ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
ĐOÀN HOÀNG THU
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TĂNG SINH CỦA TẾ BÀO
GỐC MỠ VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG ĐẾN TẾ
BÀO DA NUÔI CẤY ĐỊNH HƯỚNG TRONG ĐIỀU
TRỊ VẾT THƯƠNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội – 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
ĐOÀN HOÀNG THU
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TĂNG SINH CỦA TẾ
BÀO GỐC MỠ VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG ĐẾN
TẾ BÀO DA NUÔI CẤY ĐỊNH HƯỚNG TRONG
ĐIỀU TRỊ VẾT THƯƠNG
Chuyên ngành : Sinh học thực nghiệm
Mã số : 60420114
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. TS. Đinh Văn Hân
2. PGS. TS. Ngô Giang Liên
Hà Nội 2014
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất tới Tiến
sĩ Đinh Văn Hân và PGS. TS. Ngô Giang Liên – những người thầy đã tận tâm,
nhiệt tình chỉ bảo, hướng dẫn cũng như động viên, cổ vũ tinh thần cho em trong
suốt quá trình thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ.
Em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến những thầy cô giáo đã giảng dạy
em trong những năm qua, những kiến thức mà em nhận được trên giảng đường
sẽ là hành trang giúp em vững bước trong tương lai.
Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Sau đại học, Khoa Sinh
học, Bộ môn Sinh học Tế bào Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học
Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành khóa học.
Xin chân thành cảm ơn các cô chú, anh chị và các bạn đồng nghiệp tại
Khoa Labo nghiên cứu ứng dụng trong điều trị Bỏng – Viện Bỏng Quốc Gia đã
quan tâm, hỗ trợ, tạo điều kiện để em thực hiện đề tài.
Cuối cùng, xin được gửi lời tri ân đến gia đình, bạn bè và tất cả những
người thân yêu đã luôn động viên, khích lệ, giúp đỡ em trong quá trình học tập
để em hoàn thành bản luận văn này!
Hà Nội, ngày 16 tháng 08 năm 2014
Học viên
Đoàn Hoàng Thu
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Khả năng tạo dòng của tế bào mới tách ra từ mô mỡ (n=5).............
Error:
Reference source not found
Bảng 2. Khả năng tạo CFUF theo các thế hệ tế bào (n=5)..........
Error: Reference
source not found
Bảng 3. Ảnh hưởng của tế bào gốc đến tăng sinh nguyên bào sợi Error: Reference
source not found
Bảng 4. Thời điểm nguyên bào sợi gia tăng số lượng khi có tấm tế bào gốc.......
Error:
Reference source not found
Bảng 5. Tỷ lệ sống của nguyên bào sợi sau khi trypsin. Error: Reference source not
found
Bảng 6. Ảnh hưởng của tấm tế bào gốc đến tăng sinh tế bào sừng...............
Error:
Reference source not found
Bảng 7. Ảnh hưởng của tấm tế bào gốc tới di cư tế bào sừng......
Error: Reference
source not found
DANH MỤC HÌNH
Hình 1. Sơ đồ sự tăng sinh của nguyên bào sợi trong các giai đoạn khác nhau của
quá trình liền vết thương.....................................
Error: Reference source not found
Hình 2. Mô phỏng thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của tế bào gốc mô mỡ bằng
phương pháp đồng nuôi cấy.................................
Error: Reference source not found
Hình 3. Tạo vết thương in vitro............................
Error: Reference source not found
Hình 4. Tách mô mỡ bằng enzym collagenase......
Error: Reference source not found
Hình 5. Đĩa tế bào sau 48h nuôi cấy. ..................
Error: Reference source not found
Hình 6. Tế bào sau 4 và 10 ngày nuôi cấy............
Error: Reference source not found
Hình 7. Tế bào gốc mỡ trên kính hiển vi đảo ngược 50X(A) và 100X(B)........
Error:
Reference source not found
Hình 8. Hình thái tế bào gốc mỡ sau khi nhuộm Giemsa. (100X) ..
. Error: Reference
source not found
Hình 9. Tế bào gốc mỡ tạo colony – ngày thứ 1 và 5. (50X) Error: Reference source
not found
Hình 10. Tế bào gốc mỡ tạo colony ở ngày thứ 10 và 20. (50X)....
Error: Reference
source not found
Hình 11. Các đĩa colony sau khi nhuộm giemsa....
Error: Reference source not found
Hình 12. Biểu đồ so sánh số lượng tế bào thu được giữa các thí nghiệm đồng
nuôi cấy tấm tế bào gốc mô mỡ với nguyên bào sợi ở ngày thứ 2. Error: Reference
source not found
Hình 13. Tác động của tấm tế bào gốc mô mỡ lên sự tăng sinh của nguyên bào
sợi (50X)................................................................
Error: Reference source not found
Hình 14. Sự gia tăng số lượng nguyên bào sợi theo thời gian........
Error: Reference
source not found
Hình 15. So sánh số lượng tế bào thu được giữa các thí nghiệm đồng nuôi cấy
tấm tế bào gốc với tế bào sừng...........................
Error: Reference source not found
Hình 16. Tác động của tấm tế bào gốc mô mỡ lên sự tăng sinh của tế bào sừng
Error: Reference source not found
...............................................................................
Hình 17. Tế bào sừng độ che phủ đạt 100% , tế bào sừng hinh ovan và đa di
̀
ện
moc day xêp khit nhau ngay tr
̣
̀ ́
́
ước khi tạo vết cạo để đồng nuôi cấy với tấm tế
bào gốc mỡ và tấm nguyên bào sợi (50X)............
Error: Reference source not found
Hình 18. Ảnh hưởng của tế bào gốc mỡ lên di cư và biệt hóa của tế bào sừng
(50X).
.....................................................................
