Sinh học tế bào gốc thần kinh

Tế bào gốc thần kinh, phần lớn không phân biệt có nguồn gốc từ hệ thống thần kinh trung ương. Tế bào gốc thần kinh (NSC) có khả năng tạo ra các tế bào con phát triển và biệt hóa thành tế bào thần kinh và tế bào thần kinh đệm (tế bào không phải tế bào thần kinh cách ly tế bào thần kinh và tăng tốc độ tế bào thần kinh gửi tín hiệu).

tế bào gốc: tế bào gốc thần kinh

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng cũng có các tế bào gốc trong não. Ở động vật có vú rất ít tế bào thần kinh mới được hình thành sau khi sinh, nhưng một số tế bào thần kinh

Trong nhiều năm, người ta đã nghĩ rằng bộ não là một hệ thống khép kín, cố định. Ngay cả nhà thần kinh học nổi tiếng người Tây Ban Nha, ông Santiago Ramón y Cajal, người đã giành giải thưởng Nobel về sinh lý học năm 1906 vì đã thiết lập tế bào thần kinh là tế bào cơ bản của não, cũng không biết về cơ chế phát sinh thần kinh (sự hình thành mô thần kinh) trong sự nghiệp đáng chú ý khác của ông. Chỉ có một số ít các khám phá, chủ yếu ở chuột, chim và linh trưởng, vào nửa sau của thế kỷ 20 đã ám chỉ khả năng tái tạo của các tế bào não. Trong thời gian này, các nhà khoa học cho rằng một khi não bị tổn thương hoặc bắt đầu xấu đi, nó không thể tái tạo các tế bào mới theo cách mà các loại tế bào khác, như tế bào gan và da, có thể tái tạo. Việc tạo ra các tế bào não mới trong não người trưởng thành được cho là không thể vì một tế bào mới không bao giờ có thể tự tích hợp hoàn toàn vào hệ thống phức tạp hiện có của não. Mãi đến năm 1998, NSC mới được phát hiện ở người, được tìm thấy đầu tiên ở một vùng não gọi là đồi hải mã, được biết đến là công cụ hình thành ký ức. Các NSC sau đó cũng được tìm thấy hoạt động trong các khứu giác (một khu vực xử lý mùi) và không hoạt động và không hoạt động trong vùng kín (một khu vực xử lý cảm xúc), vân (một khu vực xử lý chuyển động) và tủy sống.

Ngày nay các nhà khoa học đang điều tra các dược phẩm có thể kích hoạt các NSC không hoạt động trong trường hợp các khu vực nơi các tế bào thần kinh được đặt bị hư hại. Các con đường nghiên cứu khác tìm cách tìm ra cách ghép NSC vào các khu vực bị hư hại và dỗ chúng di cư khắp các khu vực bị thiệt hại. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tế bào gốc khác tìm cách lấy tế bào gốc từ các nguồn khác (ví dụ phôi) và tác động đến các tế bào này để phát triển thành tế bào thần kinh hoặc tế bào thần kinh đệm. Điều gây tranh cãi nhất trong số các tế bào gốc này là những tế bào được mua từ phôi người, chúng phải bị phá hủy để có được các tế bào. Các nhà khoa học đã có thể tạo ra các tế bào gốc đa năng cảm ứng bằng cách lập trình lại các tế bào soma trưởng thành (tế bào của cơ thể, ngoại trừ tế bào tinh trùng và trứng) thông qua việc giới thiệu một số gen điều hòa. Tuy nhiên, việc tạo ra các tế bào được lập trình lại đòi hỏi phải sử dụng retrovirus, và do đó những tế bào này có khả năng đưa vi-rút gây ung thư có hại vào bệnh nhân. Tế bào gốc phôi (ESCs) có tiềm năng đáng kinh ngạc, vì chúng có khả năng biến thành bất kỳ loại tế bào nào được tìm thấy trong cơ thể người, nhưng cần nghiên cứu thêm để phát triển các phương pháp phân lập và tạo ESC tốt hơn.

