Tế bào gốc nội mô: Đặc điểm, chức năng và ứng dụng trong y học

Cùng với sự phát triển của y học tái tạo, tế bào gốc nội mô đang nổi lên như một trong những lĩnh vực được giới khoa học quan tâm đặc biệt. Kể từ khi được phát hiện, tế bào gốc nội mô đã được tiến hành hàng nghìn công trình nghiên cứu trên toàn thế giới, mở ra hướng điều trị mới cho nhiều bệnh lý tim mạch, thần kinh và chuyển hóa. Hãy cùng Mescells tìm hiểu về khái niệm, đặc điểm, ưu điểm cũng như ứng dụng của chúng trong y học qua bài viết dưới đây.

1. Tế bào gốc nội mô là gì?

Tế bào gốc nội mô (Endothelial Stem Cells – ESCs) là loại tế bào đa năng, thường được tìm thấy trong tủy xương và hệ tuần hoàn. Chúng đóng vai trò cốt lõi trong việc hình thành, sửa chữa và duy trì hệ thống mạch máu, cũng như biệt hóa thành các tế bào nội mô mới để thay thế các tế bào bị tổn thương.

Tế bào gốc nội mô thường ở trạng thái ngủ đông nhưng có thể được kích hoạt để hỗ trợ sửa chữa. Chúng phát triển thành các tế bào tiền thân – những tế bào cam kết biệt hóa theo một con đường phát triển tế bào cụ thể, cuối cùng sẽ tạo ra các tế bào nội mô (EC), hình thành nên lớp nội mô thành mỏng lót bề mặt bên trong của mạch máu và mạch bạch huyết.

Tế bào gốc nội mô tham gia vào quá trình hình thành màng lót bên trong mạch máu và mạch bạch huyết

2. Đặc điểm của tế bào gốc nội mô

2.1. Tự tái tạo và biệt hóa

Tự tái tạo và biệt hóa là hai đặc tính quan trọng của tế bào gốc nội mô (ESCs) trong cơ thể. Tự tái tạo là quá trình tế bào gốc nội mô tạo ra các bản sao của chính chúng, duy trì tính không chuyên biệt của các tế bào trong cơ thể. Quá trình này bao gồm phân chia tế bào gốc thành các tế bào con và giữ nguyên khả năng tự tái tạo. Điều này giúp cơ thể thay thế các tế bào màng nội mạc cũ, hỏng hoặc lão hóa, duy trì chức năng của hệ thống mạch máu và mạch bạch huyết.

Biệt hóa là quá trình mà tế bào gốc nội mô chuyển từ trạng thái không chuyên biệt sang trạng thái chuyên biệt hơn, thường xảy ra qua nhiều giai đoạn. Ví dụ, một tế bào gốc nội mô mạch máu (VESCs) có thể nhân lên và tạo thành cả mạng lưới tế bào nội mô trong gan, bao gồm tĩnh mạch cửa, xoang gan và tĩnh mạch trung tâm, duy trì trong hơn một năm sau ghép. Điều này khẳng định khả năng tái tạo dài hạn thực sự của tế bào gốc nội mô, một đặc trưng không thể có ở tế bào nội mô trưởng thành thông thường.

2.2. Dấu ấn phân tử

Một trong những thách thức lớn nhất trong nghiên cứu về tế bào gốc nội mô là việc thiếu dấu ấn phân tử (marker) đặc trưng để nhận diện chúng. Năm 2018, các nhà khoa học đã phát hiện CD157 như là một marker của tế bào gốc nội mô mạch máu (VESCs). Theo nghiên cứu trên tạp chí Cell Stem Cell, CD157 được biểu hiện trên một tiểu quần thể nhỏ tế bào nội mô trong động mạch và tĩnh mạch lớn của nhiều cơ quan chuột, bao gồm gan, phổi, tim, da và não. Đây được coi là marker đặc trưng nhất của tế bào gốc nội mô mạch máu cho đến nay, dù vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu để xác nhận tính đặc hiệu trên người (theo Taku Wakabayashi, 2018).

