Tế bào gốc ruột là gì? Đặc điểm, chức năng và ứng dụng trong y học

Trong cơ thể người, ruột non và đại tràng là nơi diễn ra quá trình tái tạo mô nhanh nhất, với toàn bộ lớp biểu mô lót thành ruột được thay mới hoàn toàn chỉ sau khoảng vài ngày. Đằng sau cơ chế này là hoạt động không ngừng nghỉ của tế bào gốc ruột, những tế bào đặc biệt cư trú sâu trong các hốc tuyến (crypt) của thành ruột. Vậy tế bào gốc ruột là gì, chúng có những đặc điểm sinh học nào khác biệt và y học hiện đại đang khai thác chúng ra sao? Hãy cùng Mescells tìm hiểu chi tiết hơn về loại tế bào gốc này thông qua bài viết sau đây.

1. Tế bào gốc ruột là gì?

Tế bào gốc ruột (Intestinal stem cells – ISCs) là quần thể tế bào gốc trưởng thành cư trú tại đáy các hốc tuyến ruột (intestinal crypts). Chúng liên tục tự tái tạo và tạo ra các tế bào tiền thân, từ đó biệt hóa thành các tế bào ruột trưởng thành.

2. Đặc điểm của tế bào gốc ruột

Tế bào gốc ruột sở hữu một số đặc điểm sinh học nổi bật, giúp phân biệt chúng với các loại tế bào gốc trưởng thành khác trong cơ thể.

Khả năng tái tạo

Do ​​biểu mô ruột liên tục tiếp xúc với các tác nhân độc hại và mầm bệnh, tế bào gốc ruột (ISC) có khả năng tăng sinh nhanh chóng, tạo ra hàng tỷ tế bào mới mỗi ngày, nhằm duy trì sự cân bằng mô và sửa chữa tổn thương.

Khả năng đa tiềm năng và biệt hóa

Tế bào gốc ruột có thể biệt hóa thành một trong hai loại tế bào chính: tế bào tiết, chủ yếu bao gồm tế bào Paneth, tế bào hình chén, tế bào nội tiết ruột và tế bào hấp thụ, bao gồm các tế bào hấp thu ruột non (enterocyte) [1].

Tế bào gốc ruột có khả năng tự làm mới liên tục và biệt hóa thành các loại tế bào biểu mô của ruột 

Môi trường vi mô chuyên biệt

Việc duy trì và biệt hóa tế bào gốc ruột (ISC) được điều chỉnh bởi một môi trường vi mô cục bộ chuyên biệt. Môi trường này cung cấp các tín hiệu và dấu hiệu thiết yếu, rất quan trọng cho việc duy trì và điều hòa chức năng của tế bào gốc ruột. Một thành phần cơ bản của ổ ISC là tế bào Paneth tiết ra các yếu tố tăng trưởng, peptide kháng khuẩn và phối tử Wnt, góp phần vào hệ thống miễn dịch niêm mạc và duy trì chức năng của tế bào gốc [2].

Dấu ấn phân tử đặc trưng

Lgr5 hiện là dấu ấn phân tử đặc trưng để nhận diện tế bào gốc ruột hoạt động mạnh.

Các con đường truyền tín hiệu 

Sự giao tiếp giữa các tế bào gốc ruột (ISC) và môi trường vi mô của chúng được điều chỉnh bởi nhiều con đường tín hiệu như con đường Wnt/β-catenin, con đường Notch, con đường yếu tố tăng trưởng chuyển đổi (TGF-β)/protein tạo hình xương (BMP) và con đường Hedgehog. Sự xáo trộn của các con đường này có thể ảnh hưởng đáng kể đến môi trường vi mô của tế bào gốc ruột, dẫn đến tăng khả năng mắc các bệnh đường ruột [3].

>>> Tìm hiểu thêm: Tế bào gốc cuống rốn là gì? Ưu điểm và tiềm năng ứng dụng trong y học

Các con đường truyền tín hiệu giữa tế bào gốc ruột và môi trường vi mô của chúng 

3. Vai trò của tế bào gốc ruột

Tế bào gốc ruột đảm nhiệm những vai trò sinh lý then chốt, quyết định trực tiếp đến sức khỏe của toàn bộ hệ tiêu hóa.

