1. Tế bào gốc đa tiềm năng cảm ứng (induced Pluripotent Stem Cells – iPSCs hoặc iPS cells)
Tế bào gốc đa tiềm năng cảm ứng (induced Pluripotent Stem Cells – iPSCs hoặc iPS cells) là loại tế bào gốc đa tiềm năng được tạo ra trực tiếp từ tế bào soma bằng cách tái lập trình (“reprogramming”), hay một số tài liệu Việt Nam sử dụng từ khác là “giải biệt hóa”.
Trong tự nhiên, sự biệt hóa tế bào đi theo một chiều không đảo ngược: toàn năng (totipotency) -> đa tiềm năng (pluripotency) -> đa tiềm năng giới hạn (multipotency) -> vài tiềm năng (oligopotency) -> đơn tiềm năng (unipotency). Năm 2006, các nhà khoa học Nhật Bản (Yamanaka và Takahashi) đã chuyển các gen mã hóa các yếu tố phiên mã hoạt động ở giai đoạn phôi sớm vào nguyên bào sợi chuột, cảm ứng loại tế bào này đảo ngược quá trình biệt hóa để trở thành tế bào gốc đa tiềm năng, đánh dấu sự khởi đầu của công nghệ tế bào gốc đa tiềm năng cảm ứng.
2. Những dấu mốc chính về tái lập trình tế bào soma thành iPSC
Năm 1962, Gurdon và cộng sự đã chứng minh trên mô hình ếch rằng một nhân tế bào soma (tế bào đuôi nòng nọc) khi cấy vào trứng đã loại nhân có thể trở thành hợp tử (tái lập trình về trạng thái toàn năng) và phát triển được thành cơ thể ếch hoàn chỉnh. Thí nghiệm cấy chuyển nhân cho thấy thông tin di truyền được bảo tồn trong quá trình biệt hóa, và vật chất trong tế bào trứng có thể đảo ngược tế bào chuyên hóa về trạng thái tế bào gốc toàn năng (Gurdon được trao giải Nobel Y học và Sinh lý học 2012 nhờ nghiên cứu tái lập trình này). Năm 1996, thí nghiệm cấy chuyển thực hiện thành công lần đầu tiên trên động vật có vú, với sự ra đời của cừu Dolly.
Các nhà khoa học lần đầu tiên phân lập được tế bào gốc phôi (Embryonic Stem Cells – ESCs) từ phần nút phôi (inner cell mass) của túi phôi (blastocyst) ở chuột năm 1981 và ở người năm 1998. Đến năm 2001, Tada và cộng sự đã chứng minh tế bào lai tạo ra khi dung hợp tế bào gốc phôi và tế bào soma cũng thể hiện đặc điểm của tế bào gốc đa tiềm năng.
Năm 2006, Yamanaka và cộng sự đã lần đầu tiên tạo ra tế bào gốc đa tiềm năng cảm ứng (induced Pluripotent Stem Cells – iPSCs) ở chuột. Họ đưa ra giải thuyết rằng các gen quan trọng đối với quá trình duy trì tính đa tiềm năng của tế bào gốc phôi (ESCs) có khả năng tạo ra trạng thái đa tiềm năng ở tế bào soma. Họ đã chọn 24 gen được xác định quan trọng với ESCs và chuyển gen bằng virus vào nguyên bào sợi chuột để tạo ra các tế bào giống ESCs. Sau đó bằng cách loại dần từng gen trong 24 gen đó, họ đã xác định được 4 yếu tố (Oct4, Sox2, cMyc và Klf4) là đủ để tạo ra iPSCs. Nhờ nghiên cứu này, Yamanaka được trao giải Nobel Y học và Sinh lý học 2012 – chia sẻ cùng Gurdon.
Năm 2007, hai nhóm nghiên cứu độc lập là Yamanaka (người đầu tiên tạo ra iPSCs ở chuột) và Thompson (người đầu tiên phân lập được tế bào gốc phôi người) đã tạo được iPSCs ở người bằng cách chuyển các gen mã hóa các yếu tố phiên mã vào nguyên bào sợi bằng vector virus.
Từ sau năm 2007, việc tạo ra iPSCs bằng các hợp chất hóa học mô phỏng các yếu tố phiên mã đã được thúc đẩy, nhằm tăng hiệu suất chuyển đổi tế bào soma thành iPSCs cũng như loại bỏ nghi ngại về việc chuyển gen làm phát sinh đột biến ở tế bào đích. Một số thành công có thể kể đến như axit valproic mô phỏng tín hiệu do yếu tố phiên mã c-Myc (Melton và cộng sự, 2008), chất ức chế histone methyl transferase kết hợp hoạt hóa kênh canxi màng (Ding và cộng sự, 2008), các protein tái tổ hợp Oct4, Sox2, Klf4 và c-Myc (Zhou và cộng sự, 2009)… Ngoài ra, những cách thức khác để cải thiện quá trình tạo ra iPSCs như thay thế vector virus bằng các vector chuyển gen khác an toàn hơn, sử dụng các micro RNA để tăng cường tiềm năng của iPSCs.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Cerneckis J., Cai H., & Shi Y. (2024). Induced pluripotent stem cells (iPSCs): molecular mechanisms of induction and applications. Signal Transduction and Targeted Therapy, 9(1), 112.
2. Rowe R.G., & Daley G.Q. (2019). Induced pluripotent stem cells in disease modelling and drug discovery. Nature Reviews Genetics, 20(7), 377-388.
3. Mattis V.B., & Svendsen C.N. (2011). Induced pluripotent stem cells: a new revolution for clinical neurology?. The Lancet Neurology, 10(4), 383-394.
