Tế bào schwann là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa tế bào Schwann trong hệ thần kinh ngoại biên

Tế bào Schwann là một loại tế bào thần kinh đệm đặc trưng của hệ thần kinh ngoại biên (PNS), có chức năng chính là bao bọc và cách điện sợi trục thông qua cấu trúc gọi là bao myelin. Đây là thành phần thiết yếu giúp tăng tốc độ dẫn truyền xung thần kinh và duy trì tính toàn vẹn của neuron ngoại vi.

Tên gọi tế bào Schwann được đặt theo nhà sinh lý học người Đức Theodor Schwann – người đầu tiên mô tả chúng vào năm 1839. Không giống như tế bào thần kinh, tế bào Schwann không truyền tín hiệu điện, nhưng lại đóng vai trò trung tâm trong cấu trúc, chức năng và tái tạo hệ thần kinh ngoại biên. Khả năng tương tác hai chiều giữa tế bào Schwann và sợi trục đóng vai trò quan trọng trong sinh lý học thần kinh.

Tế bào Schwann có thể điều chỉnh biểu hiện gene, điều hòa môi trường vi mô, sản xuất các yếu tố tăng trưởng và hỗ trợ tái sinh sợi trục bị tổn thương. Nhờ các đặc điểm này, chúng đang trở thành mục tiêu quan trọng trong nghiên cứu y học tái tạo thần kinh và phát triển vật liệu sinh học dẫn hướng.

Phân loại tế bào Schwann

Tế bào Schwann được chia thành hai nhóm chính dựa trên khả năng tạo bao myelin quanh sợi trục thần kinh. Sự phân hóa này không chỉ phản ánh đặc tính hình thái mà còn quy định chức năng sinh học khác biệt. Mỗi loại có vai trò cụ thể trong hệ thần kinh ngoại biên.

• Tế bào Schwann có myelin: Bao bọc từng đoạn sợi trục lớn (loại Aα và Aβ), tạo nên bao myelin đa lớp. Cấu trúc này cho phép xung động thần kinh nhảy qua các nút Ranvier, giúp tăng tốc độ dẫn truyền lên đến 120 m/s.
• Tế bào Schwann không có myelin: Bao quanh nhiều sợi trục nhỏ đồng thời trong cấu trúc gọi là bó Remak. Tuy không hình thành bao myelin, nhưng chúng vẫn bảo vệ, cung cấp chất dinh dưỡng và giữ cho môi trường ngoại bào ổn định.

Bảng so sánh dưới đây thể hiện sự khác biệt giữa hai loại tế bào Schwann:

Đặc điểm	Schwann có myelin	Schwann không có myelin
Dạng sợi trục bao bọc	Sợi trục lớn, một–một	Sợi trục nhỏ, nhiều–một
Có tạo bao myelin	Có	Không
Tốc độ dẫn truyền	Cao	Chậm
Chức năng chính	Cách điện, tăng tốc dẫn truyền	Bảo vệ, điều hòa vi môi trường

Cấu trúc và đặc điểm phân tử

Tế bào Schwann có hình dạng dài, mảnh, bao quanh sợi trục như một dải cuốn. Nhân tế bào nằm ở rìa, hình bầu dục, có nhiều lưới nội chất và ty thể để đảm bảo tổng hợp protein và năng lượng phục vụ cho quá trình myelin hóa. Trong tế bào có các bào quan giàu lipid, phục vụ cho việc tạo bao myelin từ chính màng sinh chất của nó.

Các protein đặc hiệu cấu thành bao myelin bao gồm:

• P0 protein: Protein cấu trúc chính, chiếm hơn 50% tổng protein của bao myelin ngoại vi.
• PMP22: Protein xuyên màng, đóng vai trò duy trì ổn định cấu trúc myelin, liên quan đến bệnh Charcot-Marie-Tooth.
• MBP (Myelin Basic Protein): Gắn chặt lớp lipid của màng tế bào trong bao myelin.

Bao myelin được tạo thành từ nhiều vòng màng lipid xếp chồng lên nhau, giàu cholesterol và sphingomyelin. Giữa hai tế bào Schwann kế tiếp tồn tại khoảng trống không myelin gọi là nút Ranvier – nơi cho phép dòng ion đi qua màng tế bào, cần thiết cho dẫn truyền saltatory của xung thần kinh.