Error: Reference source not found
Hình 19. So sánh hình thái tế bào gốc mô
mỡ…………………………….Error: Reference source not found
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
AB
Antibiotic/Antimycotic Kháng sinh
ADSCs
AdiposeDerived Stem Cells Tế bào gốc mỡ
DMEM
Dubeco’s Modified Eagle Medium
EGF
Epidermal Growth Factor Yếu tố tăng trưởng biểu bì
FBS
Fetal Bovine Serum Huyết thanh bào thai bê
FGF
Fibroblasts Growth Factor Yếu tố tăng trưởng nguyên bào sợi
HGF
Hepatocyte Growth Factor
IL
Interleukin
ITSX
Insulin, Transferin, Selen X
KGF
Keratinocyte Growth Factor Yếu tố tăng trưởng tế bào sừng
MCS
Mesenchymal stem cells Tế bào gốc trung mô
P
Passage Cấy chuyển
PBS
Phosphat Buffer Saline Dung dịch đệm phosphat
PDGF
PleteletDerived Growth Factor
TB
Tế bào
TGF
Transforming Growth Factor
VEGF
Vessle Endothelial Growth Factor
ĐẶT VẤN ĐỀ
Tế bào gốc là một trong những lĩnh vực sinh học lôi cuốn nhất hiện
nay. Từ lâu, cấy ghép tế bào gốc đã được y học thế giới lựa chọn như là liệu
pháp hữu hiệu để chữa khỏi một số căn bệnh mạn tính, hiểm nghèo liên quan
đến máu, tủy, xương khớp…Trên thế giới, có một số nguồn tế bào gốc được
đưa vào ứng dụng như tế bào gốc tủy xương và tế bào gốc máu cuống rốn,
các tế bào gốc từ 2 nguồn này chủ yếu là tế bào gốc tạo máu nên được ứng
dụng trong nghiên cứu và điều trị các bệnh về máu, còn các bệnh cần có sự tái
tạo thuộc hệ thống trung mô thì ít được ứng dụng. Trong khi đó, các bệnh của
trung mô lại rất thường gặp như các vết thương, vết loét, bệnh lý hệ mạch,
não, tim…Một nguồn TB gốc khác đang được kỳ vọng nhiều chính là tế bào
gốc phôi, mặc dù có tiềm năng lớn nhưng việc nghiên cứu và sử dụng còn rất
khó khăn về công nghệ và đặc biệt là bị cản trở bởi vấn đề y đức (sử dụng tế
bào gốc phôi đồng nghĩa với việc hủy đi một phôi vốn có thể trở thành một
con người). Gần đây, nhiều nghiên cứu tập trung khai thác các tế bào gốc từ
phần phụ của thai như bánh rau, dây rốn. Thành công về công nghệ đã có thể
tách và nhân lên các tế bào gốc nhưng chỉ có những bệnh nhân có bảo quản
dây rốn – bánh rau…khi sinh ra mới có hy vọng được dùng các nguồn tế bào
gốc này. Hiện nay, chỉ có số lượng rất ít người được lưu giữ dây rốn hay
bánh rau sau khi sinh ra, đồng thời chi phí cũng rất tốn kém và xác suất người
lưu trữ mô lại có các bệnh cần được điều trị bằng các tế bào gốc này cũng
không phải cao.
Tế bào gốc mỡ là quần thể tế bào vạn năng, chúng có thể biệt hóa
thành nhiều dòng khác nhau. Mô mỡ là loại mô có sẵn với số lượng lớn và dễ
dàng thu hồi nên đây là nguồn tế bào đầy hứa hẹn cho y học tái tạo trong
tương lai có thể sử dụng để ghép tự thân và đặc biệt là không gặp phải những
vấn đề y đức. Đối với lĩnh vực nghiên cứu liền vết thương thấy rằng, tế bào
gốc mô mỡ là một trong những dạng tế bào quan trọng di cư đến vùng tổn
thương để thực hiện nhiều khâu trong pha tăng sinh của quá trình liền vết
thương.
Tế bào gốc trung mô đã được nghiên cứu tách từ mô mỡ nhưng trong
thành phần tế bào được tách còn nhiều dạng tế bào khác như bạch cầu, hồng
cầu…Tỷ lệ tế bào gốc trung mô thay đổi nên khó xác định chính xác cần sử
dụng bao nhiêu tế bào là cần thiết và bao nhiêu tế bào trong hỗn dịch tế bào
mới tách là đủ để cho một lần ghép điều trị vết thương. Do đó, cần nghiên
cứu xây dựng hoàn chỉnh quy trình tách và tinh lọc tế bào gốc trung mô. Nếu
như các tế bào gốc trung mô tách ra lại có tác dụng kích thích tăng sinh hoặc di
cư của 2 loại tế bào chủ yếu của da thì đó sẽ là cơ sở khoa học cần thiết cho
việc tiếp tục các nghiên cứu ứng dụng tế bào gốc mô mỡ trên lâm sàng và
định hướng cho các nghiên cứu chế tạo các chế phẩm sinh học phục vụ điều
trị các tổn thương thuộc hệ thống trung mô đặc biệt là vết thương và vết
bỏng.
Ngày nay, nhu cầu điều trị vết thương bằng ghép tế bào gốc là rất lớn,
cụ thể tại Mỹ với 260 triệu dân thì hàng năm có khoảng 6,5 triệu người mang
các vết thương mạn tính. Hàng năm tại miền tây Châu Âu có khoảng 150.000
người cần được điều trị bằng da nhân tạo. Riêng tại Đức có khoảng 3 triệu
người bị loét và chi phí lên tới hơn 1 tỷ Euro dành cho điều trị.
