc (limbus)

2. Đặc điểm của tế bào gốc biểu mô

2.1. Khả năng tự tái tạo và biệt hóa

Các tế bào gốc biểu mô có thể phân chia lâu dài để tạo ra các bản sao chính xác của chính mình, duy trì nguồn tế bào gốc. Ngoài ra, chúng thường là tế bào đơn năng hoặc đa năng, nghĩa là chúng có thể biệt hóa thành một hoặc nhiều loại tế bào cụ thể trong dòng tế bào biểu mô.

Trong quá trình phân chia, một tế bào gốc biểu mô con vẫn là tế bào gốc (tự tái tạo) trong khi tế bào còn lại trở thành tế bào khuếch đại tạm thời (TA) trải qua quá trình phân chia nhanh chóng và biệt hóa cuối cùng.

2.2. Dấu ấn phân tử (Molecular Markers)

Dấu ấn phân tử của tế bào gốc biểu mô phụ thuộc nhiều vào từng loại mô. Tuy nhiên, một số marker phổ biến được công nhận rộng rãi là:

• p63: Là marker đặc trưng của tế bào gốc biểu mô da và giác mạc. Protein p63 duy trì tiềm năng tăng sinh của các tế bào gốc vùng rìa giác mạc, và yếu tố phiên mã C/EBPδ duy trì khả năng tự đổi mới của các tế bào này và điều chỉnh tốc độ phân bào của chúng.
• Lgr5 (Leucine-rich repeat-containing G protein-coupled receptor 5): Marker đặc trưng của tế bào gốc biểu mô ruột, dạ dày và một số mô biểu mô khác. Được phát hiện bởi Hans Clevers năm 2007, Lgr5 đã trở thành cột mốc trong nghiên cứu tế bào gốc biểu mô ruột.
• ABCG2 (ATP-binding cassette transporter G2): Marker phổ biến của tế bào gốc biểu mô vùng rìa giác mạc (limbal stem cells), được sử dụng để xác định và phân lập tế bào gốc để ghép.
• Keratin 5 (K5) và Keratin 14 (K14): Protein cấu trúc đặc trưng của tế bào ở lớp đáy biểu bì – nơi chứa quần thể tế bào gốc biểu mô da.
• Surfactant Protein C (SPC/SFTPC): Marker đặc trưng của tế bào AT2 – tế bào gốc biểu mô phế nang của phổi.

P63 là yếu tố đặc trưng giúp duy trì khả năng tự đổi mới của tế bào gốc biểu mô

2.3. Tốc độ chu kỳ tế bào

Một đặc điểm thú vị của tế bào gốc biểu mô là tính không đồng nhất trong chu kỳ phân chia. Trong cùng một mô có thể tồn tại hai nhóm tế bào gốc với nhịp độ khác nhau:

• Tế bào gốc chậm phân chia: Đây là quần thể “dự phòng”, ít phân chia trong điều kiện bình thường nhưng sẵn sàng kích hoạt khi tổn thương nghiêm trọng.
• Tế bào gốc hoạt động: Phân chia liên tục để cung cấp tế bào mới cho quá trình thay thế hàng ngày. Ví dụ điển hình là tế bào gốc Lgr5+ ở đáy hốc ruột, phân chia mỗi 24 giờ để tạo ra hàng tỷ tế bào biểu mô ruột mỗi ngày.

2.4. Phụ thuộc chặt chẽ vào ổ tế bào gốc (Stem Cell Niche)

Không giống các tế bào gốc khác, tế bào gốc biểu mô cực kỳ nhạy cảm với môi trường vi mô xung quanh. Ma trận ngoại bào (extracellular matrix – ECM) không chỉ là giá đỡ cơ học mà còn là “bộ nhớ sinh học” lưu trữ tín hiệu điều phối hoạt động của tế bào gốc.

Hoạt động của tế bào gốc biểu mô phần lớn được điều khiển bởi ổ tế bào gốc, bao gồm khả năng sống sót, tự đổi mới và biệt hóa của chúng. Ổ tế bào gốc bao gồm nhiều thành phần và tương tác khác nhau, bao gồm các yếu tố tăng trưởng, cytokine, tiếp xúc giữa các tế bào và các thành phần bám dính giữa tế bào và chất nền. Trong các mô trưởng thành, ổ tế bào gốc này thường cần thiết để duy trì một nhóm tế bào gốc biểu mô không hoạt động, do đó, ngăn ngừa tình trạng cạn kiệt hoặc mở rộng không kiểm soát có thể dẫn đến hình thành khối u (theo Bingnan Gu, 2011).

2.5. Khả năng tạo organoid in vitro

Một trong những đặc điểm nổi bật của tế bào gốc biểu mô là khả năng tự tổ chức thành cấu trúc 3D gọi là organoid – mô hình cơ quan thu nhỏ trong phòng thí nghiệm. Điều này đặc biệt quan trọng với tế bào gốc ruột (Lgr5+): khi được nuôi cấy trong gel collagen với các yếu tố tăng trưởng phù hợp, chúng tự hình thành các cấu trúc hốc-nhung mao (crypt-villus) thu nhỏ, giữ nguyên đặc điểm sinh lý của ruột người trong nhiều tháng nuôi cấy.

