Tế bào hình sao: Cấu trúc, chức năng và tiềm năng trong y học

Tế bào hình sao là tế bào quan trọng trong hệ thần kinh trung ương. Chúng được đặt tên như vậy vì trông giống như “những ngôi sao trên bầu trời đêm” khi quan sát trên mẫu vật được nhuộm bằng phương pháp Golgi. Vậy tế bào hình sao có chức năng và tiềm năng ứng dụng của chúng trong y học ra sao? Bài viết sau đây của Mescells sẽ giúp bạn giải đáp câu hỏi này.

1. Tế bào hình sao là gì? Phân loại tế bào hình sao

Tế bào hình sao là một loại tế bào thần kinh đệm chiếm phần lớn các tế bào trong hệ thần kinh trung ương (CNS) của con người. Chúng thực hiện các nhiệm vụ chuyển hóa, cấu trúc, cân bằng nội môi và bảo vệ thần kinh, tạo điều kiện thuận lợi cho các tế bào thần kinh giao tiếp cũng như điều chỉnh tương tác giữa hệ thần kinh trung ương và phần còn lại của cơ thể.

Dựa trên sự khác biệt về hình thái và phân bố của tế bào hình sao, chúng được chia thành hai loại chính: tế bào hình sao nguyên sinh và tế bào hình sao dạng sợi. Tế bào hình sao nguyên sinh có hình sao và có nhiều nhánh, phân chia thành nhiều nhánh nhỏ. Chúng chiếm ưu thế ở tất cả các vùng chất xám, trong khi tế bào hình sao dạng sợi phổ biến nhất ở chất trắng và về mặt hình thái có nhiều nhánh dài (theo Lidija Gradisnik, 2023).

So với tế bào hình sao nguyên sinh, tế bào hình sao dạng sợi có ít nhánh hơn nhưng dài hơn và phân nhánh nhẹ. Chúng cũng có ít bào quan hơn khi quan sát dưới kính hiển vi điện tử.

Hình ảnh tế bào hình sao

2. Cấu trúc của tế bào hình sao

Khi quan sát dưới kính hiển vi quang học, tế bào hình sao hiện lên với đặc điểm nhận dạng nổi bật là phần nhân lớn bao quanh bởi lớp tế bào chất mỏng, cùng nhiều nhánh tế bào sắc nhọn tỏa đều theo hướng xuyên tâm. Cách sắp xếp các nhánh này tạo cho tế bào vẻ ngoài giống như những ngôi sao thực thụ, và đây cũng chính là nguồn gốc tên gọi của loại tế bào này (theo Dereck C. Wei , 2023).

Nhân của tế bào hình sao có hình tròn hoặc bầu dục và được nhuộm màu nhạt. Các nhánh của chúng không thể nhìn thấy dưới kính hiển vi với các phương pháp nhuộm thông thường, nhưng có thể quan sát dễ dàng thông qua phương pháp nhuộm vàng hoặc bạc. Bộ khung tế bào của thân tế bào và các nhánh chứa protein axit fibrillary thần kinh đệm (GFAP), một loại protein sợi trung gian được tìm thấy gần như duy nhất ở tế bào hình sao. GFAP, cùng với các phân tử khác, được sử dụng làm dấu ấn để phát hiện tế bào hình sao hoặc phân loại các khối u có nguồn gốc từ tế bào hình sao.

Các nhánh của tế bào hình sao được đặc trưng bởi một cấu trúc độc đáo ở đầu xa, được gọi là chân cuối tế bào hình sao (astrocyte end-foot). Cấu trúc này được trang bị các protein xuyên màng chuyên biệt cho phép tương tác trực tiếp với các cấu trúc tế bào hoặc ngoại bào khác (màng đáy, màng tế bào thần kinh đệm hoặc thần kinh, v.v.), từ đó cho phép truyền tín hiệu giữa các tế bào cũng như bám dính vào thành mạch máu.

Cấu trúc của tế bào hình sao

3. Chức năng của tế bào hình sao

Tế bào hình sao đóng vai trò then chốt trong việc hỗ trợ cấu trúc, điều hòa chuyển hóa, bảo vệ thần kinh, tăng trưởng và duy trì cân bằng nội môi của hệ thần kinh trung ương. Để thực hiện các trách nhiệm được giao, tế bào hình sao được trang bị các khe nối, kênh ion và các nhánh chân kết nối chúng với các tế bào thần kinh và nguồn cung cấp mạch máu của chúng trong CNS, cho phép tế bào hình sao theo dõi và tương tác với môi trường ngoại bào cũng như mạng lưới thần kinh (theo Dereck C. Wei, 2023).

Tạo hàng rào máu não (BBB): Chúng sử dụng các “chân” (end-feet) bao quanh các mạch máu não và hình thành hàng rào máu não, giúp kiểm soát các chất từ máu đi vào mô não, nhờ đó bảo vệ não khỏi các tác nhân gây hại. Tế bào hình sao duy trì cân bằng nội môi của CNS bằng cách điều chỉnh độ pH và mức chất lỏng trong não, đệm nồng độ ion kali trong dịch ngoại bào, hấp thụ và tái chế các chất dẫn truyền thần kinh dư thừa và giải độc amoniac.

