Liệu pháp tế bào gốc trung mô (MSC): Những rào cản trong việc chuyển tiếp từ phòng thí nghiệm đến lâm sàng

Tế bào gốc/đệm trung mô (Mesenchymal stem/stromal cell – MSC) là những tế bào gốc trưởng thành không thuộc hệ tạo máu, có khả năng biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau có nguồn gốc từ trung bì (như nguyên bào xương, nguyên bào sụn, tế bào mỡ) và một số loại tế bào từ nội bì hay ngoại bì. Trong nhiều năm qua, MSC là một trong những loại tế bào được nghiên cứu rộng rãi nhất trong y học tái tạo nhờ khả năng điều hòa miễn dịch mạnh mẽ, thúc đẩy quá trình tự sửa chữa tổn thương. Hàng nghìn thử nghiệm tiền lâm sàng đã thu được kết quả khả quan đối với các bệnh lý cơ xương khớp, tim mạch, thần kinh, tiêu hóa, bệnh tự miễn,… nhưng số lượng liệu pháp MSC được các cơ quan quản lý phê duyệt chính thức để thương mại hóa vẫn còn rất hạn chế.

Xem thêm: Các sản phẩm MSC được cấp phép trên thế giới https://ysinhtebao.com/tbg-trung-mo/cac-san-pham-te-bao-goc-trung-mo-msc-duoc-cap-phep-tren-the-gioi

Trong một bài viết đăng trên tạp chí World Journal of Stem Cell (Baishideng Publishing Group Inc.), tác giả Mayeen và các cộng sự đã đưa ra một số lý do cản trở liệu pháp MSC tiến sâu vào ứng dụng trên người, bao gồm những thách thức ở cấp độ in vitro, cấp độ in vivo và trên lâm sàng.

1. Những thách thức trong nghiên cứu in vitro

- Kỹ thuật phân lập và nuôi cấy tăng sinh: MSC có thể thu thập từ nhiều nguồn khác nhau như tủy xương, mô mỡ, dây rốn, tủy răng,… MSC thể hiện các đặc tính đa dạng không đồng nhất khi thu nhận từ các nguồn khác nhau, hay thậm chí là thu nhận bằng các phương pháp khác nhau từ cùng một nguồn, hoặc tuổi người hiến. Việc nuôi cấy tăng sinh lên quy mô lớn để đạt liều sử dụng cho bệnh nhân (10⁷ – 10⁹ tế bào, tức là hàng chục triệu đến hàng tỷ tế bào cho mỗi bệnh nhân) dễ dẫn đến hiện tượng lão hóa do nhân bản, làm suy giảm sức sống và tính năng điều hòa miễn dịch của chúng. Những yếu tố này gây nên sự thiếu ổn định về chất lượng MSC, ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm.

- Thành phần môi trường và điều kiện nuôi cấy: Việc sử dụng huyết thanh thai bò (Fetal Bovine Serum – FBS) tiềm ẩn rủi ro truyền bệnh và dị ứng, đang dần được thay thế bằng dịch chiết tiểu cầu người (Human Platelet Lysate – hPL) hoặc môi trường không chứa huyết thanh (serum-free). Những thao tác trong quá trình nuôi cấy như mật độ cấy tế bào, số lần cấy chuyển, tần suất thay môi trường,… cũng đều ảnh hưởng đến đặc tính của tế bào. Nuôi cấy ở điều kiện oxy không khí (~21% O₂) gây căng thẳng oxy hóa, trong khi nuôi cấy ở điều kiện oxy sinh lý (hypoxia, 2-8% O₂) giúp kéo dài tuổi thọ và duy trì đặc tính gốc của MSC.

- Nguồn gốc in vivo và môi trường quanh mạch: Nhiều nghiên cứu cho thấy MSC có nguồn gốc từ các tế bào quanh mạch (pericyte), loại tế bào này được tìm thấy khắp các mô của con người và là quần thể không đồng nhất, chưa xác định được nguồn gốc. Theo truyền thống, MSC được cho là có nguồn gốc từ trung bì, nhưng một số quần thể có nguồn gốc từ ngoại bì (như tế bào gốc từ tủy răng) cũng thể hiện các đặc điểm giống MSC. Nhìn chung, MSC từ các nguồn khác nhau đều thể hiện những đặc điểm đặc trưng, tuy nhiên cách thức phản ứng với tổn thương, khả năng điều hòa miễn dịch và tái tạo có thể khác nhau. Việc chọn nguồn tế bào, cách thức phân lập và nỗ lực tái tạo đặc tính in vivo đều cần cân nhắc dựa trên các đặc điểm của từng loại MSC.

