Tủy xương (Bone marrow) là mô xốp bán lỏng nằm trong các hốc xương xốp và ống tủy xương dài, là cơ quan tạo máu sơ cấp chứa các tế bào gốc tạo máu biệt hóa thành hồng cầu, bạch cầu và tiểu cầu cho toàn cơ thể. Chiếm khoảng 4% đến 5% tổng trọng lượng cơ thể người trưởng thành (tương đương khoảng 2,6 đến 3,0 kg), tủy xương là một trong những cơ quan có hoạt tính phân chia tế bào mạnh mẽ nhất, sản sinh hơn 200 tỷ hồng cầu và hàng trăm triệu bạch cầu mỗi ngày để duy trì sự sống.
Đặc điểm giải phẫu và phân loại tủy xương
Về phương diện cấu trúc giải phẫu và màu sắc vi thể, tủy xương được chia thành hai phân loại chức năng chính:
| Đặc điểm so sánh | Tủy đỏ (Red bone marrow / Medulla ossium rubra) | Tủy vàng (Yellow bone marrow / Medulla ossium flava) |
|---|---|---|
| Thành phần tế bào học chủ yếu | Chiếm ưu thế bởi các tế bào gốc tạo máu (HSCs), tế bào tiền thân dòng tủy và dòng lympho | Chiếm ưu thế bởi các tế bào mỡ (adipocytes), tế bào đệm trung mô và mạng lưới mạch máu thưa |
| Chức năng sinh học cốt lõi | Thực hiện chức năng sinh máu tích cực (hematopoiesis) và chọn lọc tế bào lympho B | Dự trữ năng lượng dưới dạng lipid; có thể chuyển dạng trở lại thành tủy đỏ khi thiếu máu nặng |
| Phân bố giải phẫu ở trẻ sơ sinh | Hiện diện tại tất cả các khoang xương trong toàn bộ hệ thống xương của cơ thể | Không hiện diện hoặc chỉ có tỷ lệ không đáng kể tại thời điểm mới sinh |
| Phân bố giải phẫu ở người lớn | Khu trú tại các xương dẹt và xương xốp trục: xương chậu, xương ức, đốt sống, xương sườn, xương sọ và đầu trên xương đùi/cánh tay | Chiếm lĩnh toàn bộ ống tủy trung tâm của các xương dài ở các chi (thân xương đùi, xương chày, xương cánh tay) |
Cấu trúc vi môi trường tủy xương (Bone Marrow Niche)
Tế bào gốc tạo máu không phân bố ngẫu nhiên mà định cư trong những môi trường vi mô giải phẫu chuyên biệt gọi là các niche tủy xương, nơi cung cấp các tín hiệu hóa học và tương tác cơ học quyết định sự tự làm mới hoặc biệt hóa:
- Niche nội cốt mạc (Endosteal / Osteoblastic Niche): Nằm sát bề mặt xương bè trong hốc tủy, được bao quanh bởi các tế bào tạo xương (osteoblasts) và tế bào hủy xương (osteoclasts). Niche này duy trì trạng thái ngủ nghỉ (quiescence) của các tế bào gốc tạo máu dài hạn (LT-HSCs) thông qua các phân tử bám dính N-cadherin và thụ thể Tie-2 tương tác với Angiopoietin-1, bảo vệ tế bào gốc khỏi tổn thương đột biến DNA do phân chia quá mức.
- Niche mạch máu (Vascular / Perivascular Niche): Nằm bao quanh mạng lưới xoang tĩnh mạch tủy xương (sinusoids) có lớp nội mạc có lỗ thủng (fenestrated endothelium). Niche này được nâng đỡ bởi các tế bào đệm trung mô biểu hiện nồng độ cao chemokine CXCL12 (tế bào CAR - CXCL12-abundant reticular cells) và thụ thể leptin (LepR+). Đây là nơi các tế bào gốc tạo máu ngắn hạn tăng sinh tích cực và sẵn sàng giải phóng các tế bào máu trưởng thành vào hệ tuần hoàn chung.
Các dòng tế bào tạo máu và sự điều hòa sinh học
Quá trình biệt hóa tạo máu từ một tế bào gốc tạo máu vạn năng (Pluripotent Hematopoietic Stem Cell - HSC) diễn ra theo hai nhánh phát triển lớn:
Dòng tế bào tủy (Myeloid Lineage)
Khởi nguồn từ tế bào tiền thân chung dòng tủy (Common Myeloid Progenitor - CMP), phát triển thành:
- Dòng hồng cầu: Dưới tác động kích thích của hormone erythropoietin (EPO) từ thận, tiền nguyên hồng cầu biệt hóa qua các giai đoạn nguyên hồng cầu ưa base, đa sắc, ưa acid và hồng cầu lưới trước khi tống nhân ra ngoài tạo thành hồng cầu trưởng thành vận chuyển oxy.
- Dòng bạch cầu hạt và đơn nhân: Dưới sự điều hòa của các yếu tố kích thích cụm bạch cầu hạt (G-CSF) và đại thực bào (GM-CSF), các tế bào tủy biệt hóa thành bạch cầu đoạn trung tính (thực bào vi khuẩn), bạch cầu ái toan (chống ký sinh trùng và dị ứng), bạch cầu ái kiềm (giải phóng histamine) và tế bào mono (chuyển thành đại thực bào tại mô).