Cung cấp dinh dưỡng cho neuron: Tế bào hình sao hấp thụ glucose từ máu, chuyển hóa thành lactate hoặc lưu trữ dưới dạng glycogen, cung cấp năng lượng cần thiết cho các tế bào thần kinh (neuron) hoạt động.

Hỗ trợ cấu trúc và phát triển: Chúng nâng đỡ, định hình cấu trúc não bộ và tiết ra các yếu tố tăng trưởng, protein (như S100, laminin) thúc đẩy sự hình thành, phát triển và sống sót của sợi thần kinh.

Sửa chữa và phản ứng với tổn thương: Khi mô não bị tổn thương, tế bào hình sao chuyển sang trạng thái phản ứng (reactive astrocytes), di chuyển đến vị trí thương tổn và hình thành “sẹo thần kinh đệm” (glial scar) để cô lập và sửa chữa. Tế bào hình sao có thể giải phóng và phản ứng với cả tín hiệu gây viêm và chống viêm, chẳng hạn như cytokine và chemokine. Cụ thể, tế bào hình sao giải phóng các chất như interleukin-6 (IL-6) và các yếu tố hoại tử mô (TNF) alpha và beta để thúc đẩy phản ứng miễn dịch trong não.

Điều hòa lưu lượng máu não: Tế bào hình sao kiểm soát đường kính mạch máu, đảm bảo các vùng não hoạt động mạnh nhận đủ máu và oxy.

Vai trò kép của tế bào hình sao đối với bảo vệ và gây độc thần kinh

4. Tiềm năng ứng dụng của tế bào hình sao trong y học

Tế bào hình sao đóng vai trò then chốt trong việc bảo vệ, hỗ trợ phục hồi mô và điều hòa hàng rào máu não (BBB). Nhờ những đặc tính này, chúng đang trở thành mục tiêu đầy hứa hẹn trong việc điều trị nhiều bệnh lý thông qua các liệu pháp sửa chữa tế bào hoặc làm đích đến cho các loại thuốc đặc hiệu.

Để khai thác tiềm năng này, các nhà khoa học đã và đang phát triển những phương pháp vận chuyển thuốc tiên tiến nhằm nhắm trúng đích tế bào hình sao, khắc phục hiệu quả các thách thức về khả năng tiếp cận. Các kỹ thuật tiêu biểu hiện nay bao gồm việc sử dụng hạt nano tiêm trực tiếp vào tủy sống, sử dụng các phân tử dendrimer polyamidoamine để can thiệp vào giai đoạn sớm của tổn thương thiếu máu cục bộ, cùng các giải pháp không xâm lấn hiện đại như vận chuyển thuốc qua trung gian thụ thể, virus hướng thần kinh và exosome. Những tiến bộ này không chỉ giúp thuốc vượt qua hàng rào máu não một cách an toàn mà còn tạo nền tảng quan trọng cho việc ứng dụng các liệu pháp tế bào trong tương lai (theo Hong-Gyun Lee, 2022).

Tế bào hình sao điều phối tín hiệu dẫn truyền thần kinh

Một số tiềm năng ứng dụng cụ thể bao gồm:

Bảo vệ và phục hồi: Tế bào hình sao phản ứng được điều hòa (thông qua STAT3) có khả năng bảo vệ thần kinh, giúp giảm tổn thương ở bệnh nhân tăng nhãn áp và tai biến mạch máu não.

Liệu pháp tế bào (ALS/Alzheimer): Nghiên cứu tiềm năng sử dụng tế bào hình sao khỏe mạnh để thay thế các tế bào bị lỗi, giúp ngăn chặn sự thoái hóa tế bào thần kinh trong bệnh xơ cứng cột bên teo cơ (ALS).

Điều trị xơ gan: Tế bào hình sao ở gan là mục tiêu tiềm năng cho các thuốc phân tử nhỏ mới, nhằm kiểm soát tình trạng xơ hóa.

Tái tạo mô và hàng rào máu não: Giúp duy trì môi trường, kiểm soát ion và chất dẫn truyền thần kinh để hỗ trợ sự sống sót của neuron. Ứng dụng trong việc “tái lập trình” tế bào hình sao thành tế bào thần kinh chức năng tại chỗ sau tổn thương

Những tiến bộ công nghệ gần đây đã dần xác định các chức năng mới của tế bào hình sao, làm nổi bật tiềm năng của chúng như các mục tiêu điều trị. Sinh lý bệnh của loại tế bào này rất phức tạp, đa dạng và dễ thay đổi. Hiểu biết thêm về tế bào hình sao và những ứng dụng của chúng giúp chúng ta nắm rõ cơ chế hỗ trợ, bảo vệ và duy trì hoạt động của hệ thần kinh trung ương, từ đó mở ra nhiều hướng đi mới trong nghiên cứu và điều trị các bệnh lý liên quan, đặc biệt là các bệnh lý thần kinh.