- Độ ổn định di truyền: Quá trình nuôi cấy kéo dài gây co ngắn đầu mút nhiễm sắc thể, bất ổn định di truyền, biến đổi di truyền ngoại gen (epigenetic, gồm những điều chỉnh về sự methyl hóa, acetyl hóa,… không làm ảnh hưởng đến vật chất di truyền nhưng thay đổi sự biểu hiện gen), từ đó có thể làm mất khả năng tự đổi mới hoặc tiềm ẩn những nguy cơ thay đổi bản chất tế bào.

- Thiết kế giá thể sinh học (Biomimetic scaffold): Nuôi cấy 2D truyền thống thiếu độ phức tạp của chất nền ngoại bào (Extracellular Matrix – ECM) và không mô phỏng được cấu trúc mô nguồn gốc của MSC. Các giá thể 3D (giá thể tự nhiên, tổng hợp hoặc lai giữa hai dạng này) kết hợp với in 3D sinh học giúp mô phỏng vi môi trường sống tốt hơn, khiến tế bào thể hiện các đặc tính vốn có của chúng.

Xem thêm: Nuôi cấy tế bào 2D và 3D https://ysinhtebao.com/nuoi-cay-tb/nuoi-cay-te-bao-co-ban-mo-hinh-nuoi-cay-2d-va-3d

2. Những thách thức trong nghiên cứu in vivo

- Khoảng cách lớn giữa mô hình in vitro và trên động vật: MSC có khả năng tăng sinh mạnh mẽ khi nuôi cấy in vitro, nhưng khi đưa vào cơ thể thì bị tiêu diệt hoặc đào thải nhanh chóng chỉ vài giờ đến vài ngày. Mô hình động vật không phản ánh chính xác các phản ứng của cơ thể và liều lượng cần sử dụng trên người.

- Hiệu quả điều trị từng nhóm bệnh phụ thuộc vào nguồn MSC: MSC từ tủy xương khá hiệu quả khi điều trị các tổn thương xương/sụn; MSC từ mô mỡ rất dồi dào, phù hợp cho làm lành vết thương và tái tạo mạch; MSC từ tủy răng vượt trội trong điều trị các bệnh thần kinh; MSC từ dây rốn có tính sinh miễn dịch thấp, tăng sinh mạnh, phù hợp cho ghép đồng loài.

- Ảnh hưởng của vi môi trường và đường truyền: Vi môi trường ảnh hưởng đến hành vi và số phận của MSC, ví dụ vi môi trường viêm cấp tính có thể kích thích MSC tiết ra các yếu tố kháng viêm, nhưng điều kiện viêm mạn tính hoặc căng thẳng oxy hóa cao lại giết chết tế bào. Những yếu tố như đường truyền tế bào (tiêm tại chỗ hay truyền toàn thân), kết hợp với việc có hay không sử dụng các vật liệu sinh học đóng vai trò quyết định đến tỷ lệ sống sót và phạm vi hoạt động của MSC.

- Tính an toàn lâu dài: Mặc dù các phân tích gộp chứng minh MSC có độ an toàn ngắn hạn và trung hạn rất cao (chỉ gây sốt nhẹ tạm thời, không tạo u và không tăng nguy cơ tử vong), tuy nhiên việc theo dõi lâu dài số phận tế bào trong cơ thể vẫn cần sự hỗ trợ của các công nghệ cao trong định vị sinh học (như PET, MRI, đánh dấu huỳnh quang).

3. Những thách thức khi chuyển tiếp đến lâm sàng

- Không tương đồng khi chuyển dịch nghiên cứu tiền lâm sàng và lâm sàng: Các thử nghiệm tiền lâm sàng trên động vật cung cấp những hiểu biết về cơ chế, tuy nhiên đặc điểm cơ thể và sự phản ứng khi truyền MSC có sự khác biệt đáng kể với con người. Việc thiết kế thí nghiệm trên động vật thường không thể tái lặp trên người, không thể ngoại suy liều điều trị tối ưu, thiếu các xét nghiệm đánh giá hiệu quả, dẫn đến nghiên cứu tiền lâm sàng trên động vật và thử nghiệm lâm sàng trên người vẫn còn khoảng cách quá xa.

