Tế bào gốc - Sự hình thành phôi người

Ch ng 3. T bào g cươ ế ố S hình thành phôi ng iự ườ • Each germ layer forms specific tissues and organs – Ectoderm--(blue)--will form skin and nervous system. –Mesoderm--(red)--will form muscles, kidneys, connective tissue, and reproductive organs. – Endoderm--(yellow)--will form digestive tract, lungs, liver and bladder. Phôi nang TBG là gì? T o 2 TB ch em gi ng nhauạ ị ố T làm m iự ớ Bi t hóaệ TB soma TBG Là nh ng TB không chuyên bi t nh ng có kh năng s n sinh ữ ệ ư ả ả và bi t hóa thành nhi u TB chuyên bi t. ệ ề ệ Các d ng TBGạ TBG phôi TBG tr ng thànhưở Các kh năng c a TBGả ủ Pluripotent Multipotent • Totipotent • Pluripotent • Multipotent • Oligopotent • Unipotent Potency TBG phôi TBG tr ng thànhưở TBG t d ch iừ ị ố S khác nhau gi a TBG phôi và TBG ự ữ tr ng thànhưở • Có kh năng t làm m i khác nhau:ả ự ớ – TBG phôi: t làm m i g n nh không gi i h nự ớ ầ ư ớ ạ – TBG tr ng thành: t làm m i có gi i h nưở ự ớ ớ ạ • Có kh năng bi t hóa khác nhau:ả ệ – TBG phôi: Bi t hóa thành t t c các d ng TB ệ ấ ả ạ trong 1 sinh v tậ – TBG tr ng thành: Bi t hóa thành 1 s d ng TB ưở ệ ố ạ có gi i h n. ớ ạ • Khác nhau trong đáp ng v i các kích thích bên ứ ớ ngoài: –TBG phôi s n sàng thay đ i v i nh ng kích thíchẵ ổ ớ ữ –TBG tr ng thành nh n m nh vào tính b n v ng ưở ấ ạ ề ữ và c n đ c ho t hóa b i các tín hi u, ch ng h n ầ ượ ạ ở ệ ẳ ạ nh nh ng t n th ng.ư ữ ổ ươ TBG phôi • TBG phôi đ c tách ra ượ t phôi kho ng 4–5 ừ ả ngày tu i (blastocyst).ổ • Nh ng TB này có kh ữ ả năng bi t hóa thành t t ệ ấ c các d ng TB và có ả ạ th t o thành sinh v t ể ạ ậ hoàn ch nhỉ TBG phôi và th tinh ng nghi mụ ố ệ Nghiên c u TBGứ Pluripotent ES cells Ngu n TBG phôiồ L ch s nghiên c u TB phôi ng iị ử ứ ườ  1954, John Enders đã nh n đ c gi i Nobel y h c ậ ượ ả ọ cho công trình nghiên c u s phát tri n polio virus ứ ự ể trong TB th n phôi ng i.ậ ườ  1998, James Thomson (Đ i h c Wisconsin-Madison) ạ ọ đã tách đ c các TB t kh i TB bên trong c a phôi ượ ừ ố ủ s m và đã phát tri n đ c các dòng TBG phôi ớ ể ượ ng i đ u tiênườ ầ  1998, John Gearhart (Đ i h c Johns Hopkins) đã ạ ọ tách đ c TB m m phôi ng i t các TB trong ượ ầ ườ ừ mô tuy n sinh d c c a bào thai (TB m m nguyên ế ụ ủ ầ th y).ủ TBG phôi ng iườPhôi bào ng iườ Inner cell mass Mouse fibroblasts feeder layer TBG phôi ng iườ Blastocyst Human Embryonic Stem Cells Neural Cells Spinal Cord Injury Parkinson’s Disease Cardiomyocytes Heart Failure Islets Diabetes Osteoblasts Osteoporosis And Bone Fractures Chondrocytes Arthritis Hepatocytes Drug Discovery Liver Failure Dendritic Cells Tolerance Induction Cancer Immunotherapy Large Characterized cGMP Banks Therapeutic Cells TBG tr ng thành (mô)ưở • Đ c tìm th y 1 s l ng nh mô ho c c quan ượ ấ ố ượ ỏ ở ặ ơ c a ng i tr ng thành và tr em, bao g m não, t y ủ ườ ưở ẻ ồ ủ x ng, c x ng, da.