Duy trì biểu mô: Các tế bào gốc ruột (ISC) trải qua quá trình phân chia không đối xứng để duy trì một lượng tế bào gốc ổn định, đồng thời tạo ra các tế bào tăng sinh trung gian. Những tế bào tiền thân này di chuyển lên các nhung mao ruột, trưởng thành thành các tế bào biểu mô chức năng, hình thành hàng rào ngăn vi khuẩn và độc tố xâm nhập vào mô bên dưới.

Hấp thụ chất dinh dưỡng: Chúng tạo ra các tế bào hấp thu ruột non (enterocytes), là những tế bào chính chịu trách nhiệm tiêu hóa và hấp thụ chất dinh dưỡng từ thức ăn vào máu.

Hệ thống phòng vệ niêm mạc: Chúng tạo ra các dòng tế bào tiết chuyên biệt như tế bào Goblet sản sinh chất nhầy bảo vệ và tế bào Paneth tiết ra các peptide kháng khuẩn để điều chỉnh hệ vi sinh vật đường ruột và tạo ra môi trường tế bào gốc hỗ trợ.

Sửa chữa và tái tạo mô: Trong trường hợp bị thương, chiếu xạ hoặc viêm nhiễm, các tế bào gốc ruột (ISC) ở trạng thái nghỉ ngơi sẽ được kích hoạt và thể hiện khả năng biệt hóa linh hoạt để nhanh chóng tái tạo niêm mạc ruột bị tổn thương

Nhờ những vai trò này, tế bào gốc ruột được xem là nền tảng giúp duy trì sự toàn vẹn và chức năng của toàn bộ hệ tiêu hóa trong suốt cuộc đời mỗi người.

Tế bào gốc ruột đóng vai trì duy trì lượng tế bào gốc ổn định và tạo ra các tế bào chức năng 

4. Ứng dụng của tế bào gốc ruột trong y học

Liệu pháp tái tạo và sửa chữa mô: Các nhà khoa học có thể phân lập và nuôi cấy tế bào gốc ruột (ISC) của chính bệnh nhân để cấy ghép chúng trở lại các vùng bị tổn thương. Điều này mang lại hy vọng đầy hứa hẹn trong việc sửa chữa thành ruột ở bệnh nhân mắc bệnh viêm ruột (IBD) như bệnh Crohn và viêm loét đại tràng, cũng như điều trị hội chứng ruột ngắn.

Sàng lọc thuốc cá nhân hóa: Từ tế bào gốc ruột của chính bệnh nhân, các nhà khoa học có thể nuôi cấy thành mô hình organoid mang đặc điểm di truyền riêng của người bệnh. Nhờ đó, hàng trăm loại thuốc và phác đồ điều trị có thể được thử nghiệm trực tiếp trên mô này để đánh giá hiệu quả trước khi áp dụng lâm sàng. Phương pháp này đặc biệt hữu ích trong xét nghiệm chức năng ở bệnh nhân xơ nang và trong việc lựa chọn, điều chỉnh phác đồ điều trị phù hợp cho từng bệnh nhân ung thư đại trực tràng.

Mô phỏng bệnh lý: Bằng cách nuôi cấy tế bào gốc ruột (ISC), các nhà nghiên cứu có thể mô phỏng chính xác cơ chế của các bệnh nhiễm trùng đường tiêu hóa, rối loạn di truyền và khối u. Điều này khắc phục được những hạn chế và vấn đề đạo đức của phương pháp thử nghiệm trên động vật truyền thống.

Nghiên cứu về dinh dưỡng và hệ vi sinh vật: Các mô hình ruột non nhân tạo cho phép quan sát chính xác cách các tế bào ruột hấp thụ các chất dinh dưỡng cụ thể và tương tác với hệ vi sinh vật đường ruột, qua đó thúc đẩy nghiên cứu về suy dinh dưỡng và các bệnh chuyển hóa [4].