- Sự khác biệt về kết quả thử nghiệm lâm sàng: Trên cùng một bệnh, kết quả thử nghiệm ở các nghiên cứu khác nhau có thể cho kết quả trái ngược. Nguyên nhân gây nên sự thiếu đồng nhất này vốn do những yếu tố làm thí nghiệm không được lặp lại trọn vẹn, bao gồm đặc điểm bệnh nhân khác nhau, nguồn tế bào và phương pháp phân lập – nuôi cấy tăng sinh, hiệu ứng giả dược (placebo effect),…

- Quy trình sản xuất và chuỗi cung ứng: Việc mở rộng quy mô sản xuất đòi hỏi hệ thống tự động hóa (bioreactor) tuân thủ nghiêm ngặt tiêu chuẩn thực hành sản xuất tốt (Good Manufacturing Practice – GMP). Sản phẩm MSC có thể được sản xuất hàng loạt và lưu trữ lâu dài, tuy nhiên quá trình đông lạnh và rã đông có thể làm giảm khả năng sống và hiệu quả điều hòa miễn dịch. Quá trình vận chuyển từ nơi sản xuất, nơi bảo quản và nơi sử dụng cũng cần kiểm soát chặt chẽ, bất kỳ sự sai lệch nào đều có thể ảnh hưởng đến chất lượng MSC.

- Những yếu tố về pháp lý và đạo đức: Các cơ quan quản lý luôn yêu cầu MSC phải trải qua quá trình đánh giá về an toàn, hiệu quả và dây chuyền sản xuất, tuy nhiên khung pháp lý giữa các khu vực lại khác nhau. Mặt khác, khác với các thuốc thường có cơ chế tác động nhất định, MSC thể hiện tác dụng lâm sàng thông qua nhiều cơ chế sinh học, dẫn đến khó có xét nghiệm đánh giá toàn diện trong hồ sơ cấp phép. Những cân nhắc về đạo đức cũng cần quan tâm, bao gồm việc đồng ý hiến mẫu và giám sát tuân thủ trong sử dụng mẫu hiến tặng, hay việc quản lý các phòng khám quảng cáo liệu pháp khi chưa được chứng minh và cấp phép thực hiện.

- Chi phí và thương mại hóa: Chi phí sản xuất cao (dao động khoảng 10.000-30.000 USD/liều điều trị, tùy thuộc nguồn tế bào và dây chuyền sản xuất tăng sinh) tạo nên rào cản lớn cho bệnh nhân. Việc thương mại hóa cũng cần giải quyết các vấn đề về sở hữu trí tuệ và cạnh tranh thị trường, nhất là sự nổi lên của các phương pháp tái tạo thay thế như tế bào gốc đa tiềm năng cảm ứng (Induced Pluripotent Stem Cell – iPSC) và liệu pháp dựa trên thể tiết ngoại bào (Extracellular Vesicle – EV).

4. Giải pháp và định hướng tương lai

Để vượt qua các rào cản trên, một số giải pháp sau có thể là hướng đi đột phá:

- Liệu pháp không tế bào dựa trên thể tiết ngoại bào (EV, exosomes): Sử dụng các EV do MSC tiết ra giúp đạt hiệu quả điều trị tương tự mà tránh được rủi ro từ tế bào sống (như thải ghép, tắc mạch, biến đổi gen), dễ bảo quản và dễ mở rộng quy mô.

- Kỹ thuật di truyền: Sử dụng các công cụ chỉnh sửa gen (như CRISPR/cas9) để biến đổi MSC tăng cường biểu hiện các phân tử sinh học giúp tăng khả năng định vị đến mô tổn thương, tăng tiết hoạt chất, đề kháng với các yếu tố kích thích hoại tử,…

- Tự động hóa và chuẩn hóa quốc tế: Những giải pháp sản xuất và chuẩn hóa bao gồm tự động hóa và tuân thủ tiêu chuẩn GMP đối với dây chuyền sản xuất, ứng dụng các công nghệ mới như AI, organ-on-a-chip, cùng sự phối hợp giữa các tổ chức quốc tế để đưa ra bộ quy chuẩn đánh giá chung.

Tài liệu tham khảo

Mayeen N. F., et al. (2025). Hurdles to overcome for mesenchymal stem cell translation from bench to bedside. World Journal of Stem Cells, 17(12), 114349. https://doi.org/10.4252/wjsc.v17.i12.114349