Tại Việt Nam hàng năm ước tính khoảng 791.000 người gặp tai nạn về
bỏng [8]. Tuy chưa có con số thống kê cụ thể nhưng chỉ tính riêng tại Viện
Bỏng Quốc Gia, hàng năm có khoảng 5000 bệnh nhân bỏng điều trị thì nhu
cầu về ghép da cũng đã chiếm khoảng 2500 bệnh nhân
Xuất phát từ những cơ sở khoa học và tiềm năng ứng dụng của tế bào
gốc mỡ, chúng tôi tiến hành nghiên cứu: “Nghiên cứu khả năng tăng sinh
của tế bào gốc mỡ và ảnh hưởng của chúng đến tế bào da nuôi cấy định
hướng trong điều trị vết thương” nhằm mục tiêu sau:
1. Đánh giá đặc điểm phân lập và sự tăng sinh của tế bào gốc mỡ trong
điều kiện nuôi cấy invitro
2. Đánh giá ảnh hưởng của tế bào gốc mỡ đến tế bào da nuôi cấy
Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Các tế bào chủ yếu tham gia liền vết thương
Diễn biến liền vết thương nói chung đều trải qua các giai đoạn đông
máu, viêm, tăng sinh, tái lập mô và liền sẹo [3]. Tuy quá trình liền vết thương
có nhiều cơ chế phức tạp nhưng kết quả cuối cùng là tái lập lại các mô tế
bào đã bị tổn thương. Để duy trì chức năng bảo vệ cơ thể, con người cần có
da. Thành phần tế bào da người chủ yếu bao gồm 2 loại là nguyên bào sợi
(Fibroblasts) và tế bào sừng (Keratinocytes). Nguyên bào sợi là tế bào tạo ra
lớp trung bì còn tế bào sừng tạo ra lớp biểu bì. Hai loại tế bào này có những
chức năng khác nhau nhưng lại tương tác, kết hợp với nhau để tạo ra cấu trúc
da hoàn chỉnh. Hai loại tế bào này cũng là những tế bào chủ yếu làm lành các
tổn thương da. Khi da bị tổn thương, nguyên bào sợi là tế bào tổng hợp nên
đệm gian bào, tiết các yếu tố tăng trưởng tạo điều kiện để tế bào sừng từ bờ
mép vết thương tăng sinh che phủ bề mặt làm lành vết thương.
Nguyên bào sợi (Fibroblasts) là tế bào quan trọng nhất trong giai đoạn
tăng sinh, chúng tạo ra các thành phần đệm gian bào làm nền cho quá trình
biểu mô hoá và cung cấp các sợi laminin, decorin, elastin, fibronectin để tế bào
biểu mô bám và trượt trên đó giúp tăng nhanh quá trình biểu mô hoá che phủ
vết thương. Chúng tạo ra protein đệm mà trong đó collagen tạo nên sự bền
vững và toàn vẹn của mô. Đồng thời nguyên bào sợi là nguồn cung cấp quan
trọng một số yếu tố tăng trưởng (growth factors GF ) kích thích liền vết
thương như TGFβ, PDGF, KGF...[44], [45], [67], [76]. Hơn nữa, nguyên bào
sợi chuyển dạng thành myofibroblasts tạo nên sự co rút và liền vết thương
nhanh hơn. Nguyên bào sợi còn tham gia vào giai đoạn sửa chữa sẹo diễn ra
trong nhiều năm sau khi vết thương. Ngày thứ 2 sau khi bị thương bị bỏng,
nguyên bào sợi xuất hiện ở vết thương do sự dịch chuyển từ mô liên kết bên
cạnh. Sản xuất các siêu sợi actin của cơ trơn chuyển nguyên bào sợi thành
myofibroblast, gây co kéo làm hẹp vết thương (12 mm/24 giờ). Tổng hợp men
Metalloproteinase, collagenase gây thoái huỷ protein khoảng kẽ; men
Stomalysin thoái huỷ protein màng nền. Điều hoà tổng hợp và thoá biến
collagen thông qua FGF , TGF . Sắp xếp collagen theo cấu trúc mô. Trong
khoảng thời gian từ 57 ngày, các nguyên bào sợi tăng sinh, và được kích thích
tiết PDGF, TGFbeta để điều khiển quá trình tổng hợp và lắng đọng các thành
phần đệm gian bào bao gồm: fibronectin, laminin, glycosaminoglycans (GAGs)
và collagen. Nguyên bào sợi còn tham gia vào giai đoạn sửa chữa sẹo diễn ra
trong nhiều năm sau khi vết thương đã liền.
Tế bào sừng (Keratinocytes) tạo nên lớp biểu bì bảo vệ cơ thể. Biểu
bì gồm nhiều lớp tế bào biểu mô lát tầng sừng hóa, thành phần chính là các tế
bào sừng gồm nhiều lớp tế bào sắp xếp chặt chẽ với nhau [1]. Lớp mầm hay
còn gọi là lớp đáy chứa các tế bào gốc biểu bì có khả năng tự tồn tại, tự tái
sinh nhiều lần và nhanh trong suốt cuộc sống của con người. Giữa các tế bào
sừng có các cầu nối gian bào làm kết nối chặt chẽ giữa chúng với nhau. Các
tế bào lớp đáy có cấu trúc cầu nối khác với các lớp ở trên, chúng có thể dễ
dàng bị xoá bỏ và cũng tự tái tạo lại để các tế bào sừng mới sinh ra di chuyển
lên trên tạo ra các lớp tế bào biệt hoá ở phía trên. Trong các tế bào của lớp
mầm biểu bì thì chỉ có 10% là tế bào mầm biểu bì còn lại là các tế bào đang ở
các giai đoạn gián phân. Bình thường sự phân chia tế bào sừng lớp mầm cân
bằng với sự sừng hoá bong vảy của biểu bì nhưng khi da bị tổn thương thì
chúng tăng cường phân chia để tạo ra nhiều tế bào biểu mô. Các tế bào biểu
mô sẽ di cư vào trung tâm của vết thương ở dạng đơn lớp cho đến khi các tế
bào tiếp xúc trực tiếp với nhau thì tốc độ phân chia chậm lại và biệt hoá thành
các lớp gai, lớp hạt, lớp sừng ở phía trên để thực hiện chức năng bảo vệ của
biểu bì. Trong quá trình di cư chúng cần đệm gian bào đủ chất lượng như
trung bì, chúng cần có các sợi decorin, laminin…để bám vào và trượt dọc theo
các sợi đó để di chuyển vào trung tâm vết thương. Trong trường hợp các vết
thương mạn tính, cấu trúc đệm gian bào bị tổn thương không hồi phục, vết
thương trở nên xơ sợi, các nguyên bào sợi nghèo nàn hoặc không thể thực
hiện đầy đủ chức năng nên các tế bào biểu mô không thể phân chia hay di cư
vào vết thương. Chính các mối tương tác chặt chẽ giữa hai loại tế bào trên mà
trong điều trị cần chú ý tới các điều kiện để cả hai cùng tăng sinh, cùng biệt
hoá, cùng thực hiện chức năng liền vết thương thì vết thương mới nhanh liền.
