Bài giảng môn Sinh học - Tế bào gốc

Nhóm 6SeminarTeá baøo goácThành viên:Hoàng Tuấn LộcNgô Ngọc MừngLê Phú TânTrần Hải PhongVõ Nguyễn Như TríLương Hoàng Kim NgânHuỳnh Nguyễn Thanh Phong Nội dung chính1. Định nghĩa Tế bào gốc2. Phân loại Tế bào gốc3. Nguồn lấy Tế bào gốc4. Ứng dụng Tế bào gốc5. Nuôi cấy Tế bào gốc6. Biệt hóa Tế bào gốc1. Định nghĩa Tế bào gốc Tế bào gốc là những tế bào sơ khai chưa biệt hóa và vẫn giữ được khả năng biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau trong cơ thểCác đặc điểm cơ bản của Tế bào gốc.- Mang đầy đủ đặc điểm của một tế bào động vật: khả năng sinh sản, trao đổi chất và năng lượng, sinh trưởng và phát triển, - Chúng có khả năng phân chia và tự tái tạo trong khoảng thời gian dài.- Chúng không bị biệt hóa, và chúng có thể phát triển thành các loại tế bào chuyên biệt. - Ở điều kiện thích hợp, tế bào gốc có thể phát triển thành các mô và cơ quan chuyên biệt.Cell Differentiation – Quá trình biệt hóa tế bào  ● Skin cells of epidermis: Tế bào biểu bì  ● Neuron of Brain: Nơron trong não  ● Pigment Cell: Tế bào sắc tố  ● Ectoderm (External Layer): Ngoại bì (lớp ngoài)  ● Sperm: Tinh trùng  ● Egg: Trứng  ● Germ Cells: Giao tử  ● Zygote: Hợp tử  ● Blastocyst: Phôi bào  ● Gastrula: Phôi dạ  ● Mesoderm (Middle Layer): Trung bì (Lớp giữa)  ● Cardiac Muscle: Cơ tim  ● Skeletal Muscle Cells: Tế bào cơ xương  ● Tubule Cell of the Kidney: Tế bào ống trong thận  ● Red Blood Cells: Tế bào hồng cầu  ● Smooth Muscle (in Gut): Tế bào cơ trơn (trong ruột)  ● Endoderm (Internal Layer): Nội bì (lớp trong cùng)  ● Lung Cell (Alveolar Cell): Tế bào phổi (Tế bào túi phổi)  ● Thyroid Cell: Tế bào tuyến giáp  ● Pancreatic Cell: Tế bào tuyến tụy2. Phân loại Tế bào gốc Phân loại theo đặc tính hay mức độ biệt hóa Phân loại theo nguồn gốc phân lập Phân loại theo đặc tính hay mức độ biệt hóa. Theo mức độ biệt hoá có thể chia Tế bào gốc thành bốn loại: - Toàn năng (hay thuỷ tổ). - Vạn năng. - Đa năng. - Đơn năng.a/ Tế bào gốc toàn năng hay tế bào gốc thủy tổ (totipotent stem cells)Là những tế bào có khả năng biệt hóa thành tất cả các loại tế bào cơ thể từ một tế bào ban đầu.Trứng đã thụ tinh và các tế bào được sinh ra từ những lần phân chia đầu tiên của tế bào trứng đã thụ tinh (giai đoạn 2 - 4 tế bào – các blastosomer).b/ Tế bào gốc vạn năng (pluripotent stem cells).Là những tế bào có khả năng biệt hóa thành tất cả các tế bào của cơ thể có nguồn gốc từ ba lá mầm phôi.Các tế bào gốc vạn năng không thể phát triển thành thai, không tạo nên được một cơ thể sinh vật hoàn chỉnh mà chỉ có thể tạo nên được các tế bào, mô nhất định.c/ Tế bào gốc đa năng (multipotent stem cells)Là những tế bào có khả năng biệt hóa thành nhiều loại tế bào của cơ thể từ một tế bào ban đầu.Các tế bào gốc trưởng thành như tế bào gốc tạo máu, tế bào gốc thần kinh chỉ có tính đa năng; nhưng trong những điều kiện nhất định, chúng vẫn có thể chuyển biệt hóa và trở nên có tính vạn năng.d/ Tế bào gốc đơn năng (mono/unipotential progenitor cells).Tế bào gốc đơn năng là những tế bào gốc chỉ có khả năng biệt hóa theo một dòng.Khả năng biệt hóa theo dòng cho phép duy trì trạng thái