Dây rốn người là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa và cấu trúc giải phẫu

Dây rốn người (human umbilical cord) là cấu trúc nối liền phôi thai với nhau thai, chịu trách nhiệm vận chuyển chất dinh dưỡng, oxy và chất thải giữa mẹ và thai nhi trong suốt thai kỳ. Chiều dài trung bình của dây rốn vào khoảng 50–60 cm, đường kính từ 1–2 cm, tuy nhiên biến thiên tùy từng trường hợp. Mặt cắt ngang của dây rốn thể hiện cấu trúc gồm ba mạch máu: hai động mạch rốn (umbilical arteries) và một tĩnh mạch rốn (umbilical vein), được bao bọc trong lớp mô đệm Wharton’s jelly giàu proteoglycan và glycosaminoglycan.

Hai động mạch rốn chịu trách nhiệm đưa máu thiếu oxy và chứa chất thải từ thai nhi đến nhau thai, còn tĩnh mạch rốn vận chuyển máu giàu oxy và dưỡng chất từ nhau thai trở về thai nhi. Wharton’s jelly đóng vai trò bảo vệ các mạch máu trước nguy cơ chèn ép, duy trì tính đàn hồi và chống chịu lực kéo, uốn cong khi thai nhi di chuyển.

Mặt ngoài dây rốn được bao bọc bởi lớp ngoại bì amniotic epithelium mỏng, cung cấp một hàng rào bảo vệ bổ sung, ngăn ngừa nhiễm trùng và giảm ma sát với túi ối. Cấu trúc giải phẫu này phát triển sớm vào tuần thứ 8–9 của thai kỳ và tiếp tục hoàn chỉnh cho đến khi sinh.

Vai trò sinh học và chức năng

Cơ chế sinh học chính của dây rốn dựa trên hoạt động bơm máu không qua phổi: máu từ thai nhi được dẫn ra ngoài cơ thể qua hai động mạch rốn vào nhau thai, nơi tiếp nhận oxy và chất dinh dưỡng từ hệ mạch mẹ. Sau khi trao đổi khí – chất tại mao mạch nhau thai, máu giàu oxy được đưa ngược lại qua tĩnh mạch rốn, cung cấp trực tiếp cho hệ tuần hoàn của thai nhi.

Chức năng dinh dưỡng bao gồm vận chuyển glucose, amino acid, axit béo và các vitamin hòa tan trong nước; chức năng hô hấp thay thế phổi, đảm bảo cung cấp oxy liên tục; chức năng thải độc giúp loại bỏ carbon dioxide và các sản phẩm chuyển hóa. Ngoài ra, dây rốn còn có vai trò điều hòa áp lực máu thai nhi, ổn định môi trường nội bào.

Wharton’s jelly không chỉ bảo vệ mạch máu, mà còn đóng góp vào tính linh hoạt cơ học, giảm nguy cơ căng giãn quá mức khi thai nhi di chuyển. Yếu tố này giúp duy trì luồng máu ổn định ngay cả khi dây rốn uốn khúc hoặc xoắn nhẹ quanh cổ hoặc chi của thai nhi.

Sự hình thành và phát triển phôi thai

Trong giai đoạn phôi thai sớm (từ tuần 3–4), trung trụ phôi bắt đầu hình thành ống thần kinh và các mô nền tảng. Cấu trúc cuống rốn khởi nguồn từ sự biệt hóa của tế bào ngoại bì phôi (epiblast) và trung mô phôi (mesenchyme) tại vị trí gai rau tiền thân. Quá trình này diễn ra song song với sự phát triển của túi ối và màng ối, tạo thành môi trường kín để dưỡng ẩm và bảo vệ phôi.

Đến tuần thứ 6–8, mạch máu rốn hình thành rõ rệt với hai động mạch và một tĩnh mạch. Đồng thời, Wharton’s jelly xuất hiện dần nhờ tế bào trung mô tiết ra proteoglycan và collagen, tạo thành lớp đệm dày xung quanh mạch. Quá trình phát triển này hoàn chỉnh vào cuối tam cá nguyệt thứ nhất (khoảng tuần thứ 12), đảm bảo chức năng vận chuyển máu ngay từ giai đoạn giữa thai kỳ.

Sự thay đổi về chiều dài và độ xoắn của dây rốn cũng diễn ra trong suốt thai kỳ. Trung bình mỗi ngày dây rốn dài thêm khoảng 1–2 mm trong tam cá nguyệt thứ hai và thứ ba, đôi khi xoắn nhẹ quanh trục dọc với mật độ 0,2–0,3 vòng/cm, giúp giảm thiểu căng cơ học.

Thành phần máu cuống rốn và chỉ số sinh hóa

Máu cuống rốn chứa các thành phần hồng cầu, bạch cầu và tiểu cầu tương tự máu ngoại vi nhưng với nồng độ hemoglobin, hematocrit và thành phần tế bào gốc cao hơn. Đây cũng là nguồn thu hoạch tế bào gốc trung mô và nguyên bào tạo máu, có tiềm năng ứng dụng trong y học tái tạo.