Hình 1. Sơ đồ sự tăng sinh của nguyên bào sợi trong các giai đoạn khác nhau
của quá trình liền vết thương
(Nguồn: Werner S et al (2003), Physiol. Re;83:835870), [79].
A. 1224 giờ sau bị thương, nguyên bào sợi quanh tổn thương được kích
hoạt.
B. Từ 37 ngày sau bị thương, nguyên bào sợi di cư vào vùng tổn
thương, tăng sinh và tổng hợp đệm gian bào.
C. Từ 12 tuần sau bị thương, mô hạt hình thành, nguyên bào sợi
chuyển dạng thành myofibroblast gây co hẹp vết thương và tiết
collagen.
1.2. Công nghệ mô – tế bào làm lành vết thương
1.2.1. Tổn thương da và nhu cầu chế tạo chế phẩm điều trị vết thương
Như chúng ta đã biết da là cơ quan lớn nhất của cơ thể và có vai trò là
một cơ quan bảo vệ cơ thể trước các tác động với môi trường xung quanh. Da
bảo vệ các cơ quan phía dưới da và bảo vệ cơ thể chống lại các mầm bệnh
và vi sinh vật. Da trực tiếp tiếp xúc với các yếu tố độc hại tiềm tàng như vi
khuẩn, nhiệt, các tác động cơ học và hóa học. Trong 25 năm qua, các cố gắng
lớn đã tạo ra các vật liệu thay thế mang tính bắt chước da người [50]. Ở da
công nghệ mô, các vật liệu tổng hợp hay sinh học được kết hợp với các tế
bào nuôi cấy để tạo ra các mô có chức năng của da [74].
Các vật liệu thay thế da này được chế tạo dựa trên các tiến bộ về công
nghệ mô và đã được ứng dụng trong lâm sàng, chúng thúc đẩy sự liền vết
thương cấp và mạn tính và được sử dụng như một cơ quan phức hợp cho hệ
thống thử nghiệm cơ bản hoặc các nghiên cứu về dược [59]. Một vấn đề chính
trong việc tăng sinh tế bào là đáp ứng yêu cầu cần đạt đủ số lượng các tế bào
cần thiết, trong khi vẫn đảm bảo được tính chất bình thường của tế bào và cả
chức năng của chúng. Các tế bào này sau đó chỉ được sử dụng cho các mục đích
hoặc là tạo vật liệu thay thế da phù hợp cho cấy ghép hoặc là cho các thử
nghiệm in vitro [27], [66].
Có rất nhiều lý do gây nên tổn thương da bao gồm các hội chứng do gen,
chấn thương cấp tính, vết thương mạn tính hoặc các can thiệp ngoại khoa.
Một trong các lý do phổ biến nhất là tổn thương da do bỏng. Ngay khi da bị
tổn thương, hàng loạt các vấn đề phức hợp bắt đầu diễn ra: các tế bào miễn
dịch bị lôi kéo tới vùng thương tổn, mô đệm mới được sinh ra bởi nguyên bào
sợi, tiếp theo là tái biểu mô hóa do tế bào sừng đảm nhiệm và cuối cùng là sự
tái phân bố mạch của vết thương [54]. Quá trình liền vết thương phức tạp này
được kích thích và kiểm soát bởi các cytokine và các yếu tố tăng trưởng khác
nhau [25]. Kích thước vết thương là yếu tố chủ đạo cho biểu mô hóa. Tổn
thương toàn bộ lớp da với kích thước lớn hơn 1 cm đường kính thì cần phải
ghép da để đề phòng tạo sẹo dẫn đến di chứng về chức năng hay thẩm mỹ
[55]. Mảnh ghép hoàn hảo nên phải sẵn có, không gây đáp ứng miễn dịch, che
phủ và bảo vệ nền vết thương, làm tăng nhanh liền vết thương, ít gây đau và
ít tạo sẹo.
Trong trường hợp tổn thương diện tích rộng các tế bào có chức năng
liền vết thương của bệnh nhân không đủ khả năng làm lành tổn thương mà
cần phải ghép da tự thân nhưng nguồn da tự thân cũng không phải vô hạn nên
ghép da tự thân cũng chỉ cứu được những bệnh nhân bỏng sâu 50% diện tích cơ
thể là chủ yếu.
Trong lĩnh vực điều trị bỏng và chấn thương lớn, mặc dù đã có nhiều
tiến bộ trong cứu chữa như cắt hoại tử ghép da ngay, tăng độ giãn rộng của
da ghép [14], sử dụng da đồng loại hay các vật liệu thay thế da khác nhau [9],
[10], [11], [12] nhưng các rối loạn về protein, thay đổi hệ thống miễn dịch...
làm cho vết thương trở nên chậm lành hay rất khó lành [2], [7].
Ngoài ra chúng ta còn gặp các loại vết thương mạn tính rất khó lành
như các vết loét do tiểu đường, loét do viêm tắc tĩnh mạch, loét điểm tỳ, loét
xạ trị… mà không thể can thiệp bằng phẫu thuật ghép da nguy cơ thất bại rất
cao do khả năng tiếp nhận mảnh ghép của vết thương rất kém và tình trạng
bệnh nhân không cho phép phẫu thuật. Số lượng bệnh nhân này ngày càng
tăng cao cùng sự phát triển kinh tế xã hội và tuổi thọ con người [10], [26].