sẵn sàng tự tái tạo mô, thay thế các tế bào mô chết vì già cỗi bằng các tế bào mô mới. ● Fertilised egg: Trứng đã thụ tinh ● Totipotent stem cells: Tế bào gốc tổng năng ● Blastocyst containing pluripotent stem cells: Phôi nang chứa tế bào gốc toàn năng● Isolated pluripotent SCs from inner cell mass: Tế bào gốc toàn năng được tách ra từ khối tế bào nội tại ● Hematopoeitic SCs: Tế bào gốc máu ● Neural SCs: Tế bào gốc thần kinh ● Mesenchymal SCs: Tế bào gốc trung mô ● Tissue-specific SCs: Tế bào gốc chuyên mô ● Cultured pluripotent SCs: Tế bào gốc toàn năng được nuôi cấy ● Blood cells: Tế bào máu ● Cells of nervous system: Tế bào thần kinh ● Connective tissue: bones, cartilage, etc.: Mô liên kết: xương, sụn Xếp loại theo nguồn gốc phân lập. Theo nguồn gốc phân lập có thể xếp loại tế bào gốc làm 3 loại: - Tế bào gốc thai. - Tế bào gốc phôi (trong đó có tế bào gốc phôi thực thụ và tế bào mầm phôi). - Tế bào gốc trưởng thành. a/ Tế bào gốc thai (Foetal stem cells) Là các tế bào vạn năng hoặc đa năng được phân lập từ tổ chức thai sau nạo phá thai hoặc từ máu cuống rốn sau khi sinh.b/ Tế bào gốc phôi (Embryonic stem cells) và tế bào mầm phôi (Embryonic germ cells).Tế bào gốc phôi là các tế bào gốc vạn năng được lấy từ phôi giai đoạn sớm (4 -7 ngày tuổi).Tế bào mầm phôi là các tế bào mầm nguyên thủy có tính vạn năng.Tế bào mầm phôi là các tế bào sẽ hình thành nên giao tử và được phân lập từ phôi 5-9 tuần tuổi hoặc từ thai nhi.So với tế bào gốc phôi, các tế bào mầm phôi khó duy trì dài hạn hơn trong nuôi cấy nhân tạo do chúng ở giai đoạn biệt hóa cao hơn.c/ Tế bào gốc trưởng thành (Adult stem cells/Somatic stem cells) Là các tế bào chưa biệt hóa được tìm thấy với một số lượng ít trong các mô của người trưởng thành (máu ngoại vi, mô não, mô da, mô cơ). Tế bào gốc phôiTế bào gốc trưởng thànhCó ở phôi túi (blastocyst) với số lượng lớn.Có ở các mô trưởng thành, số lượng ít.Dễ nuôi cấy nhân tạo.Khó nuôi cấy nhân tạo hơn.Có tính vạn năng cao hơn, dễ tăng sinh trên nuôi cấy invitro, cho phép tạo ra lượng lớn. Về cơ bản có tính đa năng, có thể có tính vạn năng.Gần như bất tửKhông bất tử, số lần phân chia bị giới hạnNguy cơ tạo các khối u teratoma caoVì thế mà tế bào gốc phôi chưa được sử dụng trên lâm sàng. Để tránh tạo khối u, cần định hướng biệt hóa tế bào gốc phôi trước trên nuôi cấy nhân tạo. Ít nguy cơ tạo các khối u teratomaDo lấy từ một cơ thể khác nên tế bào gốc phôi “lạ” với cơ thể nhận vì thế có nguy cơ gây nên phản ứng thải ghép.Không bất đồng miễn dịch, không gây thải ghép nếu là ghép tự thân.Nếu ghép cho một người khác thì vẫn bất đồng gây phản ứng thải ghép.Không dùng được cho ghép tự thân, trừ trường hợp tế bào gốc tạo ra bằng kỹ thuật nhân bản tạo phôi vô tính. Các tế bào gốc của bản thân là nguồn tế bào tốt nhất cho ghép.3. Nguồn lấy tế bào gốc Nguồn lấy tế bào gốc phôi. Nguồn lấy tế bào mầm phôi và tế bào gốc thai. Nguồn lấy tế bào gốc trưởng thành.a/ Nguồn lấy tế bào gốc phôi:Tế bào gốc phôi được lấy từ khối tế bào bên trong của phôi túi (blastocyst) phát triển từ:- Các phôi tạo nên bằng kỹ thuật thụ tinh trong ống nghiệm.