Tế bào gốc nội mô có hai đặc tính quan trọng là tự tái tạo và biệt hóa giống các loại tế bào gốc khác 

Ngoài CD157, các marker phân tử liên quan đến ESCs/VESCs bao gồm:

• CD31 (PECAM-1): Marker nội mô chung, biểu hiện trên tất cả các tế bào nội mô kể cả ESCs.
• VE-cadherin (CD144): Protein kết dính đặc trưng của tế bào nội mô, cần thiết cho tính toàn vẹn mạch máu.
• Flk-1/VEGFR-2 (KDR): Thụ thể yếu tố tăng trưởng nội mô mạch (VEGF) – đặc trưng cho tế bào nội mô và tiền thân nội mô, bao gồm ESCs.
• eNOS (endothelial Nitric Oxide Synthase): Enzyme tổng hợp oxit nitric (NO), đặc trưng cho chức năng nội mô trưởng thành. ESCs có thể biểu hiện eNOS ở mức thấp, tăng lên khi biệt hóa hoàn toàn.

2.3. Vị trí cư trú tập trung trong thành mạch

Tế bào gốc nội mô không phân bố đều trong toàn bộ lớp nội mô mà tập trung tại những vị trí đặc thù trong thành mạch:

• Vùng chịu lực cắt thấp: Các nghiên cứu cho thấy ESCs/VESCs có xu hướng tập trung ở những đoạn mạch ít bị lực cắt của dòng máu hơn, tương tự như ổ tế bào gốc được bảo vệ khỏi kích thích cơ học liên tục.
• Mạch máu lớn: CD157+ VESCs được tìm thấy chủ yếu trong lớp nội mô của động mạch và tĩnh mạch lớn, không phải vi mạch.
• Phân bố đa cơ quan: Đã xác định VESCs trong gan, phổi, tim, da, não, võng mạc và hắc mạc của mắt, cho thấy ESCs hiện diện rộng rãi trong toàn bộ hệ thống mạch máu của cơ thể.

CD157 là marker phân tử quan trọng đánh dấu các tế bào gốc nội mô cư trú trong mô 

3. Chức năng của tế bào gốc nội mô trong cơ thể

3.1. Duy trì cân bằng nội môi mạch máu

Trong điều kiện bình thường, lớp nội mô liên tục mất đi các tế bào do lão hóa, lực cắt của dòng máu và các yếu tố nguy cơ tim mạch. Tế bào gốc nội mô đảm nhận vai trò duy trì cân bằng bằng cách cung cấp tế bào nội mô mới thay thế những tế bào bị mất – một quá trình chậm rãi nhưng liên tục. Theo nghiên cứu của Taku Wakabayashi và cộng sự (2018), tế bào gốc nội mô mạch máu (VESCs) duy trì mạch máu lớn và xoang gan trong gan chuột bình thường trong hơn một năm, tức là tế bào gốc nội mô không chỉ hoạt động khi có chấn thương mà còn “làm việc” liên tục trong điều kiện sinh lý bình thường.

3.2. Tái tạo mạch máu sau tổn thương

Khi mạch máu bị tổn thương nghiêm trọng, tế bào gốc nội mô được kích hoạt và nhân rộng nhanh chóng. Thực nghiệm trên mô hình thiếu máu chi dưới và tổn thương gan ở chuột cho thấy: VESCs CD157+ mở rộng đáng kể số lượng và tái tạo toàn bộ cấu trúc mạch máu bị phá hủy – một năng lực vượt xa so với tế bào nội mô trưởng thành thông thường. Đây là bằng chứng rõ ràng nhất về khả năng “dự trữ tái tạo” của tế bào gốc nội mô trong mạch máu.

Tế bào gốc nội mô tái tạo máu trong trường hợp thiếu máu cục bộ

3.3. Điều hòa chức năng cơ quan thông qua tín hiệu angiocrine

Tế bào nội mô, kể cả ESCs, không chỉ đơn thuần là “ống dẫn máu” mà còn tiết ra các phân tử tín hiệu gọi là angiocrine factors (yếu tố angiocrin), bao gồm các cytokine, yếu tố tăng trưởng và phân tử tín hiệu, ảnh hưởng đến chức năng của các tế bào nhu mô xung quanh. Với khả năng tự tái tạo cao hơn, tế bào gốc nội mô được kỳ vọng là nguồn tiết các yếu tố này lâu dài và ổn định hơn so với tế bào nội mô trưởng thành, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì cân bằng của cơ quan.