Các vết thương này bị gián đoạn giai đoạn tăng sinh hoặc tế bào tham gia liền
vết thương bị chuyển dạng [7], [9], [13], [23], [38]. Để khắc phục hạn chế
này nhằm thay thế các tế bào đã tổn thương, công nghệ nuôi cấy tế bào da
phát triển.
Từ những năm trước, một số nhà nghiên cứu cho rằng điều trị vết
thương vết bỏng trong tương lai sẽ trở nên đơn giản, nhanh chóng và dễ dàng
che phủ tổn thương sau cắt hoại tử. Nhưng thực tế, điều đó còn rất xa vời.
Khái niệm này đã dẫn đến một số quan niệm sai trầm trọng dẫn đến việc đưa
ra những hứa hẹn quá sớm về công nghệ mô da mà chậm được nhận ra trên
thực tế lâm sàng. Khái niệm sai này là coi da như một mô giống như xương
sụn và sẽ liên quan đơn giản tới nơi có thay đổi về công nghệ mô. Dù da
không phải là một mô nhưng là một tổ chức hoàn toàn tổng hợp mang đến bởi
sự kết hợp tế bào từ 3 nguồn gốc phôi gồm ngoại bì trung bì và ống thần
kinh. Những thành công hiện đại về tạo ra những sản phẩm thay thế da đã trở
nên bị hạn chế hơn so với mong đợi và bây giờ những sản phẩm da công nghệ
mô đang được mô tả như vật liệu thay thế da giúp liền vết thương và sửa
chữa, thay thế da tạm thời và thường hỗ trợ cho việc tái sinh. Quá trình liền
vết thương, vết bỏng có nhiều cơ chế phức tạp nhưng kết quả cuối cùng là
tái lập các mô tế bào đã bị tổn thương. Do đó, quan niệm mới trong điều trị
các tổn thương ở bất cứ cơ quan nào trên cơ thể là các tế bào tổn thương phải
được thay thế bằng các tế bào khỏe mạnh [4].
Cho đến ngày nay, người ta đã chế tạo được các tấm nguyên bào sợi,
tấm tế bào sừng, thậm chí cả các tấm vật liệu chứa cả hai loại tế bào trên mà
người ta gọi là các vật liệu tương đương da hoặc da nhân tạo…[57], [70].
Tuỳ theo nguồn gốc tế bào sừng trên tấm vật liệu là tự thân hay khác gen
đồng loài (gọi tắt là đồng loài) mà người ta chế được vật liệu có tính chất
vĩnh viễn (không thải ghép) hoặc tạm thời.
Các tấm tế bào da nuôi cấy hoặc vật liệu tương đương da được ứng
dụng trong điều trị bỏng, vết thương mạn tính trong thẩm mỹ và nghiên cứu
thuốc…. So với ghép da tử thi, các vật liệu này có thuận lợi lớn là không phụ
thuộc nguồn da người cho, việc sản xuất chúng gần như vô hạn và hầu như
không có nguy cơ lây nhiễm bệnh do có thể kiểm soát trước được nguồn cho
tế bào bằng các xét nghiệm tầm soát các bệnh lây truyền qua ghép mô/tế bào.
Có hai thành phần chính của vật liệu tương đương da là thành phần khuôn và
thành phần tế bào. Thành phần khuôn hay được sử dụng là collagen, acid
hyaluronic, polymer tổng hợp hoặc sinh tổng hợp. Thành phần tế bào bao gồm
các tế bào da như nguyên bào sợi, tế bào sừng là hai tế bào chủ yếu, ngoài ra
có thể có tế bào sắc tố… Đã có những sản phẩm thương mại sẵn có trên thị
trường như Epicell, Integra, Transcyte, Apligraft, Dermagraft…
1.2.2. Một số loại tế bào và vật liệu điều trị vết thương từ nuôi cấy tế bào
Trị liệu tế bào nói chung đã mang lại một số kết quả đáng kể trong lâm
sàng, một số tế bào được nuôi cấy và ứng dụng phổ biến là:
Tế bào sừng (Keratinocyte) Trong vài thập niên trở lại đây, cấy ghép tế
bào sừng tự thân nuôi cấy đã được triển khai tại các trung tâm điều trị bỏng
lớn ở Anh, Mỹ, Nhật... Việc cấy ghép tế bào sừng lên vết thương góp phần
giải quyết sự thiếu hụt nguồn da lành. Thành công do ghép tế bào sừng nuôi
cấy còn nhiều hạn chế, do khi đặt tế bào sừng nuôi cấy lên vết thương bỏng
sâu, nền vết thương thiếu các yếu tố trung bì do chưa hoặc hình thành chậm
màng đáy. Để khắc phục điều đó, người ta đã sử dụng cấy ghép kết hợp
fibroblasts và tế bào sừng [40]. Ứng dụng tế bào sừng nuôi cấy, người ta đã
chế tạo ra các tấm vật liệu thay thế biểu bì. Để sản xuất vật liệu thay thế
biểu bì, một mẩu da sinh thiết khoảng 25cm 2 cần phải được lấy từ bệnh
nhân. Công việc này có thể phải kết hợp với lần phẫu thuật cắt hoại tử của
bệnh nhân bỏng. Rồi sau đó, biểu bì được tách khỏi lớp trung bì và các tế bào
sừng đơn lẻ được phân lập nhờ enzyme và nuôi cấy cùng với nguyên bào sợi
chuột đã bất hoạt khả năng phân chia. Môi trường nuôi cấy tăng sinh được sử
dụng có chứa FBS và các chất cần thiết khác; tuy nhiên, cũng có thể làm tăng
sinh các tế bào này trong điều kiện không có tế bào dị loại. Hiện nay, đã có
các vật liệu thay thế biểu bì tự thân được thương mại hóa cho sử dụng trên
lâm sàng như: Epicel, EpiDex, EpiBase, MySkin, Laserskin, BioseedS.