Hoạt động của tế bào gốc biểu mô ruột phụ thuộc vào ổ tế bào gốc ruột 

3. Chức năng của tế bào gốc biểu mô

Tái tạo mô liên tục: Biểu mô là lớp mô có tốc độ thay thế nhanh nhất trong cơ thể. Các tế bào gốc biểu mô đảm bảo nguồn cung không gián đoạn:

• Biểu mô ruột non: Toàn bộ được thay mới trong 3-5 ngày, đòi hỏi sản xuất hàng tỷ tế bào mỗi ngày.
• Biểu mô giác mạc: Được tái tạo theo hướng tâm từ vùng rìa vào trung tâm, chu kỳ hoàn chỉnh khoảng 7-10 ngày.
• Lớp sừng của da: Thay thế hoàn toàn trong khoảng 2-4 tuần.

Sửa chữa tổn thương: Khi biểu mô bị tổn thương, do vết thương, bỏng, nhiễm trùng hay phẫu thuật, tế bào gốc biểu mô được kích hoạt nhanh chóng:

• Tăng tốc độ phân chia, bổ sung lượng tế bào bị mất.
• Di cư đến vùng tổn thương để “lấp đầy” khiếm khuyết biểu mô.
• Tiết các yếu tố tăng trưởng (EGF, KGF, TGF-β) kích thích quá trình lành thương toàn diện.

Duy trì hàng rào bảo vệ: Biểu mô là hàng rào đầu tiên ngăn chặn vi khuẩn, virus, chất độc và tia UV xâm nhập cơ thể. Tế bào gốc biểu mô đảm bảo hàng rào này luôn được duy trì toàn vẹn, bất kỳ khiếm khuyết nào cũng được phát hiện và sửa chữa kịp thời. Đây là lý do tại sao suy giảm chức năng tế bào gốc biểu mô (do lão hóa, bệnh tật hay tổn thương) dẫn đến nguy cơ nhiễm trùng và bệnh tật tăng cao.

Điều phối cân bằng nội môi mô: Ngoài tái tạo đơn thuần, tế bào gốc biểu mô còn tham gia điều phối môi trường vi mô của mô – giao tiếp với tế bào miễn dịch, nguyên bào sợi và tế bào thần kinh thông qua hệ thống tín hiệu phức tạp (Wnt, Notch, Hedgehog). Sự giao tiếp này đảm bảo số lượng tế bào được sản xuất đúng loại, đúng lúc, đúng nơi.

Tế bào gốc biểu mô duy trì cấu trúc của mô da – hàng rào bảo vệ đầu tiên của cơ thể

4. Ứng dụng tế bào gốc biểu mô trong y học

4.1. Ghép tế bào gốc biểu mô giác mạc

Đây là lĩnh vực ứng dụng tế bào gốc biểu mô thành công nhất hiện nay. Khi vùng rìa giác mạc bị phá hủy (do bỏng hóa chất, nhiễm trùng nặng hay bệnh lý di truyền), tình trạng “suy giảm tế bào gốc rìa giác mạc” (Limbal Stem Cell Deficiency – LSCD) xảy ra – kết mạc xâm lấn giác mạc, gây mờ mắt tiến triển.

Một thử nghiệm lâm sàng do Bệnh viện Mắt và Tai Massachusetts sử dụng tế bào gốc biểu mô rìa giác mạc tự thân nuôi cấy (CALEC) để cấy ghép vào mắt bị tổn thương đã phục hồi an toàn bề mặt giác mạc ở 14 bệnh nhân được theo dõi trong 18 tháng. Kết quả cho thấy phục hồi hoàn toàn giác mạc ở 50% số người tham gia sau 3 tháng, và tỷ lệ thành công hoàn toàn tăng lên 79% và 77% lần lượt sau 12 và 18 tháng. Phân tích bổ sung về tác động của phương pháp này đối với thị lực cho thấy mức độ cải thiện thị lực khác nhau ở cả 14 bệnh nhân (theo Mass Eye and Ear, 2025).

4.2. Liệu pháp gen cho các rối loạn di truyền

Các nhà khoa học đã phát triển liệu pháp kết hợp tế bào gốc biểu mô với chỉnh sửa gen để điều trị bệnh da di truyền nặng. Một thử nghiệm lâm sàng Phase I/II theo dõi dài hạn 6,5 năm đã chứng minh rằng ghép tế bào gốc biểu bì được chỉnh sửa gen để điều trị bệnh ly thượng bì bọng nước thể liên kết (Junctional Epidermolysis Bullosa – JEB) – bệnh da phồng rộp di truyền nghiêm trọng – cho kết quả bền vững và an toàn. Lớp biểu bì tái tạo hoàn toàn bình thường về chức năng và gần như không thể phân biệt với da bình thường, được duy trì bởi một số ít tế bào gốc biểu bì tự tái tạo lâu dài (theo Laura De Rosa, 2016).

Chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9 đặc hiệu alen đối với bệnh lý thượng bì bọng nước thể đơn giản trội ở tế bào gốc biểu bì người

4.3. Điều trị bỏng nặng và lành vết thương

Tế bào gốc biểu mô được nuôi cấy trong ống nghiệm và cấy ghép lên bệnh nhân để chữa lành các vết bỏng độ ba sâu, đe dọa tính mạng. Chúng thúc đẩy quá trình tái tạo biểu mô tự nhiên và đẩy nhanh quá trình lành các vết thương mạn tính khó lành, chẳng hạn như loét do tiểu đường.

Về điều trị vết thương mạn tính, sản phẩm thương mại EpiDex®, được tạo từ tế bào gốc biểu mô có nguồn gốc từ nang tóc, đã được sử dụng lâm sàng từ năm 2004 để điều trị loét mạn tính (đặc biệt loét tĩnh mạch), với ưu điểm là tuổi người hiến tặng (bệnh nhân) không ảnh hưởng đến khả năng tăng sinh của tế bào. Một nghiên cứu dài hạn được thực hiện từ năm 2004 đến năm 2008 cho thấy điều trị bằng EpiDex đã giúp vết thương lành hoàn toàn trong 3 trên 4 trường hợp trong thời gian theo dõi 9 tháng (theo Inga Brockmann, 2018).

4.4. Tế bào gốc biểu mô ruột và bệnh viêm ruột (IBD)

Bệnh viêm ruột (IBD), bao gồm bệnh Crohn và viêm loét đại tràng, ảnh hưởng đến hàng triệu người trên toàn thế giới với tỷ lệ mắc ngày càng tăng. Một tổng quan được công bố vào tháng 7/2023 trên tạp chí Cell Death Discovery đã tổng hợp bằng chứng về việc sử dụng tế bào gốc ruột (Lgr5+) và organoid trong điều trị IBD. Các organoid có thể được ghép vào niêm mạc ruột của người nhận và thể hiện khả năng phục hồi biểu mô ruột bị tổn thương, mở ra triển vọng lớn cho điều trị IBD (theo Cheng-mei Tian, 2023).

4.5. Organoid – Cầu nối giữa phòng LAB và giường bệnh

Organoid tế bào gốc biểu mô đang được ứng dụng theo hai hướng chính trong y học:

• Mô hình bệnh cá nhân hóa: Organoid được tạo từ sinh thiết biểu mô của bệnh nhân cụ thể, cho phép thử nghiệm thuốc và liệu pháp trực tiếp trên “bản sao” của mô bệnh nhân, không cần thực hiện trực tiếp trên cơ thể người.
• Ghép tế bào điều trị: Organoid hoặc các đơn vị tế bào gốc biểu mô được ghép trực tiếp vào vùng mô bị tổn thương để kích thích tái tạo. Hiệu quả đã được chứng minh trong các mô hình viêm đại tràng và tổn thương niêm mạc ruột.

Một bài viết tổng quan được đăng trên tạp chí Development vào năm 2023 về tế bào gốc biểu mô dạ dày đã mô tả chi tiết cách organoid từ tế bào gốc Lgr5+ và Troy+ của dạ dày được sử dụng không chỉ để nghiên cứu sinh lý dạ dày mà còn làm nền tảng cho mô hình bệnh ung thư dạ dày và thử nghiệm can thiệp điều trị (theo Fidelia B. Alvina, 2023).

Sử dụng tế bào gốc biểu mô rìa giác mạc nuôi cấy để điều trị bệnh về mắt 

Tế bào gốc biểu mô là những “người thợ thầm lặng” không thể thiếu trong việc duy trì sự toàn vẹn của cơ thể. Trong tương lai không xa, khi công nghệ organoid, liệu pháp gen và kỹ thuật nuôi cấy tế bào gốc tiếp tục phát triển, nhiều bệnh lý biểu mô hiện chưa có phương pháp điều trị hiệu quả sẽ có thêm lựa chọn mới, từ bệnh viêm ruột mạn tính  đến xơ phổi, từ bỏng nặng đến mù giác mạc. Tế bào gốc biểu mô không chỉ là đối tượng nghiên cứu mà còn đang dần trở thành công cụ điều trị thực sự, đem lại hy vọng và cơ hội thay đổi cuộc sống cho nhiều người hơn.

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:

• Bingnan Gu. 2011. “Epithelial Stem Cells: An Epigenetic and Wnt-Centric Perspective.” PMC. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC2923477/#S1.
• “New hope for repairing eye damage once thought untreatable.” 2025. Harvard Gazette. https://news.harvard.edu/gazette/story/2025/03/new-hope-for-repairing-eye-damage-once-thought-untreatable/.
• Laura De Rosa. 2013. “Long-Term Stability and Safety of Transgenic Cultured Epidermal Stem Cells in Gene Therapy of Junctional Epidermolysis Bullosa.” PMC. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3916757/.