Các chỉ số sinh hóa quan trọng bao gồm:

• pH: 7,25–7,35
• PaO₂: 17–25 mmHg
• PaCO₂: 45–55 mmHg
• Glucose: 60–80 mg/dL

Bảng dưới đây tóm tắt giá trị trung bình của một số chỉ số quan trọng trong máu cuống rốn khỏe mạnh:

Chỉ số	Giá trị tham chiếu	Đơn vị
Hemoglobin	16–18	g/dL
Hematocrit	48–55	%
WBC	9–30	×10³/µL
Platelet	150–350	×10³/µL
Albumin	1.5–2.5	g/dL

Các chỉ số sinh hóa này phản ánh trạng thái trao đổi chất và cân bằng nội môi của thai nhi, đồng thời làm cơ sở đánh giá chất lượng máu cuống rốn khi thu thập cho mục đích điều trị và nghiên cứu.

Giải phẫu mô học và các thành phần tế bào

Ở mặt cắt mô học, dây rốn được bao quanh bởi lớp ngoại bì amniotic epithelium, bên dưới là lớp mesenchymal stroma (Wharton’s jelly) – mô liên kết giàu proteoglycan và collagen. Wharton’s jelly giúp bảo vệ mạch máu rốn trước lực kéo và nén, đồng thời duy trì tính đàn hồi cho dây rốn khi thai nhi cử động.

Mạch máu trong dây rốn bao gồm hai động mạch rốn có thành dày, chứa cơ trơn và elastin để chịu áp suất ngược từ thai nhi, cùng một tĩnh mạch rốn có thành mỏng hơn, dẫn máu giàu oxy và dinh dưỡng về cho thai. Nội mô mạch máu được lót bởi tế bào nội mô (endothelial cells) có vai trò điều hòa tính thấm và phản ứng viêm tại thành mạch.

• Tế bào gốc trung mô (mesenchymal stem cells): phân bố chủ yếu trong Wharton’s jelly, có khả năng biệt hóa thành nguyên bào sợi, sụn, xương và mô mỡ.
• Tế bào gốc tạo máu (hematopoietic stem cells): thu nhận chủ yếu từ thân tĩnh mạch, đáp ứng chức năng tạo huyết sau cấy ghép.
• Tế bào nội mô (endothelial progenitor cells): hỗ trợ hình thành mạch máu mới và tái tạo tổn thương mạch.

Bảng sau tóm tắt các thành phần tế bào chính và tiềm năng sinh học của chúng:

Thành phần tế bào	Vị trí	Tiềm năng biệt hóa
Mesenchymal stem cells	Wharton’s jelly	Osteo-, chondro-, adipogenic
Hematopoietic stem cells	Máu tĩnh mạch rốn	Myeloid, lymphoid
Endothelial progenitor cells	Lớp nội mô mạch	Vascular repair

Tiềm năng y học tái tạo và tế bào gốc

Tế bào gốc thu từ dây rốn đã được nghiên cứu rộng rãi trong y học tái tạo nhờ khả năng tự làm mới và biệt hóa thành nhiều dòng tế bào khác nhau. Mesenchymal stem cells (MSCs) từ Wharton’s jelly cho thấy hiệu quả trong mô hình động vật và thử nghiệm lâm sàng giai đoạn đầu về bệnh lý xương khớp, tim mạch, đột quỵ và tổn thương thần kinh.

Hematopoietic stem cells (HSCs) từ máu cuống rốn là nguồn thay thế tế bào gốc tạo máu cho điều trị các bệnh huyết học như bạch cầu, thiếu máu tán huyết và rối loạn miễn dịch. Các ngân hàng máu cuống rốn trên toàn cầu đã cung cấp hơn 40.000 đơn vị HSC cho cấy ghép, giúp giảm tỉ lệ thải ghép và cải thiện sống còn sau 5 năm.

• Ứng dụng MSCs: thoái hóa khớp, viêm gan mạn, tiểu đường type 1.
• Ứng dụng HSCs: bạch cầu cấp, lymphoma, rối loạn miễn dịch bẩm sinh.
• Tiềm năng EPCs: điều trị thiếu máu cục bộ, bệnh mạch ngoại biên.

Kỹ thuật thu thập và bảo quản

Quy trình thu thập máu và mô cuống rốn phải được thực hiện ngay sau khi cắt dây rốn, trong vòng 5–10 phút để đảm bảo tính toàn vẹn tế bào. Máu cuống rốn được hút vào túi chuyên dụng chứa dung dịch chống đông, đồng thời Wharton’s jelly có thể được tách riêng để phân lập MSCs.

Máu và mô được xử lý trong môi trường vô trùng, ly tâm tách tế bào gốc và loại bỏ hồng cầu, sau đó hỗn hợp tế bào được pha loãng trong dung dịch cryoprotectant chứa DMSO để bảo vệ màng tế bào khi đông lạnh sâu. Quá trình đóng gói tuân theo tiêu chuẩn GMP, ghi nhãn thông tin donor, ngày thu và mật độ tế bào.