Đã có một số nghiên cứu thử nghiệm ghép tế bào biểu bì đồng loại như
Celaderm [17], [42]; tuy nhiên, hiệu quả và tính an toàn của các sản phẩm này
phải được khẳng định bằng nghiên cứu lâm sàng có đối chứng. Các sản phẩm
đồng loại có lợi ích là giảm chi phí sản xuất so với chi phí sản xuất sản phẩm
tự thân. Hơn bao giờ hết, sự thiếu sót của cả hai sản phẩm là chúng khó bám
và do đó dễ dẫn đến việc tạo thành nốt phồng [80].
Nguyên bào sợi (Fibroblasts) là tế bào có nguồn gốc trung mô, chúng
sản sinh ra collagen có vai trò quan trọng trong quá trình sửa chữa vết thương,
phục hồi cấu trúc và chức năng của mô [5]. Ở mức độ phân tử, lớp trung bì
rất quan trọng cho các tế bào biểu bì phát triển và trưởng thành chúng tiết ra
các yếu tố như các sợi fibrin gắn kết, các yếu tố kết dính để gắn biểu bì vào
trung bì. Vết bỏng sâu thiếu các thành phần trung bì hoặc lớp trung bì chưa
hình thành hoặc hình thành chậm. Cần thiết phải tạo ra một lớp trung bì mới
để tạo điều kiện cho da ghép tự thân hoặc tế bào sừng nuôi cấy che phủ lên
vết thương cho kết quả tối ưu nhất [40]. Hiện nay, các nhà nghiên cứu đều
cho rằng, vật liệu thay thế da lý tưởng nhất là phải thay thế được cả lớp
trung bì và biểu bì. Sự tương tác giữa các yếu tố thuộc lớp biểu bì và trung bì
sẽ kích thích sự trưởng thành của từng lớp. Boyce và Hansbrough đã tạo ra
vật liệu thay thế da hỗn hợp (composite subtitues) g ồm nguyên bào sợi người
nuôi cấy được cấy lên tấm màng collagenglycosaminoglycan sau đó cho tế
bào sừng phát triển lên trên, vật liệu này đã được thử nghiệm thành công trên
mô hình chuột, nhưng còn một số hạn chế khi thử nghiệm lâm sàng. Một xu
hướng khác, đơn giản hơn và không đòi hỏi cao về công nghệ đó là sử dụng
fibroblasts nuôi cấy đưa lên vết thương. Nguyên bào sợi sẽ tổng hợp các
thành phần của trung bì, tạo điều kiện cho việc ghép da tự thân hoặc cấy
ghép tế bào sừng thành công [33], [40], [70].
Để điều trị bỏng sâu, cả lớp biểu bì và lớp trung bì của da cần được thay
thế, việc điều trị bằng tấm tế bào biểu bì đơn thuần sẽ dẫn đến chất lượng
liền vết thương thấp. Tương phản với tấm biểu bì nuôi cấy, các cấu trúc
trung bì từ công nghệ có thể dự phòng co kéo vết thương và tạo ra tính bền
vững cơ học tốt hơn. Vật liệu tương đương trung bì và biểu bì phải được
ghép kế tiếp nhau việc làm cho tuần hoàn hóa trung bì tốt sau khi loại bỏ nền
vết thương là cần thiết trước khi ghép lớp biểu bì [35]. Một số vật liệu này là
mảnh ghép đồng loại đã được xử lý bằng hóa chất, ví dụ Alloderm không có
thành phần tế bào gây ra đáp ứng miễn dịch thải ghép [77]. Ngược lại,
Dermagraft lại có các nguyên bào sợi từ da bao quy đầu của người được nuôi
cấy trên lưới polyglactin có khả năng giáng hóa [72]. Trong các vật liệu này,
các tế bào tiết protein đệm gian bào, hàng loạt các yếu tố tăng trưởng và
cytokin vào trong vết thương cho đến khi chúng trải qua quá trình tự hủy bình
thường sau vài tuần ghép.
Purdue (1997) sử dụng tấm fibroblasts nuôi cấy là Dermagraft và so sánh
với ghép da tử thi cho 66 bệnh nhân bỏng sâu được cắt hoại tử. Tác giả nhận
thấy, tấm fibroblasts nuôi cấy có kết quả tốt tương đương với da tử thi trong
việc hình thành mô hạt, kết quả về da ghép tự thân là tương đương, nhưng
tấm fibroblasts dễ bóc khỏi mô hạt để ghép da tự thân nên không gây chảy
máu như da tử thi. Tiếp tục theo dõi di chứng bỏng, tác giả nhận thấy vùng
ghép fibroblasts có kết quả rất tốt về thẩm mỹ [61]. Hansbrough (1997) đã
đánh giá khả năng của Dermagraft che phủ vết bỏng sau cắt hoại tử trên 10
vết thương có so sánh với da tử thi. Tác giả nhận thấy, khả năng bám dính,
khả năng sống của Dermagraft là tương đương da tử thi, kết quả da ghép
sống tương đương vùng ghép da tử thi. Không thấy có biểu hiện thải loại
miễn dịch trong khi 4/10 vùng ghép da tử thi có biểu hiện thải loại lớp thượng
bì [33].
1.3. Vai trò tế bào gốc trong liền vết thương
Mặc dù có nhiều tiến bộ đáng kể trong y tế và chăm sóc vết thương bằng
các can thiệp ngoại khoa, việc điều trị các tổn khuyết da diện rộng và vết
thương mạn tính vẫn còn là thách thức lớn với y học hiện nay. Trong liền vết
thương, tế bào gốc trung mô được xác định là chúng biệt hóa thành các dạng
tế bào da khác nhau [65]. Đã và đang có rất nhiều người quan tâm cả về khoa
học nghiên cứu và lĩnh vực lâm sàng điều trị vết thương về tiềm năng và vai
trò của các trị liệu tế bào dựa trên MSC trong việc kích thích tăng nhanh quá
trình sửa chữa và tái tạo mô vết thương. Các nghiên cứu với MSC tủy xương
đã cho thấy việc điều trị vết thương bằng tế bào MSC tủy xương đều làm
tăng nhanh quá trình liền vết thương, tăng quá trình biểu mô hóa và tăng tạo
mạch [26], [82]. Người ta thấy. MSC làm tăng nhanh liền vết thương ở cả vết
thương cấp tính ở chuột có tăng và không gây tăng đường máu và cả ở vết
thương cấp tính trên người [26].