Chức năng sinh lý của tế bào Schwann

Tế bào Schwann đóng vai trò sống còn trong việc dẫn truyền và duy trì hoạt động của neuron ngoại biên. Với tế bào Schwann có myelin, chức năng chính là cách điện và tăng tốc độ truyền tín hiệu điện. Bao myelin giúp giảm hao hụt điện thế và tăng hiệu suất hoạt động thần kinh, đặc biệt trong các đường dẫn vận động và cảm giác nhanh.

Ngoài ra, chúng còn thực hiện các chức năng bổ trợ:

• Tiết yếu tố tăng trưởng như NGF (Nerve Growth Factor), BDNF, CNTF để hỗ trợ sự sống và phát triển sợi trục.
• Tham gia điều hòa nồng độ ion ngoại bào, đặc biệt là K⁺ và Cl⁻.
• Gửi tín hiệu ngược lại về thân neuron để điều chỉnh biểu hiện gene.
• Dọn dẹp các mảnh vỡ tế bào thần kinh sau tổn thương.

Tế bào Schwann không có myelin tuy không tham gia trực tiếp vào dẫn truyền nhanh, nhưng vẫn có vai trò duy trì chức năng của các sợi thần kinh nhỏ không myelin, điều hòa môi trường ion và tham gia vào cảm nhận đau và nhiệt độ.

Quá trình tạo bao myelin

Quá trình myelin hóa do tế bào Schwann thực hiện bắt đầu khi sợi trục thần kinh đạt đến một kích thước tối thiểu, thường là đường kính >1 µm. Tín hiệu từ sợi trục, đặc biệt là protein Neuregulin 1-type III, kích thích tế bào Schwann tiến hành bao quanh sợi trục và xoắn lớp màng sinh chất của mình nhiều vòng để tạo nên bao myelin.

Sự cuộn xoắn này tạo ra một cấu trúc gồm các vòng lipid khép kín, cách điện tốt và dày đặc về mặt điện tử. Từng đoạn myelin được bao bọc bởi một tế bào Schwann duy nhất, kéo dài vài trăm micromet. Mỗi đoạn được ngăn cách bởi nút Ranvier – vị trí không có myelin, nơi tập trung các kênh Na⁺ để tái khởi động xung điện.

Myelin hóa phụ thuộc vào:

• Yếu tố phiên mã: Egr2 (còn gọi là Krox20) và Sox10 thúc đẩy biểu hiện protein myelin
• Chất nền ngoại bào: Laminin, neuregulin và các phân tử bám dính
• Trạng thái hoạt động của sợi trục: Truyền tín hiệu liên tục giúp duy trì cấu trúc myelin ổn định

Tái sinh thần kinh và vai trò của tế bào Schwann

Tế bào Schwann có khả năng tái lập sau tổn thương – một đặc điểm hiếm thấy ở tế bào thần kinh đệm. Khi sợi trục bị cắt đứt hoặc hư hại, tế bào Schwann chuyển từ trạng thái “myelin hóa” sang trạng thái “tái sinh”, trong đó chúng ngừng sản xuất myelin, thay đổi biểu hiện gene và tăng tiết cytokine điều hướng sợi trục mọc lại.

Chúng hình thành “dải Bungner” – một cấu trúc dạng cột bao gồm nhiều tế bào Schwann không myelin xếp hàng dọc, đóng vai trò là “đường ray sinh học” dẫn đường cho sợi trục tái sinh đến mục tiêu đích. Tế bào Schwann còn đóng vai trò như đại thực bào, loại bỏ mảnh vụn và phần myelin thoái hóa (quá trình gọi là Wallerian degeneration).

Yếu tố thúc đẩy quá trình này gồm:

• GDNF (Glial Cell Line-Derived Neurotrophic Factor)
• NGF (Nerve Growth Factor)
• IL-1β, TNF-α: Cytokine khởi động phản ứng viêm cấp cần thiết cho tái sinh

Liên quan đến các bệnh lý thần kinh

Rối loạn chức năng của tế bào Schwann có thể gây ra hoặc góp phần vào một loạt bệnh lý thần kinh ngoại biên. Những rối loạn này ảnh hưởng đến cấu trúc bao myelin, khả năng tái sinh sợi trục, hoặc gây phản ứng viêm bất lợi.