ươ ơ ươ • Nh ng TB này có th t o thành các d ng TB có liên ữ ể ạ ạ h g n v i mô mà nó đ c tìm th y.ệ ầ ớ ượ ấ • Nh ng TB này cung c p nh ng TB đ c bi t hóa ữ ấ ữ ượ ệ c n cho vi c thay th mô mà nó đ c tìm th y.ầ ệ ế ở ượ ấ S bi t hóa TBG tr ng thànhự ệ ưở Đ c tính c a TBG tr ng thànhặ ủ ưở Nh ng thành công ban đ u c a TBG ữ ầ ủ tr ng thànhưở • TBG trung mô ng i đã đ c kh i đ ng các gen ườ ượ ở ộ đ c tìm th y trong x ng, s n, mô m , c , các ượ ấ ươ ụ ỡ ơ TB th n kinh, bi u bì, và TB ch t n n h tr t o ầ ể ấ ề ỗ ợ ạ máu. • TB nguyên th y tr ng thành đa năng bi t hóa ủ ưở ệ thành các TB gi ng TB gan ch c năng.ố ứ • Các TBG th n kinh ng i có th di c r ng kh p ầ ườ ể ư ộ ắ trong não ng i sau khi tiêm. ườ • TBG tr ng thành đ c tách ra t d ch i bào thai, ưở ượ ừ ị ố máu ngo i vi, máu dây r n, mô não, c , gan, t y, ạ ố ơ ụ giác m c, tuy n n c b t, da, gân, tim, s n, tuy n ạ ế ướ ọ ụ ế c, t y răng, và mô m .ứ ủ ỡ Các d ng TBG khácạ • TBG có th đ c l y ể ượ ấ t cu ng dây r n c a ừ ố ố ủ tr s sinhẻ ơ • Gi ng TBG tr ng ố ưở thành, TBG này có th ể t o ra 1 kho ng có gi i ạ ả ớ h n c a các d ng TB ạ ủ ạ chuyên bi t.ệ TBG có ngu n g c t d ch iồ ố ừ ị ố TBG v n năng đ c c m ngạ ượ ả ứ Các TBG v n năng đ c c m ng là TBG tr ng ạ ượ ả ứ ưở thành mà nó đ c l p trình l i v di truy n đ thành ượ ậ ạ ề ề ể d ng TB gi ng nh TBG phôiạ ố ư TB v n năng đ c c m ng (induced pluripotent ạ ượ ả ứ cells (iPSC)) S n i k t c a 1 s gen có th l p trình l i nguyên ự ố ế ủ ố ể ậ ạ bào s i da đ t o thành iPSCợ ở ể ạ (Takahashi and Yamanaka Cell 2007, Yu Science 07, Cowan Science 07, Wernig Nature 07, Okita Nature 07) T i sao iPSC không th thay th nghiên c u TBG phôi?ạ ể ế ứ 1) Nghiên c u TBG phôi là then ch t đ hi u iPSCứ ố ể ể 2) iPSC là đ c c m ng b i các gen ung th nên vi c s ượ ả ứ ở ư ệ ử d ng nó cho đi u tr có tr ng iụ ề ị ở ạ “Reprogramming” T ế bào mầ m ng d ng lâm sàng c a TBGỨ ụ ủ  Xác đ nh nhân t gây quái thai ị ố  Ki m tra đ c tính c a thu cể ộ ủ ố  Y h c tái t oọ ạ  TB m ch máu cho b nh timạ ệ  TB đ o t y cho b nh ti u đ ngả ụ ệ ể ườ  TB th n kinhầ  S suy y u mi n d chự ế ễ ị  B nh ti u đ ng v ệ ể ườ ị thành niên  B nh x c ng r i rácệ ơ ứ ả  B nh Parkinsonệ  B nh Alzheimer ệ  B nh b ch c uệ ạ ầ  Ch ng viêm kh pứ ớ  Ch ng lo n d ng c ứ ạ ưỡ ơ b pắ  T n th ng c t s ngổ ươ ộ ố  B ngỏ  Ch ng suy timứ  Đ t quộ ỵ Dùng TBG đi u tr các b nhề ị ệ Ki m tra và phát tri n thu cể ể ố  Dùng mô hình TBG đ ki m tra đ c tính ể ể ộ c a thu củ ố  Phát tri n thu c m i d a trên ho t tính ể ố ớ ự ạ d c h c, d c đ ng h c c a thu c trên ượ ọ ượ ộ ọ ủ ố TBG TBG có th thay th các TB b h h i trong ể ế ị ư ạ c thơ ể - Hi n t i: Dùng TBG đi u tr b nh ung th h ệ ạ ề ị ệ ư ệ b ch huy t, b nh b ch c uạ ế ệ ạ ầ - T ng lai: B nh ti u đ ng, b nh Alzheimer, ươ ệ ể ườ ệ b nh Parkinson ?ệ Li u pháp thay th TBệ ế Chuy n nhân TB somaể • Đ thi t l p mô hình b nh ng iể ế ậ ệ ườ • Đ t o ra TB ho c mô đ c hi u cho b nh nhân ể ạ ặ ặ ệ ệ nh m c y ghép và s a ch a.ằ ấ ử ữ Chuy n nhân TB soma đ ng v tể ở ộ ậ Chuy n nhân TB soma ng iể ở ườ ? start with cancer cell Breast cancer Leukemia Lymphoma Melanoma Pluripotent Stem Cells Melanoma Tetraploid Complementation E9.5 Chuy n nhân TB soma và TB ung thể ư • 2001, phôi ng i đ c t o dòng đ u tiên (ch đ n ườ ượ ạ ầ ỉ ế giai đo n 6 TB) đ c t o ra b i Advanced Cell ạ ượ ạ ở Technology (USA) • 2004*, tuyên b phôi bào đ c t o dòng c a ng i ố ượ ạ ủ ườ đã đ c t o ra và 1 dòng TB đã đ c thi t l p (Hàn ượ ạ ượ ế ậ Qu c), nh ng sau đó công trình này đã đ c ch ng ố ư ượ ứ minh là gi t oả ạ . Nh ng thành công ban đ u v t o ữ ầ ề ạ dòng ng iườ Neural Retinal Bone Cartilage Epithelial *Hwang, W.S., et al. 2004. Evidence of a Pluripotent Human Embryonic Stem Cell Line Derived from a Cloned Blastocyst. Science 303: 1669-1674. TBG phôi đ c t o dòng – Nh ng ượ ạ ữ thu n l i và tr ng iậ ợ ở ạ • Thu n l i:ậ ợ – Không b lo i th iị ạ ả – Có tính đa năng • Tr ng i:ở ạ – Ch 10% noãn bào đ c t o dòng tr thành phôiỉ ượ ạ ở – 0% (0 trong t ng 2061) đã s ng sót đ tr thành ổ ố ể ở 1 dòng t bàoế – Đ ng v t cho v t li u di truy n thì gi ng v i ộ ậ ậ ệ ề ố ớ đ ng v t cho tr ng (nên không th làm vi c ộ ậ ứ ể ệ trên con đ c)ự – Chi phí cao Nh ng đi u không bi t trong nghiên c u ữ ề ế ứ TBG và t o dòngạ • Không ch c r ng TBG phôi ng i ắ ằ ườ in vitro có th t o ể ạ ra t t c các d ng TB khác nhau c a c th tr ng ấ ả ạ ủ ơ ể ưở thành. • Không bi t TBG đ c nuôi c y ế ượ ấ in vitro (t phôi) có ừ ch c năng làm vi c nh là nh ng TB t phôi đang ứ ệ ư ữ ừ phát tri n.ể • TBG c n đ c bi t hóa thành nh ng d ng TB phù ầ ượ ệ ữ ạ h p tr c khi chúng đ c dùng trong lâm sàng.ợ ướ ượ • G n đây, nh ng b t th ng trong c u trúc và s ầ ữ ấ ườ ấ ố nhi m s c th đã đ c tìm th y trong 3 dòng TBG ễ ắ ể ượ ấ phôi ng i. ườ Nh ng thách th c trong nghiên c u TBG ữ ứ ứ và t o dòngạ • S tăng sinh và phát tri n c a TBG ph i đ c ki m ự ể ủ ả ượ ể soát m t khi đ c đ a vào b nh nhân.