3.4. Khởi động quá trình tạo mạch (Angiogenesis Initiation)

Không như tế bào tiền thân nội mô thường tham gia vào giai đoạn giữa và cuối của tạo mạch, các tế bào gốc nội mô mạch máu (VESCs) biểu hiện CD157 được cho là có vai trò chủ chốt trong việc khởi động quá trình này. Chúng giúp phát hiện các tín hiệu thiếu oxy (như VEGF, SDF-1) và bắt đầu hình thành các “mầm” mạch máu mới.

Nghiên cứu của Takii và cộng sự đặt giả thuyết rằng ở người, tế bào nội mô mạch máu biểu hiện CD157 cũng có tiềm năng tạo mạch cao, dựa trên phát hiện trước đó về quần thể tế bào gốc nội mô mạch máu (VESCs) ở chuột. Các nhà khoa học biệt hóa iPSC người thành tế bào nội mô mạch máu và theo dõi biểu hiện CD157: xuất hiện ngày 11, đạt đỉnh ngày 14, sau đó giảm dần đến ngày 24. Tế bào ở ngày 14 (CD157 đỉnh) hình thành nhiều mạch máu hơn rõ rệt so với ngày 24, qua các chỉ số nút mạch, nhánh và chiều dài mạng lưới trong xét nghiệm tạo ống. Khi cấy vào mô hình chi sau chuột, tỷ lệ tế bào người tồn tại cũng cao hơn đáng kể ở nhóm CD157+. Kết quả gợi ý CD157+ đại diện cho quần thể tế bào kém biệt hóa hơn, liên quan đến quá trình tạo mạch (theo Ami Takii, 2025).

Tế bào gốc nội mô hoạt động trong các ổ tế bào gốc và duy trì nội môi mạch máu 

4. Ứng dụng của tế bào gốc nội mô trong y học

4.1. Ứng dụng trong điều trị bệnh ung thư

Ngăn chặn sự phát triển mạch máu mới: Khi khối u ung thư phát triển, nó cần hình thành hệ thống mạch máu mới để cung cấp dinh dưỡng và oxy. Do các tế bào gốc nội mô mạch máu (VESCs) biểu hiện CD157 đóng vai trò chủ chốt trong việc khởi động quá trình này, các nhà khoa học đang nghiên cứu các liệu pháp hoặc thuốc có khả năng ức chế đặc hiệu của chúng. Việc vô hiệu hóa các mầm mống tạo mạch sẽ giúp “bỏ đói” và làm suy yếu khối u một cách hiệu quả.

Ngăn chặn sự lây lan: Khi tế bào ung thư rời khỏi khối u gốc và di căn đến các cơ quan khác, chúng bắt buộc phải kích hoạt cơ chế tạo mạch để tạo môi trường thuận lợi cho sự sinh trưởng. Việc nhắm mục tiêu phá hủy hoặc phong tỏa hoạt động của các tế bào gốc nội mô (VESCs) tại các “vùng đệm di căn” sẽ khiến quá trình tân tạo mạch máu của khối u gặp trở ngại lớn, từ đó giúp ngăn chặn tế bào ung thư định cư và lây lan diện rộng.

4.2. Tái tạo mạch máu mắt

Thoái hóa hoàng điểm tuổi già (AMD) và bệnh võng mạc tiểu đường là hai nguyên nhân hàng đầu gây mù lòa trên thế giới, đều liên quan đến tổn thương mạch máu võng mạc và hắc mạc. Nghiên cứu từ Osaka University đã xác định thành công VESCs CD157+ trong mạch máu võng mạc và hắc mạc của chuột, đồng thời phát triển quy trình phân lập tế bào này, đặt nền tảng cho các thử nghiệm ghép VESCs điều trị bệnh mạch máu mắt trong tương lai (theo Taku Wakabayashi, 2022).