Các nghiên cứu gần đây gợi ý rằng, MSC có khả năng tiết ra nhiều
cytokin và các chất hóa ứng động khác nhau vốn có vai trò quan trọng cho hoạt
động sửa chữa mô, thậm chí trên cả các mô hình tổn thương thận và não [73].
MSC làm nhanh quá trình liền vết thương là do ít nhất có 2 cách thức khác
nhau bao gồm thông qua tăng biệt hóa tế bào và thông qua các tín hiệu ngoại
lai. Các MSC tủy xương đã được báo cáo là có thể biệt hóa thành tế bào sừng
trong các nghiên cứu có sử dụng EGFP [82]. Trong các vết thương này, một
phần trăm các tế bào có biểu hiện EGFP dương tính ở cả trung bì và biểu bì
cũng có biểu hiện với keratin vốn là marker chuyên biệt của tế bào sừng. Tuy
nhiên, với tỷ lệ được đưa ra là quá thấp nên MSC vẫn chưa được coi chắc
chắn là có trách nhiệm đối với quá trình sửa chữa mô thông qua tăng biệt hóa
chuyển dạng và tái sinh hoặc phá hủy mô [58], [82]. Những chứng cớ tích cực
hơn cũng đã cho thấy, MSC có thể thúc đẩy liền vết thương thông qua các tín
hiệu ngoại lai được tiết ra mà cải thiện các đáp ứng với tổn thương của các
tế bào da cư trú tại đó. Các báo cáo gần đây bắt đầu xác định những tương tác
ngoại lai này giữa MSC và các dạng tế bào chuyên biệt khác trong vết thương
da [15], [22], [81]. Khi nghiên cứu các vết thương được điều trị bằng dịch nổi
nuôi cấy MSC (dịch chiết ngoại bào MSC), các tác giả nhận thấy dịch chiết
ngoại bào MSC đã làm vết thương nhanh đóng kín và nó tăng hấp dẫn với các
đại thực bào và các tế bào nội mô đầu dòng thâm nhập đến vết thương [22]
và các thí nghiệm in vitro chỉ ra rằng dịch ngoại bào MSC cũng thúc đẩy tế
bào sừng và tế bào nội mô tăng sinh. Hơn nữa, MSC tủy xương còn tiết ra các
chất hóa ứng động với đại thực bào, tế bào sừng và các tế bào nội mô. Các
quan sát này rõ ràng chỉ ra rằng MSC tủy xương là một nguồn các tín hiệu
ngoại lai có tác dụng điều khiển các đáp ứng tế bào quan trọng trong sửa chữa
vết thương da.
Do đó, một trong những hướng nghiên cứu khác trong điều trị vết
thương là sử dụng các tế bào gốc. Người ta thấy chúng đảm nhiệm việc đánh
giá sự thiếu hụt sinh lý học về các thành phần đệm và các cytokine, chúng sửa
chữa các thiếu hụt đó bằng cách tạo ra những yếu tố thích hợp thúc đẩy liền
vết thương. Điều này có nghĩa là tế bào gốc hoạt động như một cỗ máy có
kiểm soát tương tác các thông tin ngược một cách thông minh có thể tự điều
chỉnh hệ thống sinh học. Tủy xương, máu ngoại vi, máu cuống rốn đều đã
được nghiên cứu sử dụng trong điều trị vết thương mạn tính để thúc đẩy các
đáp ứng liền vết thương [75].
Tế bào gốc là những tế bào chưa có chức năng chuyên biệt, chúng có
tiềm năng phát triển thành nhiều loại tế bào khác nhau và có khả năng tự thay
mới. Đây là các tế bào còn chưa hay rất ít biệt hoá nên chúng có khả năng biệt
hoá theo nhiều hướng và tạo ra nhiều loại tế bào khác nhau. Ngoài ra, chúng
cũng có khả năng tự sinh ra các tế bào giống hệt nó. Thông thường các tế bào
phân chia theo phương thức nhân đôi đối xứng tạo ra hai tế bào giống hệt
nhau về mức độ biệt hoá. Tế bào gốc không chỉ có khả năng phân chia đối
xứng mà còn có khả năng phân chia không đối xứng thành hai tế bào khác
nhau, trong đó một tế bào giữ nguyên mức độ biệt hoá cũng như giữ nguyên
vai trò là tế bào gốc và một tế bào thứ hai đã biệt hoá hơn, chúng sẽ tiếp tục
biệt hoá thành các tế bào tiền thân để sau đó phát triển thành tế bào chuyên
biệt tham gia vào cấu trúc và chức năng của mô, cơ quan. Nhờ đó mà số lượng
tế bào gốc được duy trì hoặc tăng lên chứ không mất đi do quá trình biệt hoá
tế bào.
Những nghiên cứu về tế bào gốc đã chứng minh, hàng ngày cơ thể
chúng ta thay thế những tế bào già chết là do nguồn tế bào gốc biệt hoá thành
những tế bào chức năng. Khi bị thương các tế bào gốc từ các ổ (niche) có thể
ở gần vết thương hoặc từ các mô khác nhau như tuỷ xương… sẽ di cư đến và
biệt hoá thành các tế bào chuyên biệt có chức năng liền vết thương. Khi
nguồn tế bào gốc này không đủ đáp ứng với những tổn thương tế bào do tổn
thương diện tích rộng, do cơ thể bị suy yếu… thì hậu quả là gây ra những vết
thương vết loét lâu lành, thậm chí không liền được. Do đó công nghệ tế bào
gốc đang mang lại những hy vọng lớn trong việc khắc ph ục nh ững nan gi ải
hiện nay trong liền vết thương.