• Charcot-Marie-Tooth (CMT): Bệnh di truyền thần kinh ngoại biên do đột biến PMP22 hoặc MPZ, làm giảm chất lượng bao myelin hoặc gây thoái hóa sợi trục.
• Guillain-Barré syndrome (GBS): Bệnh tự miễn cấp tính, trong đó hệ miễn dịch tấn công bao myelin ngoại biên, gây liệt đối xứng tiến triển.
• Schwannoma: Khối u lành tính phát triển từ tế bào Schwann, thường ảnh hưởng dây thần kinh sọ như thần kinh tiền đình (u dây VIII).

Các bệnh lý này biểu hiện lâm sàng khác nhau như yếu cơ, mất cảm giác, đau thần kinh, hoặc rối loạn vận động. Chẩn đoán thường dựa vào điện cơ (EMG), sinh thiết thần kinh và phân tích gene di truyền.

Ứng dụng trong y học tái tạo

Tế bào Schwann đang được khai thác trong các chiến lược điều trị chấn thương dây thần kinh, nhờ khả năng hướng dẫn tái sinh sợi trục và hỗ trợ tái cấu trúc mô thần kinh. Trong kỹ thuật y học tái tạo, tế bào Schwann được nuôi cấy từ dây thần kinh ngoại vi người hiến hoặc cảm ứng từ tế bào gốc trung mô.

Một số ứng dụng nổi bật:

• Ống dẫn thần kinh nhân tạo (nerve conduits): Tích hợp tế bào Schwann để tạo môi trường dẫn đường cho sợi trục phục hồi sau chấn thương.
• Điều trị bằng tế bào gốc Schwann-like: Biệt hóa từ tế bào gốc để thay thế tế bào Schwann bị mất chức năng.
• Chỉnh sửa gene: Đang được nghiên cứu nhằm phục hồi biểu hiện PMP22 hoặc kháng viêm chọn lọc tại vị trí tổn thương.

Các thử nghiệm tiền lâm sàng đã chứng minh rằng việc cấy ghép tế bào Schwann hoặc Schwann-like cells giúp cải thiện tốc độ và chất lượng phục hồi thần kinh ngoại biên. Tuy nhiên, các vấn đề như phản ứng miễn dịch và kiểm soát biệt hóa vẫn đang là thách thức lớn.

Tiềm năng nghiên cứu trong thần kinh học hiện đại

Tế bào Schwann đang trở thành trọng tâm trong nhiều hướng nghiên cứu thần kinh mới, từ y học chính xác đến thiết bị thần kinh cấy ghép. Một xu hướng hiện nay là kết hợp tế bào Schwann với vật liệu nano, hệ thống microfluidic và cảm biến sinh học để tạo mô thần kinh nhân tạo có phản ứng linh hoạt.

Một số lĩnh vực nổi bật:

• Tương tác thần kinh–miễn dịch: Schwann đóng vai trò như tế bào trình diện kháng nguyên trong một số phản ứng viêm thần kinh.
• Cảm biến sinh học cấy ghép: Schwann được tích hợp với cảm biến để ghi nhận tín hiệu thần kinh hoặc theo dõi phục hồi sau phẫu thuật.
• Phân tích biến dị di truyền: Các đột biến ảnh hưởng đến Schwann có thể được dùng làm chỉ điểm sinh học cho bệnh thần kinh di truyền.

Tương lai của tế bào Schwann trong y học không chỉ dừng lại ở vai trò tế bào hỗ trợ thần kinh, mà còn là công cụ tích hợp giữa sinh học, công nghệ vật liệu và trí tuệ nhân tạo để phát triển giải pháp phục hồi thần kinh toàn diện.

Tài liệu tham khảo

1. Schwann Cell Biology – NCBI Bookshelf
2. ScienceDirect – Schwann Cells Overview
3. National Institute of Neurological Disorders and Stroke – CMT
4. Jessen, K. R., & Mirsky, R. (2019). "The repair Schwann cell and its function in regenerating nerves." Journal of Physiology, 597(13), 3529–3541.
5. Monje, P. V. (2020). "Schwann cell cultures: Biology, technology and therapeutic applications." Journal of Neuroscience Research, 98(5), 780–803.
6. Chen, Z. L., Yu, W. M., & Strickland, S. (2007). "Peripheral regeneration." Annual Review of Neuroscience, 30, 209–233.
7. Sulaiman, O. A. R., & Gordon, T. (2013). "Neurobiology of Schwann cell plasticity after nerve injury." Neuroscience, 246, 185–194.