TS. Nguyễn Thị Nhung (thành viên nhóm nghiên cứu) đang đánh giá tế bào trong nuôi cấy. Ảnh: NVCC

Hiểu sâu về cơ chế biệt hóa tế bào gốc

Mối quan tâm về biệt hóa tế bào chức năng gan từ tế bào gốc của nhóm nghiên cứu ở Viện Công nghệ sinh học bắt nguồn từ thông tin của WHO là Việt Nam có khoảng 8 triệu người bị nhiễm virus viêm gan B hoặc viêm gan C, trong đó một tỷ lệ lớn có nguy cơ cao phát triển thành ung thư gan, một loại bệnh đòi hỏi chi phí điều trị tốn kém nhưng tỉ lệ tử vong cao.

Hiện tại, để chữa trị các bệnh về gan như xơ gan, người ta thường áp dụng phương pháp cấy ghép gan song vấn đề đặt ra là nguồn gan hiến tặng không đáp ứng nổi nhu cầu của người bệnh. Gần đây, một giải pháp khả thi khác là cấy ghép tế bào gan - những tế bào nhu mô đảm nhiệm rất nhiều trao đổi chất, dị hóa và đồng hóa trong gan. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi một số lượng tế bào gan khổng lồ lên đến hàng tỷ tế bào, “quá sức” với khả năng hiến tặng và phân lập từ các mẫu mô gan được hiến tặng. Thêm vào đó, “việc tạo lập nguồn tế bào gan tươi trong điều kiện phòng thí nghiệm cũng không thực sự thành công và còn gặp nhiều trở ngại do tế bào gan khi nuôi trong môi trường ngoài cơ thể có khả năng tăng sinh kém, không ổn định, đồng thời nhanh chóng đánh mất các chức năng chỉ sau vài lần cấy chuyển”, TS. Nguyễn Văn Hạnh giải thích.

Trong khi các nhà nghiên cứu còn lúng túng thì công nghệ tế bào gốc - một tiến bộ trong ngành công nghệ sinh học tạo ra một loại tế bào có khả năng biệt hóa thành bất kỳ loại mô, tế bào nào cũng như có tiềm năng rất lớn trong điều trị các bệnh khác nhau như tiểu đường, liệt do chấn thương tủy sống, suy tim do tổn thương cơ tim, một số bệnh ung thư và bệnh lý gene,... “Đã có nhiều bằng chứng nghiên cứu cho thấy vai trò của tế bào gốc trong điều trị và chữa khỏi các bệnh khác nhau như xơ gan, xơ gan mất bù, bệnh di truyền liên quan đến gan hay bệnh ung thư gan,...”, nhóm nghiên cứu Viện Công nghệ Sinh học cho biết.

Tuy nhiên, cái khó nhất khi áp dụng phương pháp này nằm ở việc cơ chế chính xác của quá trình biệt hóa từ tế bào gốc trung mô cuống rốn nói riêng và tế bào gốc nói chung thành tế bào gan vẫn còn nhiều điểm chưa rõ ràng. Trước bài toán này, năm 2016, nhóm nghiên cứu của TS. Nguyễn Văn Hạnh đã đề xuất với Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam đề tài “Nghiên cứu biệt hóa tế bào chức năng gan từ tế bào gốc người và chuột” để hiểu sâu hơn về những cơ chế biệt hóa cũng như có được cái nhìn toàn cảnh về các bước từ phân lập, nhân nuôi, biệt hóa, cấy ghép vào mô hình bệnh gan cho đến đánh giá khả năng khu trú.

Tế bào gốc trung mô chuột sau khi biệt hóa thành tế bào chức năng gan và nhuộm với PAS (độ phóng đại 100x). Ảnh: NVCC

Với khối lượng công việc đồ sộ và phức tạp như vậy, dự án đã phân 31 thành viên tham gia đề tài thành nhiều nhóm nghiên cứu nhỏ và tiến hành các thí nghiệm song song để theo kịp tiến độ đề tài. Cụ thể, các nhóm sẽ tiến hành phân lập, nhân nuôi và đánh giá tế bào gốc trung mô ở người cũng như tiến hành các thí nghiệm tương tự ở chuột, trong đó tế bào gốc của người được phân lập từ mẫu mô màng dây rốn, thành mạch dây rốn và nhau thai theo phương pháp nuôi mảnh mô và phân giải bằng enzyme; còn tế bào gốc của chuột được phân lập từ chuột Balb/c bằng phương pháp lọc rửa tủy xương.