Tế bào gốc nội mô mạch máu cư trú trong mô gan chuột được phân lập để nghiên cứu sự hình thành mạch máu khối u  

4.3. Điều trị bệnh gan

Một trong những thí nghiệm ấn tượng nhất liên quan đến tế bào gốc nội mô là sau khi ghép VESCs CD157+ vào chuột mắc mô hình bệnh hemophilia (bệnh rối loạn đông máu), các con chuột không còn biểu hiện chảy máu bất thường, tức là VESCs không chỉ tái tạo mạch máu gan mà còn phục hồi chức năng sản xuất yếu tố đông máu của tế bào nội mô gan. Đây là bằng chứng thực nghiệm mạnh mẽ về tiềm năng điều trị bệnh lý gan do thiếu hụt chức năng nội mô.

4.4. Mô hình bệnh và sàng lọc thuốc

Tế bào gốc đa năng cảm ứng (iPSC-ECs) được ứng dụng mạnh mẽ trong mô hình hóa rối loạn chức năng nội mô (endothelial dysfunction). Theo Chiara Sgromo và cộng sự, trong khi tế bào nội mô nguyên thủy (primary ECs) bị giới hạn bởi tuổi thọ ngắn và biến động giữa các lần lấy mẫu, iPSC-ECs cung cấp nguồn tế bào nội mô vô hạn, ổn định, mang đặc điểm bệnh lý đặc thù của từng bệnh nhân. Đây là tiền đề lý tưởng cho mô hình hóa bệnh di truyền mạch máu, thử nghiệm thuốc và phát triển biomarker (theo Chiara Sgromo, 2024).

4.5. Kỹ thuật mô mạch máu và mạch nhân tạo

Một trong những ứng dụng được kỳ vọng nhất là phủ lớp nội mô sống lên bề mặt mạch nhân tạo sinh học (Tissue-Engineered Vascular Grafts – TEVGs) để phục vụ phẫu thuật tim mạch. Hiện nay, mạch nhân tạo nhỏ (< 6mm) vẫn đối mặt với nguy cơ huyết khối cao do thiếu lớp nội mô hoạt động. Các nghiên cứu mới nhất đang thử nghiệm phủ bề mặt mạch nhân tạo bằng tế bào nội mô có nguồn gốc từ tế bào gốc nội mô hoặc iPSC-ECs được biến đổi miễn dịch, hướng đến một mạch ghép “phổ quát” không bị đào thải, không cần thuốc ức chế miễn dịch (theo Jiesi Luo, 2022).

Phát triển liệu pháp mới nhắm vào tế bào gốc nội mô mạch máu là hướng đi tiềm năng trong điều trị ung thư 

Tế bào gốc nội mô (ESCs) là một trong những phát hiện khoa học hấp dẫn nhất của thập kỷ qua, chứng minh rằng ngay trong lòng mạch máu của cơ thể trưởng thành vẫn ẩn chứa một quần thể tế bào gốc có khả năng tái tạo và duy trì hệ thống mạch máu suốt đời. Trong tương lai không xa, khi các thử nghiệm lâm sàng về ESCs,  iPSC-ECs và VESCs cho kết quả rõ ràng hơn, tế bào gốc nội mô có tiềm năng trở thành một công cụ điều trị thực sự trong y học tái tạo mạch máu, mang lại hy vọng mới cho hàng triệu bệnh nhân tim mạch, đái tháo đường và bệnh lý mạch máu trên toàn thế giới.

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:

• Taku Wakabayashi. 2018. “CD157 Marks Tissue-Resident Endothelial Stem Cells with Homeostatic and Regenerative Properties.” Cell. https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(18)30010-9.
• Ami Takii. 2025. “CD157+ vascular endothelial cells derived from human-induced pluripotent stem cells have high angiogenic potential.” PMC. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12077006/.
• Taku Wakabayashi. 2022. “Identification of CD157-Positive Vascular Endothelial Stem Cells in Mouse Retinal and Choroidal Vessels: Fluorescence-Activated Cell Sorting Analysis.” PMC. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8994164/.
• Chiara Sgromo. 2024. “Bridging the Gap: Endothelial Dysfunction and the Role of iPSC-Derived Endothelial Cells in Disease Modeling.” PMC. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11678083/.