Phục hồi đột quỵ là một lĩnh vực nghiên cứu, nơi đã phát hiện ra nhiều về lời hứa và sự phức tạp của liệu pháp tế bào gốc. Hai phương pháp chính có thể được thực hiện để trị liệu bằng tế bào gốc: phương pháp nội sinh hoặc phương pháp ngoại sinh. Cách tiếp cận nội sinh phụ thuộc vào việc kích thích NSC trưởng thành trong cơ thể của chính bệnh nhân. Những tế bào gốc này được tìm thấy trong hai khu vực của ngà răng (một phần của đồi hải mã) trong não, cũng như trong khối (một phần của hạch nền nằm sâu bên trong bán cầu não), vùng vỏ não (độ dày bên ngoài của vỏ não rất phức tạp) và tủy sống. Trong các mô hình chuột, các yếu tố tăng trưởng (các chất trung gian tăng trưởng tế bào), chẳng hạn như yếu tố tăng trưởng nguyên bào sợi-2, yếu tố tăng trưởng nội mô mạch máu, yếu tố thần kinh có nguồn gốc từ não và erythropoietin, đã được sử dụng sau khi đột quỵ nhằm gây ra hoặc tăng cường sự phát sinh thần kinh, do đó ngăn chặn tổn thương não và thúc đẩy phục hồi chức năng. Yếu tố tăng trưởng hứa hẹn nhất trong các mô hình chuột là erythropoietin, giúp thúc đẩy sự tăng sinh tế bào tiền thân thần kinh và đã được chứng minh là gây ra sự phát sinh thần kinh và cải thiện chức năng sau đột quỵ ở chuột. Điều này được theo sau bởi các thử nghiệm lâm sàng trong đó erythropoietin được dùng cho một mẫu nhỏ bệnh nhân đột quỵ, người cuối cùng đã cho thấy sự cải thiện đáng kể so với các cá nhân trong nhóm giả dược. Erythropoietin cũng cho thấy sự hứa hẹn ở bệnh nhân tâm thần phân liệt và ở bệnh nhân mắc bệnh đa xơ cứng. Tuy nhiên, các nghiên cứu sâu hơn cần được thực hiện ở các nhóm bệnh nhân lớn hơn để xác nhận hiệu quả của erythropoietin.

Các liệu pháp tế bào gốc ngoại sinh dựa vào chiết xuất, nuôi cấy in vitro và sau đó cấy ghép tế bào gốc vào các vùng của não bị ảnh hưởng bởi đột quỵ. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng NSC trưởng thành có thể được lấy từ ngà răng, hồi hải mã, vỏ não và chất trắng dưới vỏ não (lớp bên dưới vỏ não). Các nghiên cứu cấy ghép thực tế đã được thực hiện ở những con chuột bị tổn thương tủy sống bằng cách sử dụng các tế bào gốc đã được sinh thiết từ khu vực dưới bán cầu (khu vực nằm dưới các bức tường của khoang não chứa đầy chất lỏng hoặc tâm thất) của não người trưởng thành. May mắn thay, không có thiếu hụt chức năng do kết quả của sinh thiết. Cũng đã có những nghiên cứu trên chuột trong đó ESC hoặc tế bào gốc thần kinh có nguồn gốc từ bào thai và tế bào tiền thân (tế bào không phân biệt; tương tự tế bào gốc nhưng có khả năng biệt hóa hẹp hơn) đã được cấy vào vùng não bị tổn thương do đột quỵ. Trong các nghiên cứu này, các NSC ghép đã phân biệt thành công tế bào thần kinh và tế bào thần kinh đệm, và đã có một số phục hồi chức năng. Tuy nhiên, sự cảnh báo chính với các liệu pháp ngoại sinh là các nhà khoa học vẫn chưa hiểu đầy đủ các cơ chế phân biệt cơ bản của các tế bào tiền thân và sự tích hợp của chúng vào các mạng lưới thần kinh hiện có. Ngoài ra, các nhà khoa học và bác sĩ lâm sàng chưa biết cách kiểm soát sự tăng sinh, di cư, sự khác biệt và sự sống sót của NSC và con cháu của họ. Điều này là do thực tế là các NSC được điều chỉnh một phần bởi môi trường vi mô chuyên biệt, hoặc thích hợp, nơi chúng cư trú.

Cũng đã có nghiên cứu về các tế bào gốc tạo máu (HSC), thường biệt hóa thành các tế bào máu nhưng cũng có thể được chuyển hóa thành các dòng thần kinh. Những HSC này có thể được tìm thấy trong tủy xương, máu cuống rốn và các tế bào máu ngoại vi. Điều thú vị là, các tế bào này đã được tìm thấy được huy động một cách tự nhiên bởi một số loại đột quỵ và cũng có thể được huy động thêm bởi yếu tố kích thích khuẩn lạc bạch cầu hạt (G-CSF). Các nghiên cứu về G-CSF ở chuột đã chỉ ra rằng nó có thể dẫn đến cải thiện chức năng sau đột quỵ và các thử nghiệm lâm sàng ở người có vẻ đầy hứa hẹn. Các nghiên cứu ngoại sinh cũng đã được thực hiện trên chuột với HSC. HSC được quản lý tại địa phương tại vị trí thiệt hại trong một số nghiên cứu hoặc được quản lý một cách có hệ thống thông qua cấy ghép tĩnh mạch trong các nghiên cứu khác. Thủ tục thứ hai đơn giản là khả thi hơn, và các HSC hiệu quả nhất dường như là các HSC có nguồn gốc từ máu ngoại vi.