Tiếp đó, ở lần cấy chuyển thứ 3, các tế bào gốc này sẽ được xử lý với nhiều tác nhân biệt hóa khác nhau như DMSO, HGF, dexamethasone, trichostantine, oncostain M và chuyển gene HNF4α để biệt hóa thành các tế bào có chức năng giống tế bào gan. Lý giải về việc áp dụng đến 3, 4 phương pháp biệt hóa khác nhau, TS. Nguyễn Văn Hạnh giải thích, điều này sẽ giúp xác định phương pháp nào tối ưu hơn cũng như khả năng kết hợp của các phương pháp.

Tế bào được biệt hóa trong nghiên cứu này vẫn chưa phải là tế bào gan hoàn chỉnh mà mới chỉ là tế bào có chức năng gan thôi, để đánh giá được nó đã là tế bào gan thành thục như tế bào gan trưởng thành ở người hay chưa thì vẫn cần phải có các nghiên cứu tiếp theo. Và sau khi tạo được tế bào gan trưởng thành rồi thì phải tạo được dòng tế bào để duy trì nó. Cho đến nay, đây vẫn là một bước khá khó khăn với Việt Nam.

Sau khi biệt hóa, các tế bào chức năng gan sẽ được đánh giá mức độ thành thục - bước phức tạp nhất của nghiên cứu này, và được gắn hạt nano kim cương phát quang FND thông qua quá trình thực bào và đánh giá chính xác tỷ lệ sống chết. TS.Nguyễn Văn Hạnh cho rằng, việc đưa hạt nano kim cương phát quang vào tế bào chức năng gan mới được áp dụng nhưng đã hứa hẹn khả năng đánh giá chính xác tỷ lệ khu trú của tế bào bởi đây là công nghệ mới, có tính tương hợp sinh học cao hơn so với một số công nghệ đánh dấu và theo dõi tế bào gốc khác, không độc, có khả năng theo dõi lâu dài, khả năng huỳnh quang liên tục, không bị ngắt quãng, ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của môi trường và nhìn được thấy trong mô. Trong quá trình thực hiện, nhóm cũng kết hợp với Viện Khoa học Vật liệu và viện nghiên cứu ở Đài Loan để quét mẫu mô cũng như định lượng được chính xác các hạt phát quang.

Để tiến hành phân tích sức sống của chuột, tế bào khu trú trong gan và khả năng hồi phục của chuột sau cấy ghép, các nhà nghiên cứu đã cấy chuyển những tế bào đó vào chuột mô hình bệnh gan và theo dõi chúng. Kết quả cho thấy, các khối tế bào gốc nhóm đã phân lập và nhân nuôi đều có chỉ thị đặc trưng của tế bào gốc như bám dính tốt trong quá trình nuôi cấy, tỷ lệ dương tính với một số loại kháng nguyên bề mặt như CD44, CD73, CD90, CD105 cao (trên 90% đối với người và từ 59,8-72,9% đối với chuột); có tiềm năng biệt hóa; duy trì ổn định các đặc tính gốc kể cả sau quá trình bảo quản lạnh và giải đông.

Sau biệt hóa, nhóm đã thu được các tế bào chức năng gan với chỉ thị đặc trưng như dương tính AIB, AFP và HNF4a ở cả mức độ gene thể hiện qua RT.PCR và mức độ protein thể hiện qua nhuộm miễn dịch huỳnh quang, cũng như tế bào có khả năng tích lũy glycogen. Chuột mô hình bệnh sau cấy ghép cho thấy tỉ lệ khu trú tế bào ở gan đạt trên 80%, khả năng phục hồi của chuột cũng tốt hơn khi enzyme AST và ALT - hai enzyme có vai trò quan trọng trong chẩn đoán bệnh về gan - giảm mạnh.

Thành công trên mô hình chuột khiến nhóm nghiên cứu không khỏi mừng rỡ bởi đề tài của họ là nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam sử dụng kỹ thuật khảo sát sự di trú và định hình tế bào sau cấy ghép vào cơ thể với hạt nano kim cương phát quang FND để đánh giá được khả năng khu trú của tế bào. Điều này đặc biệt có ý nghĩa vì “các chuyên gia vẫn cho rằng hiện nay việc cấy ghép tế bào gốc vẫn đang trong tình trạng như “bốc thuốc nam”, nghĩa là mỗi nơi một kiểu và vẫn chưa thống nhất được liều truyền cấy ghép. Vấn đề này có thể gây ra một số bất cập vì nhiều tế bào quá thì lãng phí mà ít quá thì lại chưa hiệu quả”, TS. Nguyễn Văn Hạnh cho hay. “Lâu nay chúng ta vẫn chỉ đánh giá hiệu quả cấy ghép dựa trên các chỉ số cận lâm sàng như xét nghiệm máu, chụp chiếu mô tổn thương, với nghiên cứu này, chúng tôi đã xác định được tế bào gốc khi vào cơ thể thì sẽ đi vào mô nào và với số lượng cụ thể như thế nào”, TS. Hạnh giải thích và cho biết thêm, phương pháp gắn hạt FND này khi thành công cũng có thể được áp dụng để đánh giá khả năng khu trú của tế bào gốc đối với các mô bệnh khác như tim, phổi,...

Với những kết quả này, nhóm cũng đã có 3 công bố trên các tạp chí quốc tế, trong đó có 1 bài đăng trên tạp chí thuộc danh mục SCIE.

Mở ra những hướng nghiên cứu tiềm năng

Dù những phương pháp biệt hóa tế bào gốc thành tế bào chức năng gan của nhóm nghiên cứu không phải là phương pháp mới so với thế giới, TS.Hạnh cho hay, tuy nhiên “trước mắt, việc làm chủ các bước phân lập, nhân nuôi, bảo quản và biệt hóa tế bào gốc sẽ cho phép cung cấp số lượng lớn tế bào để đáp ứng nhu cầu thử nghiệm, nghiên cứu, từ đó thúc đẩy hoạt động nhân nuôi và tạo tế bào trong nước. Bên cạnh đó, nếu hoàn thiện được những tiêu chuẩn phù hợp với mức tiêu chuẩn thế giới đối với các khối tế bào thì sẽ có thể thương mại hóa và được các phòng thí nghiệm khác trong nước và trên thế giới sử dụng”.

Các nghiên cứu trên tế bào gốc dòng tủy ở Việt Nam đã bắt đầu được thực hiện từ năm 1995 và cho đến những năm gần đây, lĩnh vực nghiên cứu này càng trở nên sôi động hơn với sự tham gia của nhiều đơn vị như Viện Tế bào gốc TP.HCM, Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec, Viện Huyết học và Truyền máu Trung ương, Bệnh viện Chợ Rẫy,... Tuy nhiên, theo TS. Hạnh, nghiên cứu tế bào gốc ở các bệnh viện hiện nay chủ yếu đi theo hướng phân lập, sau đó nhân nuôi, tăng sinh hoặc bảo quản để cấy ghép trực tiếp trên người chứ chưa có can thiệp về mặt di truyền hay đi sâu vào các cơ chế, quy trình biệt hóa. Hiện nay cũng chưa có nơi nào cấy ghép trên người các tế bào gốc đã qua biệt hóa. Bởi vậy, sự thành công của nghiên cứu mới này “không chỉ góp phần bổ sung kiến thức khoa học mà còn mở ra hướng nghiên cứu cao hơn nhằm ứng dụng khả năng cấy ghép tế bào gốc, tế bào gan biệt hóa để điều trị cho các bệnh về gan đang rất phổ biến hiện nay”, nhóm nghiên cứu cho biết. Để thực hiện các nghiên cứu theo hướng này, các bệnh viện sẽ là các đơn vị phối hợp trao đổi và triển khai để áp dụng.

Bên cạnh đó, việc biệt hóa tạo được tế bào gan cũng có thể là một tiền đề để xây dựng mô hình thử nghiệm thuốc, thử nghiệm các chất có hoạt tính sinh học từ tế bào gan được biệt hóa in vitro thay cho các dòng tế bào ung thư gan. “Lâu nay, việc sàng lọc hoạt chất thường sử dụng tế bào ung thư là chính, với việc có các nguồn tế bào khác như tế bào gan biệt hóa từ tế bào gốc, hoạt động sàng lọc sẽ có thể có hiệu quả cao hơn”, TS.Hạnh nhận định.

Đây cũng chính là hướng nghiên cứu mà Viện Công nghệ sinh học nói riêng cũng như các viện liên quan thuộc Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam nói chung đã và đang theo đuổi để phục vụ cho mục đích tạo các loại thuốc, hoạt chất mới định hướng phục vụ chữa bệnh và chăm sóc sức khỏe. Hiện nay, Viện cũng đang trong quá trình hoàn thiện Trung tâm nghiên cứu ứng dụng Tế bào gốc và liệu pháp gen mới được đầu tư để phục vụ cho hướng nghiên cứu trọng điểm về tế bào gốc, và “đề tài này là tiền đề để trung tâm khởi động và tiếp tục thực hiện những nghiên cứu tiếp theo”, TS.Hạnh chia sẻ.

Mỹ Hạnh