Những tế bào gốc phôi có tiềm năng lớn thay thế toàn bộ các tế bào chức
năng của cơ thể. Nhưng việc sử dụng tế bào gốc phôi vào lĩnh vực liền vết
thương hay bất cứ lĩnh vực nào khác đang gặp phải những vấn đề về đạo đức,
cần có nguồn thay thế. Hơn nữa, một báo cáo gần đây cho thấy tế bào gốc phôi
của người trong nuôi cấy có biểu hiện protein không phải của người và giả
thiết đặt ra là có thể từ protein chuột từ fibroblasts chuột của lớp nuôi (feeder
layer), do đó tính an toàn của tế bào gốc phôi còn phải tiếp tục nghiên cứu [51].
Một số nguồn tế bào gốc khác nhau từ máu cuống rốn, tế bào gốc máu
ngoại vi và tuỷ xương cũng đang được nghiên cứu [19], [32], [37], [75]. Một
nghiên cứu trên in vivo chỉ ra rằng sự tổng hợp collagen và mức độ bFGF và
VEGF trong tế bào Stroma của tuỷ xương cao hơn rất nhiều so với fibroblasts
trung bì. Điều này gợi ý khả năng sử dụng tế bào tuỷ xương tại chỗ vết
thương để thúc đẩy liền vết thương.
Một nghiên cứu trên in vivo chỉ ra rằng sự tổng hợp collagen và mức độ
bFGF và VEGF trong tế bào Stroma của tuỷ xương cao hơn rất nhiều so v ới
fibroblasts trung bì. Điều này gợi ý khả năng sử dụng tế bào tuỷ xương tại
chỗ vết thương để thúc đẩy liền vết thương [32].
Tuy nhiên có tác dụng liền vết thương vết bỏng nhưng các nguồn tế
bào gốc từ các mô của cơ thể như máu tuỷ xương, máu ngoại vi, máu cuống
rốn, não, mỡ, gan… đều rất hạn chế về số lượng nên tính ứng dụng chưa cao.
Trong khi đó, khai thác các nguồn tế bào gốc trung mô trưởng thành cũng đang
là một trong những hướng nghiên cứu điều trị vết thương. Ngoại trừ các
trường hợp ghép tế bào gốc trung mô đồng loại vốn sẵn có nguồn tế bào rất
trẻ như tế bào gốc trung mô từ màng ối, dây rốn và máu cuống rốn thì đối với
các trường hợp ghép tế bào gốc trung mô tự thân chỉ có thể lấy từ 2 nguồn
chính là tủy xương và mô mỡ, các nguồn khác từ mô gan, não và cơ hầu như
không có khả năng ứng dụng trong điều trị vết thương. Nguồn tế bào gốc từ
tuỷ xương chủ yếu là tế bào gốc tạo máu đã và đang được ứng dụng trong
điều trị các bệnh về cơ quan tạo máu nhưng chúng có rất ít các tế bào trung
mô vốn tham gia vào việc tái tạo vết thương. Tuy có một số nghiên cứu cho
thấy tế bào gốc trung mô tủy xương làm tăng khả năng liền vết thương mạn
tính nhưng tính ứng dụng chưa cao bởi rất hạn chế về số lượng tế bào trung
mô. Do đó tế bào gốc trung mô từ mô mỡ được coi là nguồn tế bào gốc
trưởng thành tự thân lý tưởng cho các nghiên cứu về y học tái tạo, công nghệ
mô và liền vết thương.
1.4. Tế bào gốc trung mô từ mô mỡ
Tế bào gốc mô mỡ được xác định là tế bào gốc trung mô. Tế bào gốc
trung mô lần đầu tiên được mô tả là dạng tế bào từ tủy xương có khả năng
tạo dòng, bám dính bề mặt nuôi cấy [31] mà có khả năng biệt hóa thành tế
bào mỡ, tế bào sụn và tế bào xương [56]. Sau đó , chúng được xác định là có
mặt ở rất nhiều mô cơ quan khác nhau như cơ, não, và mô mỡ [52]. Ngày nay,
tế bào gốc trung mô từ tủy xương và mô mỡ được xác định là rất giống nhau
về quần thể tế bào và kiểu hình tế bào [52].
Tế bào gốc đa tiềm năng đã được phát hiện trong mô mỡ của người và
được gọi là tế bào gốc mô mỡ. Nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy việc sử
dụng tế bào gốc mô mỡ có thể điều trị một số bệnh về khớp, mà liệu pháp
điều trị khác không thành công. Mô mỡ còn được sử dụng để tạo hình một số
bộ phận trong cơ thể như ngực, má, cằm. Đây được coi như là cuộc cách
mạng trong lĩnh vực tạo hình thẩm mỹ. Tế bào gốc mô mỡ thể hiện các đặc
điểm của tế bào gốc trung mô như hình thái dạng nguyên bào sợi, là tế bào
bám bề mặt nuôi cấy, có các dấu ấn biệt hóa của tế bào trung mô, có khả
năng biệt hóa thành tế bào mỡ, tế bào sụn, tế bào cơ…Do mô mỡ là loại mô
sẵn có với số lượng lớn và dễ dàng thu hồi mà ít gây những bất lợi cho bệnh
nhân nên tế bào gốc mô mỡ có thể sẽ là nguồn tế bào đầy hứa hẹn cho y học
tái tạo trong tương lai đặc biệt các trường hợp sử dụng ghép tự thân. Các nhà
nghiên cứu đề xuất nhiều cách thức phân lập tế bào gốc mô mỡ khác nhau, có
tác giả phân lập theo cách kinh điển là nuôi mô mỡ trong đĩa nhựa có môi
trường dinh dưỡng và chờ cho tế bào tự mọc từ các mẩu mô ra và thu các tế
bào có hình sao hoặc hình thoi là tế bào gốc trung mô. Có tác giả lại dùng
collagenase để phá hủy cấu trúc mô sau đó ly tâm lọc lấy các tế bào. Môi
trường nuôi cấy cũng được công bố theo nhiều công thức khác nhau, các tác
giả dùng môi trường cơ bản khác nhau như DMEM, DMEMF12,