- Các phôi nhân bản tạo nên bằng cách tách blastosomer trong giai đoạn phôi 2- 4 tế bào, hoặc bằng cách phân chia phôi túi.- Các phôi nhân bản vô tính tạo nên bằng kỹ thuật chuyển nhân tế bào.b/ Nguồn lấy tế bào mầm phôi và tế bào gốc thai. Nguồn lấy tế bào mầm phôi và tế bào gốc thai là thai động vật hoặc thai thai nhi nạo bỏ. Với thai người nạo bỏ, thường chỉ lấy ở thai nhi dưới 6 tuần tuổi. Tổ chức mầm sinh dục thai là nơi lấy tế bào mầm phôi, các tổ chức khác của thai (não, gan) là nơi lấy tế bào gốc thai. c/ Nguồn lấy tế bào gốc trưởng thành Thường lấy từ các tổ chức trưởng thành như: máu cuống rốn, trung mô cuống rốn, tủy xương, máu ngoại vi, nang lông, tổ chức nãoCác nguồn lấy Tế bào gốc4. Ứng dụng Tế bào gốc Ghép tế bào gốc trị liệu / liệu pháp Tế bào (stem cell therapy) Công nghệ mô (tissue engineering) Các ứng dụng khác của Tế bào gốc phôia/ Ghép tế bào gốc trị liệu Đa số các tế bào chuyên biệt của cơ thể không thể thay thế được nhờ vào các quá trình tự nhiên nếu chúng bị hư hại nghiêm trọng hay mắc bệnh. Tế bào gốc có thể được dùng để tạo ra những tế bào chuyên biệt khỏe mạnh và có đầy đủ chức năng, thay thế những tế bào bị bệnh hay hoạt động sai lệch. Việc thay thế tế bào bị bệnh bằng tế bào lành mạnh, được gọi là liệu pháp tế bàoQuy trình ứng dụng tế bào gốc trị liệuSản xuất dòng tế bào gốc: - Thu tế bào gốc: từ phôi hoặc từ tổ chức trưởng thành. - Nuôi cấy các tế bào gốc này trong labo nhằm nhân lên về mặt số lượng.Với tế bào gốc phôi, cần nuôi cấy nhân tạo trong các điều kiện môi trường lý hóa thích hợp để định hướng biệt hóa thành các tế bào mong muốn. Ghép tế bào gốc, đưa các tế bào gốc này vào các khu vực tổn thương cần sửa chữa.Ứng dụng tế bào gốc trưởng thành trong điều trị Điều trị các bệnh tai biến mạch máu não, tổn thương giác mạc, các bệnh máu và bệnh gan, tổn thương tủy sống, liền vết thương da, điều trị ung thư, u não, các khối u đặc, tái tạo cơ tim sau cơn đau tim, đái đường type I, tạo xương không hoàn chỉnh, tổn thương xương và sụn(Điều trị viêm tủy xương)Viêm tủyCắt bỏPhục hồiSau khi cấy TBGTrước khi cấy TBGTiêu diệt TBG ung thưLiệu pháp TBG trong điều trị ung thưtiêm tế bào gốc thần kinh vào một phần não của động vật bị bệnh glioma ác tính Tế bào gốc từ vùng não không bị bệnh di cư đến khu vực khối u và tấn công tế bào khối u Ứng dụng tế bào gốc phôi trong điều trị. Các bệnh có thể được điều trị bằng ghép các tế bào có nguồn gốc từ tế bào gốc phôi người bao gồm bệnh Parkinson, đái đường, chấn thương tủy sống, suy tim Liệu pháp tế bào gốc trong bệnh tiểu đường Biến chứng bệnh tiểu đường :Tai biến mạch máu nãoMù mắtSuy thậnLiệt dương,Nhiều nơi cũng đã nghiên cứu, sử dụng tế bào gốc trung mô để biệt hóa thành tế bào tiết insulin, hướng đến việc chữa bệnh tiểu đường Bệnh nhân tiểu đường tiêm insulin mỗi ngàyPhương thức điều trị bệnh tiểu đườngPhương thức ghép những tế bào tụy tạng (greffe de cellules pancréatiques) Phương thức tự ghép những tế bào gốc (autogreffe de cellules souches) lấy trong tủy xương.