>>> Xem thêm: Tế bào gốc tủy xương và tiềm năng ứng dụng trong điều trị bệnh lý

Mô hình ruột non nhân tạo từ các tế bào gốc ruột non được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như sàng lọc thuốc, nghiên cứu bệnh học  

5. Những hạn chế trong quá trình nghiên cứu và ứng dụng tế bào gốc ruột

Nghiên cứu tế bào gốc ruột (ISC) đang đối mặt với những trở ngại nghiêm trọng trong việc ứng dụng lâm sàng. Bao gồm:

Phụ thuộc vào môi trường vi mô: Tế bào gốc ruột (ISC) phụ thuộc vào một môi trường vi mô (niche) rất đặc thù được tạo thành từ các tế bào xung quanh (ví dụ: tế bào Paneth). Việc tái tạo chính xác các tín hiệu sinh hóa và vật lý này bên ngoài cơ thể vẫn còn khó khăn.

Rủi ro hình thành khối u: Vì tế bào gốc ruột (ISC) có khả năng sinh sản cao, việc nhân rộng chúng sẽ làm tăng đáng kể nguy cơ mắc các đột biến có thể dẫn đến phát triển các khối u ác tính hoặc ung thư.

Những trở ngại trong quá trình cấy ghép: Việc đưa các tế bào gốc ruột (ISC) được nuôi cấy vào mô ruột bị tổn thương hoặc mắc bệnh đòi hỏi các quy trình phức tạp, hiện đang gặp phải tỷ lệ sống sót và tỷ lệ cấy ghép chức năng thấp.

Hạn chế về cấu trúc 3D: Trong sàng lọc thuốc, hình dạng hình cầu của các mô hình organoid 3D hiện tại đang hạn chế khả năng tiếp cận khoang bên trong, khiến các thử nghiệm về hấp thu thuốc và tính thấm qua ruột gặp nhiều khó khăn.

Phản ứng đào thải miễn dịch: Cũng như các ca ghép mô khác, các liệu pháp sử dụng tế bào gốc đồng loại (lấy từ người hiến tặng) đều tiềm ẩn nguy cơ phản ứng đào thải miễn dịch, trong khi tế bào tự thân (lấy từ chính bệnh nhân) thường đòi hỏi quá trình chỉnh sửa gen phức tạp đối với những bệnh nhân mắc các rối loạn bẩm sinh.

Phần lớn nghiên cứu vẫn ở giai đoạn tiền lâm sàng: Các thử nghiệm cấy ghép tế bào gốc ruột trên người mới chỉ ở giai đoạn khởi đầu, cần thêm nhiều dữ liệu về tính an toàn và hiệu quả lâu dài trước khi có thể áp dụng rộng rãi.

Chi phí và độ phức tạp kỹ thuật cao: Quy trình phân lập, nuôi cấy và tăng sinh số lượng tế bào gốc ruột đòi hỏi trang thiết bị chuyên sâu và môi trường nuôi cấy đặc biệt, khiến chi phí điều trị ở mức cao.

Phần lớn các nghiên cứu về tế bào gốc ruột vẫn ở giai đoạn tiền lâm sàng, cần thêm nhiều dữ liệu đánh giá trước khi áp dụng thường quy

Tế bào gốc ruột đảm nhiệm vai trò kép, vừa duy trì cân bằng nội môi hằng ngày, vừa là lực lượng chủ chốt phục hồi niêm mạc ruột sau tổn thương. Mặc dù tiềm năng ứng dụng loại tế bào này khá đa dạng, nhưng con đường đưa tế bào gốc ruột từ phòng thí nghiệm vào ứng dụng lâm sàng rộng rãi vẫn còn không ít thách thức, từ vấn đề kỹ thuật nuôi cấy, nguy cơ miễn dịch cho đến chi phí điều trị. Với tốc độ nghiên cứu hiện nay, tế bào gốc ruột được kỳ vọng sẽ tiếp tục là một hướng đi quan trọng của y học tái tạo trong những năm tới.

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:

• Li Liu. 2023, “Effects of hormones on intestinal stem cells”, PubMed Central, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10134583/#Sec2
• Jiahn Choi, 2024, “Intestinal stem cells: guardians of homeostasis in health and aging amid environmental challenges”, Nature, https://www.nature.com/articles/s12276-024-01179-1
• Laween Meran, 2017, “Intestinal Stem Cell Niche: The Extracellular Matrix and Cellular Components”, PubMed Central, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5556610/
• Ahmad Naqiuddin Ahmad Sophien, 2023, “Intestinal stem cells and gut microbiota therapeutics: hype or hope?”, Frontier, https://www.frontiersin.org/journals/medicine/articles/10.3389/fmed.2023.1195374/full