ộ ượ ư ệ • Kh năng lo i th i c a c y ghép TBG các mô là ả ạ ả ủ ấ ở r t cao.ấ • Có kh năng nhi m virus, vi khu n, n m và ả ễ ẩ ấ mycoplasma. • S d ng TB “feeder” chu t đ phát tri n TBG phôi ử ụ ộ ể ể có th r c r i trong k t qu nghiên c u c y ghép ể ắ ố ế ả ứ ấ ngo i lai. ạ ng d ng c a TBG v n năng ng iỨ ụ ủ ạ ườ • Ki n th c c b n v s phát tri n ng iế ứ ơ ả ề ự ể ườ • Các mô hình b nh ng iệ ườ • C y ghép, thay th TBấ ế • Phát tri n thu cể ố • S hình thành c quanự ơ Differentiation Therapeutic Cloning: Organogenesis Human ES Cells: Studying the Cellular and Molecular Mechanisms of DiseaseTherapeutic cloning: Studying Mechanisms of Diseases Example: ALS Các b nh có th đ c đi u tr b ng nghiên ệ ể ượ ề ị ằ c u TBG Mứ ở ỹ Condition Number of Persons Affected Cardiovascular diseases 58 Million Autoimmune diseases 30 Million Diabetes 16 Million Osteoporosis 10 Million Cancer 8.2 Million Alzheimer's disease 4 Million Parkinson's disease 1.5 Million Burns (severe) 0.3 Million Spinal cord injuries 0.25 Million Birth defects 150,000 (per year) Total 128.4 Million -------------------------------------------------------------------------------------- Data from the Patients' Coalition for Urgent Research, Washington, DC (according to Perry, Ref. 267). Nh ng thách th c v m t khoa h c trong vi c ữ ứ ề ặ ọ ệ s d ng TBG phôi ng iử ụ ườ Nh ng thách th c trong li u pháp thay th TB và c y ữ ứ ệ ế ấ ghép c quan:ơ • Thi u s bi t hóa đ c hi u cho d ng TBế ự ệ ặ ệ ạ • Có kh năng hình thành kh i uả ố • Lo i th i mi n d ch t ng i nh nạ ả ễ ị ừ ườ ậ • Thách th c đ i v i TBG phôi dùng làm mô hình ứ ố ớ nghiên c u các b nh c a ng i.ứ ệ ủ ườ - Không bi t gen nào ch u trách nhi m cho b nhế ị ệ ệ - Không th t o ra nh ng đ t bi n t ng ng v i ể ạ ữ ộ ế ươ ứ ớ b nh ng iệ ở ườ Đ o lý sinh h c: TBG có gây gi m giá ạ ọ ả tr cu c s ng c a con ng i? ị ộ ố ủ ườ Nh ng đi m nóng v đ o lý trong nghiên ữ ể ề ạ c u TBGứ • TBG phôi ng i đ c tách ra t phôi ng i giai ườ ượ ừ ườ ở đo n phôi bào.ạ • T o dòng sinh s n b ng ph ng pháp chuy n nhân ạ ả ằ ươ ể TB soma là b c mị ấ • iPSC đ c t o ra t TB da ng iượ ạ ừ ườ – B o v nh ng v n đ v con ng iả ệ ữ ấ ề ề ườ – Đ c ch p thu nượ ấ ậ – B o v s đ ng nh t v di truy nả ệ ự ồ ấ ề ề . Các ngu n thông tin h u íchồ ữ • National Institute of Health resource for stem cells ( • International Society for Stem Cell Research: “Guidelines for the Conduct of Human Embryonic Stem Cell Research (www.isscr.org)” • National Academy of Science: “Guidelines for human embryonic stem cell research” (