- Dòng mẫu tiểu cầu (Megakaryocytic): Hormone thrombopoietin (TPO) kích thích sự nhân đôi DNA nội bào không phân chia tế bào chất (endomitosis) tạo ra các mẫu tiểu cầu khổng lồ đa bội thể. Tế bào chất của mẫu tiểu cầu phân mảnh tạo thành hàng nghìn mảnh tiểu cầu không nhân chịu trách nhiệm cầm máu.
Dòng tế bào lympho (Lymphoid Lineage)
Khởi nguồn từ tế bào tiền thân chung dòng lympho (Common Lymphoid Progenitor - CLP), phát triển thành tế bào lympho B (hoàn tất quá trình sắp xếp lại gen kháng thể và chọn lọc âm tính ngay trong tủy xương), tế bào lympho T (di chuyển sớm sang tuyến ức để trải qua quá trình huấn luyện miễn dịch) và tế bào diệt tự nhiên (NK cells).
Các phương pháp thăm dò tủy xương trong lâm sàng huyết học
Đánh giá tủy xương là xét nghiệm xâm lấn then chốt để chẩn đoán xác định các bệnh lý máu ác tính và suy giảm tạo máu:
Chọc hút tủy xương (Bone marrow aspiration)
Sử dụng kim Salah hoặc kim Jamshidi đưa qua lớp vỏ xương vào hốc tủy gai chậu sau trên để hút dịch tủy chứa các hạt tủy (marrow spicules). Dịch tủy được phết lam nhuộm Giemsa làm tủy đồ (myelogram), đếm tỷ lệ các dòng tế bào, tỷ lệ M:E (Myeloid/Erythroid ratio, bình thường 2:1 đến 4:1) và làm xét nghiệm di truyền tế bào (karyotype), giải trình tự gen thế hệ mới (NGS) và đếm dòng tế bào dòng chảy (Flow cytometry). Bệnh nhân được gây tê tại chỗ kỹ lưỡng để giảm thiểu cảm giác buốt đau khi tạo áp lực hút âm tính.
Sinh thiết tủy xương (Bone marrow trephine biopsy)
Khác với chọc hút dịch tủy, sinh thiết tủy xương sử dụng kim trephine chuyên dụng để lấy ra một trụ mô xương và tủy nguyên vẹn có chiều dài tối thiểu 1,5 đến 2 cm. Bệnh phẩm được cố định trong formalin, khử khoáng và cắt lát mỏng nhuộm mô bệnh học. Phương pháp này cho phép đánh giá chính xác độ giàu tế bào tủy (cellularity = 100 - tuổi bệnh nhân), cấu trúc mô học, sự xâm lấn của u lympho, ung thư di căn và mức độ xơ hóa tủy (myelofibrosis) qua nhuộm bạc sợi reticulin mà chọc hút tủy có thể bị khô (dry tap).
Cấy ghép tế bào gốc tạo máu (Hematopoietic Stem Cell Transplantation)
Ghép tủy là liệu pháp điều trị triệt căn duy nhất cho nhiều bệnh lý hiểm nghèo như bệnh bạch cầu cấp, suy tủy xương vô căn, u lympho kháng trị và các bệnh suy giảm miễn dịch bẩm sinh. Phương pháp bao gồm ghép tủy tự thân (dùng tế bào gốc của chính bệnh nhân được thu hoạch trước khi hóa trị liều cao) và ghép tủy đồng loại (dùng tế bào gốc từ người hiến phù hợp kháng nguyên bạch cầu người HLA). Sự hòa hợp HLA phức tạp và phòng ngừa phản ứng mảnh ghép chống ký chủ (Graft-versus-Host Disease - GvHD) là các yếu tố quyết định thành công sống còn của ca cấy ghép.
Sinh học phân tử và liệu pháp gen tế bào gốc tạo máu
Kỷ nguyên sinh học phân tử hiện đại đã đưa nghiên cứu về tủy xương tiến một bước dài nhờ kỹ thuật chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9 và công nghệ chuyển gen bằng vector lentivirus. Các bệnh lý di truyền huyết sắc tố kinh điển như tan máu bẩm sinh Thalassemia (đột biến chuỗi beta-globin) và bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm (HbS) trước đây phải phụ thuộc vào truyền máu và thải sắt suốt đời thì nay đã có cơ hội chữa khỏi hoàn toàn:
- Chỉnh sửa gen tế bào gốc tự thân ex vivo: Tế bào gốc tạo máu CD34+ của chính bệnh nhân được thu hoạch từ tủy xương hoặc máu ngoại vi sau kích bạch cầu, được đưa vào phòng thí nghiệm để chỉnh sửa gen (như tái kích hoạt biểu hiện gen gamma-globin tạo huyết sắc tố bào thai HbF qua ức chế gen BCL11A), sau đó truyền ngược lại cho người bệnh sau khi đã dọn tủy bằng hóa chất.
- Liệu pháp tế bào CAR-T hướng đích: Tế bào lympho T thu hoạch từ tủy và máu được biến nạp gen thụ thể kháng nguyên dạng khảm (Chimeric Antigen Receptor - CAR) đặc hiệu chống lại các kháng nguyên bề mặt của tế bào ác tính (như CD19 trong bệnh bạch cầu cấp dòng lympho B hoặc BCMA trong bệnh đa u tủy xương), tạo ra các đội quân tế bào miễn dịch sống có khả năng truy lùng và tiêu diệt tận gốc các tế bào ung thư lẩn trốn trong các hốc vi môi trường tủy xương.