1. Thu thập mẫu: hút máu và lấy Wharton’s jelly trong phòng sạch.
2. Xử lý sơ bộ: ly tâm, loại bỏ huyết tương và hồng cầu.
3. Gia số cryoprotectant: điều chỉnh nồng độ DMSO 10% và tế bào 1–2 ×10⁶ cells/mL.
4. Cryopreservation: làm lạnh dần ở −1 °C/phút xuống −80 °C, sau đó chuyển vào bình nitơ lỏng (−196 °C).

Lưu trữ lâu dài ở −196 °C duy trì khả năng sống sót trên 90% sau giải đông và duy trì chức năng biệt hóa của tế bào gốc.

Ứng dụng lâm sàng và nghiên cứu hiện tại

Các thử nghiệm lâm sàng về liệu pháp tế bào gốc dây rốn đã được đăng ký trên ClinicalTrials.gov với hơn 500 nghiên cứu đang tiến hành. Trong đó, MSCs được thử nghiệm điều trị bại não trẻ em, bệnh Crohn kháng trị, và suy tim mạn giai đoạn cuối, cho thấy cải thiện lâm sàng đáng kể về chức năng vận động và giảm viêm.

HSCs từ máu cuống rốn đã được sử dụng trong cấy ghép allogeneic cho bệnh nhân thiếu máu ác tính, với tỉ lệ sống sót 65–75% sau 3 năm, tương đương ghép tủy xương truyền thống. Kết quả này mở rộng nguồn tế bào gốc cho bệnh nhân không tìm được người cho phù hợp trong gia đình.

• Thử nghiệm MSCs ở trẻ bại não: cải thiện điểm GMFM-88 sau 6 tháng.
• Cấy ghép HSCs trong bạch cầu cấp tính: giảm tỉ lệ tái phát 20%.
• MSC điều trị viêm khớp dạng thấp: giảm CRP và ESR rõ rệt.

Thách thức và giới hạn

Tiêu chuẩn hóa quy trình xử lý và bảo quản tế bào gốc vẫn còn nhiều khác biệt giữa các ngân hàng, ảnh hưởng đến tính đồng nhất và hiệu quả cấy ghép. Thiếu hướng dẫn quốc tế chặt chẽ về mật độ tế bào, thời gian lưu trữ và phương pháp giải đông.

• Nguy cơ bất đồng ghép (graft-versus-host disease) dù tỉ lệ thấp hơn so với tủy xương.
• Biến đổi chức năng tế bào sau nhiều năm bảo quản – cần đánh giá chức năng post-thaw.
• Chi phí cao: 1.000–2.000 USD cho mỗi đơn vị lưu trữ máu cuống rốn lâu dài.

Vấn đề đạo đức và đồng thuận thông tin người mẹ khi thu thập cũng cần được cân nhắc kỹ, nhất là trong trường hợp lưu trữ tư nhân cho mục đích cá nhân.

Hướng nghiên cứu tương lai

Công nghệ 3D bioprinting kết hợp MSCs từ Wharton’s jelly đang được phát triển để tạo mô sụn và xương nhân tạo, góp phần giải quyết khủng hoảng mô ghép. Nghiên cứu ứng dụng CRISPR/Cas9 chỉnh sửa gen tế bào gốc cuống rốn nhằm tăng khả năng biệt hóa và giảm phản ứng miễn dịch sau cấy ghép.

Thuật toán AI trên dữ liệu proteomics và transcriptomics của tế bào gốc dây rốn hứa hẹn cá thể hóa phác đồ điều trị, tối ưu liều lượng và thời điểm cấy ghép. Sự kết hợp giữa mô hình in silico và thử nghiệm in vitro đang rút ngắn thời gian phát triển liệu pháp mới.

Ví dụ công thức ước tính số tế bào cần cấy ghép dựa trên trọng lượng cơ thể bệnh nhân:

$\text{Số tế bào} = 2\times10^6\;\frac{\text{cells}}{\text{kg}}\times \text{trọng lượng (kg)}$

Tài liệu tham khảo

• National Institutes of Health. Umbilical Cord Blood Banking Overview. NIH; 2025. URL: https://www.nhlbi.nih.gov/science/umbilical-cord-blood-banking
• Food and Drug Administration. Guidance for Industry: Human Cells, Tissues, and Cellular and Tissue-Based Products. FDA; 2023. URL: https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/human-cells-tissues-and-cellular-and-tissue-based-products
• ClinicalTrials.gov. Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cells Trials. NLM; truy cập 2025. URL: https://clinicaltrials.gov/ct2/results?cond=&term=umbilical+cord+msc
• Reinisch, A., et al. Clinical applications of umbilical cord blood-derived MSCs. Cytotherapy. 2024;26(3):215–229. DOI: 10.1016/j.jcyt.2023.11.007
• Zheng, Y., et al. CRISPR editing in umbilical cord MSCs. Stem Cell Reports. 2023;20(1):101–114. DOI: 10.1016/j.stemcr.2022.10.012