Nghiên cứu đã được thực hiện trên các liệu pháp tế bào gốc điều trị bệnh động kinh và bệnh Parkinson cũng cho thấy sự hứa hẹn và khó khăn trong việc nuôi dưỡng tế bào gốc đúng cách và đưa chúng vào hệ thống sống. Liên quan đến ESC, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng chúng có khả năng biệt hóa thành các tế bào thần kinh dopaminergic (tế bào thần kinh truyền hoặc được kích hoạt bởi dopamine), tế bào thần kinh vận động cột sống và oligodendrocytes (tế bào không phải tế bào thần kinh liên quan đến sự hình thành myelin). Trong các nghiên cứu nhằm điều trị bệnh động kinh, tiền chất thần kinh có nguồn gốc từ tế bào phôi chuột (ESN) đã được cấy vào vùng đồi thị của chuột bị động kinh mãn tính và chuột kiểm soát. Sau khi ghép, không có sự khác biệt nào được tìm thấy trong các thuộc tính chức năng của ESN, vì tất cả chúng đều hiển thị các đặc tính synap đặc trưng của tế bào thần kinh. Tuy nhiên, vẫn còn phải xem liệu ESN có khả năng sống sót trong thời gian dài ở vùng đồi thị động kinh, để phân biệt thành các tế bào thần kinh với các chức năng vùng đồi thị thích hợp, và ngăn chặn sự thiếu hụt học tập và trí nhớ trong bệnh động kinh mãn tính. NSC, mặt khác, đã được quan sát thấy để tồn tại và phân biệt thành các dạng tế bào thần kinh chức năng khác nhau ở chuột. Tuy nhiên, không rõ liệu NSC có thể phân biệt thành các dạng chức năng khác nhau với số lượng thích hợp hay không và liệu chúng có thể đồng bộ hóa đúng cách với các tế bào thần kinh có thể gây ức chế để ức chế chúng hay không, do đó hạn chế các cơn động kinh.

Phương pháp điều trị bệnh Parkinson cũng cho thấy sự hứa hẹn và đối mặt với những trở ngại tương tự. Nghiên cứu lâm sàng đã được thực hiện trên việc cấy ghép mô não của thai nhi (mô có nguồn gốc từ trung gian, tạo thành một phần của não) vào vùng của bệnh nhân Parkinson. Tuy nhiên, mô này có sẵn hạn chế, đó là điều làm cho việc cấy ghép ESC trở nên hấp dẫn hơn. Thật vậy, nghiên cứu đã chỉ ra rằng các tế bào thần kinh dopaminergic có thể ghép được, loại tế bào thần kinh bị ảnh hưởng trong bệnh Parkinson có thể được tạo ra từ chuột, linh trưởng và ESC của con người. Tuy nhiên, một điểm khác biệt lớn giữa ESC của chuột và người là ESC của con người mất nhiều thời gian hơn để phân biệt (tối đa 50 ngày). Ngoài ra, các chương trình khác biệt cho ESC người đòi hỏi phải giới thiệu huyết thanh động vật để nhân giống, có thể vi phạm một số quy định y tế, tùy thuộc vào quốc gia. Các nhà nghiên cứu cũng sẽ cần tìm ra một cách để có được các tế bào tiền thân dopaminergic có nguồn gốc ESC để tồn tại trong một thời gian dài hơn sau khi cấy ghép. Cuối cùng, có vấn đề về độ tinh khiết của quần thể tế bào có nguồn gốc ESC; tất cả các tế bào phải được chứng nhận là tế bào tiền thân dopaminergic trước khi chúng được cấy ghép an toàn. Tuy nhiên, các kỹ thuật khác biệt và thanh lọc đang được cải thiện với mỗi nghiên cứu. Thật vậy, việc tạo ra các ngân hàng lớn của các quần thể tế bào tinh khiết và cụ thể để ghép người vẫn là một mục tiêu có thể đạt được.