Ứng dụng liệu pháp tế bào gốc trong điều trị các thương tổn trên da của bệnh nhân bị tiểu đường.Liệu pháp tế bào gốc trong bệnh tim mạch- Bệnh lý tim mạch: nhồi máu cơ tim, suy tim,- Các phương pháp như đặt stent, can thiệp mạch vành không có hiệu quả tốt - Liệu pháp tế bào gốc được ứng dụng nhiều- Sử dụng tế bào gốc từ tuỷ xương bơm vào lòng động mạch vành, vị trí nhánh nuôi vùng cơ tim bị tổn thương1. Tế bào gốc được tuyển lựa từ tủy xương chậu của bệnh nhân. 2. Các tế bào gốc trưởng thành được tiêm vào tim bệnh nhân nơi bị hư hại. 3. Các tế bào tự nó bám chặt và sản xuất protein (chất đạm) cung cấp tín hiệu cho việc phát triển mạch máu mới và cơ tim. b/ Công nghệ mô (tissue engineering) Công nghệ mô là một ứng dụng của tế bào gốc trị liệu, có thể thiết lập tế bào thành các cấu trúc không gian ba chiều dùng để sửa chữa mô tổn thương. Sửa chữa tổ chức bằng công nghệ mô có thể được thực hiện bằng cách nuôi cấy tế bào gốc và sau đó ghép vào mô tổn thương. Hạn chế của liệu pháp tế bào gốcCó khả năng tạo khối u sau khi cấy ghép Hình thành nên các đột biến di truyền, đặc biệt là khi nuôi cấy tế bào gốc trong thời gian dàiCác rủi ro truyền nhiễm tiềm ẩn từ động vật cho sang người nhậnCác tế bào được cấy ghép có thể bị phá hủy do đáp ứng thải loại miến dịch của cơ thể chủDự đoán các dị tật bẩm sinh và các bất thường nhau thai dẫn đến sảy thai.Nghiên cứu các khối u ở trẻ em có nguồn gốc từ phôi.tế bào gốc phôi có thể được định hướng biệt hóa thành các loại tế bào đặc thù cho sàng lọc thuốc.c/ Các ứng dụng khác của Tế bào gốc phôi5. Nuôi cấy Tế bào gốcThành phần môi trường nuôi cấyMuối vô cơCarbohydrate, acid béo, amino acidVitamineYếu tố vi lượngHuyết thanha/ Nuôi cấy sơ cấp Là quá trình nuôi cấy được thực hiện trực tiếp từ mảnh mô ban đầu đến khi cấy chuyền lần thứ nhất Gồm các bước: thu nhận mô  tách rời các tế bào  nuôi cấy tế bàob/ Nuôi cấy thứ cấp Là quá trình nuôi cấy được thực hiện sau lần cấy chuyền đầu tiên Gồm các bước: loại bỏ môi trường cũ  rửa bình/đĩa nuôi  tách các tế bào gốc bám vào đáy đĩa  pha loãng các tế bào gốc bằng môi trường mới Pha mẫu máu thu được với dung dịch PBS/2mM EDTA theo tỉ lệ 1:1Dùng pipette hút 15 ml dung dịch Ficoll_Hypaque vào ống ly tâm 50mlRót nhẹ 30 ml hỗn hợp PBS và máu lên trên lớp dung dịch Ficoll_Hypaque sao cho không làm xáo động bề mặt Ficoll_Hypaque/mẫuLy tâm 30’ ở 1500v\phút, nhiệt độ phòngTách tế bào đơn nhân ra từ pha giữaRửa 2-3 lần với PBS/EDTATái huyền phù tế bào trong môi trường nuôi cấyThu nhận và nuôi cấy tế bào gốc từ máu cuống rốn6. Biệt hóa tế bào gốc. Biệt hóa tế bào gốc là quá trình biến đổi từ tế bào gốc không có chức năng chuyên biệt thành tế bào chuyên hóa.Nguyên tắcLoại bỏ các tác nhân biệt hóa không định hướng.Cảm ứng tế bào gốc biệt hóa thành dạng tế bào mong muốn bằng các tác nhân biệt hóa thích hợp.Biệt hóa bằng hóa chấtMột số hormone, cytokine, vitamin, các ion Ca2+...tác động lên tế bào làm tế bào thay đổi sự biểu hiện của genBiệt hóa bằng các chất nềnDựa vào sự tương tác giữa tế bào và chất nền trong nuôi cấy tế bào in vitro.Mỗi mô khác nhau có thành phần chất nền ngoại bào ECM (Extra cellular matrix ) của riêng nó.Bổ sung ECM thích hợp vào nuôi cấy in vitro giúp các tế bào gốc có thể biệt hóa thành các tế bào mong muốn.Cảm ơn các bạn đã lắng nghe !