Tế bào trung mô là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

Giới thiệu về tế bào trung mô

Tế bào trung mô (Mesenchymal Stem/Stromal Cells – MSCs) là loại tế bào gốc đa năng có nguồn gốc trung mô, lần đầu tiên được phát hiện trong tủy xương và sau đó được phân lập từ nhiều mô khác như mô mỡ, nhau thai, dây rốn và răng. MSCs có khả năng tự tái tạo, nhân lên trong điều kiện nuôi cấy in vitro và biệt hóa thành nhiều dòng tế bào trung mô khác nhau như nguyên bào xương, sụn và tế bào mỡ khi được kích thích phù hợp. Chức năng này làm cho MSCs trở thành ứng viên triển vọng trong liệu pháp tái tạo mô và điều trị nhiều bệnh lý mãn tính.

MSCs có vai trò quan trọng trong phát triển phôi thai và sửa chữa mô: trong giai đoạn phát triển phôi, chúng tham gia hình thành hệ xương, sụn và mô liên kết; ở cơ thể trưởng thành, MSCs đóng góp vào quá trình tái tạo khi có tổn thương thông qua cơ chế biệt hóa tại chỗ và tiết các yếu tố sinh trưởng hỗ trợ viêm – sửa chữa. Khả năng tương tác với tế bào miễn dịch và điều hòa viêm cũng giúp MSCs giảm tổn thương mô và thúc đẩy lành vết thương.

Điểm mạnh của MSCs so với các tế bào gốc khác như tế bào gốc tạo máu (HSCs) hoặc tế bào gốc đa năng (ESCs, iPSCs) là tính an toàn cao (ít sinh u), khả năng thu nhận và phân lập tương đối đơn giản, không gây tranh cãi đạo đức khi thu từ mô trưởng thành. Điều này đã thúc đẩy hàng loạt nghiên cứu và thử nghiệm lâm sàng ứng dụng MSCs cho bệnh tim mạch, khớp, thần kinh và bệnh tự miễn.

Đặc điểm phân tử và hình thái

MSCs biểu hiện một tập hợp marker bề mặt đặc trưng gồm CD73⁺, CD90⁺ và CD105⁺, đồng thời âm tính với các marker huyết tạo như CD34, CD45, CD14/CD11b, CD79α/CD19 và HLA-DR. Tiêu chuẩn này do International Society for Cellular Therapy (ISCT) đưa ra đã trở thành mốc tham khảo để phân biệt MSCs với các tế bào khác (NIH PubMed).

Khi nuôi cấy trên bề mặt nhựa tiêu chuẩn, MSCs có khả năng bám dính mạnh và có hình thái dẹt lan toả, nhân lên tạo lớp tế bào đơn. Hình thái có thể thay đổi khi chuyển sang nuôi cấy 3D như spheroid hay trong môi trường gel sinh học (hydrogel), nơi tế bào tập hợp thành khối ba chiều, biểu hiện tăng cường tiết cytokine paracrine và cải thiện khả năng sống còn sau cấy ghép.

Theo điều kiện nuôi cấy, MSCs có thể điều chỉnh biểu hiện gene và protein cơ bản. Ví dụ, dưới tác động của shear stress hoặc độ cứng (stiffness) của nền cấy, chúng tăng biểu hiện yếu tố angiogenic (VEGF, FGF) và các phân tử kết dính ECM, góp phần tối ưu hóa khả năng tái tạo mạch máu và nâng cao hiệu quả điều trị tổn thương tim mạch.

Marker	Biểu hiện trên MSCs	Chức năng
CD73	Dương tính	Tham gia điều hòa viêm, ức chế tế bào T
CD90	Dương tính	Giúp bám dính và di cư tế bào
CD105	Dương tính	Tham gia phân biệt theo hướng mạch máu
CD45, CD34	Âm tính	Loại trừ tế bào máu, huyết tạo

Nguồn gốc và phân loại

MSCs ban đầu được phân lập từ tủy xương (Bone Marrow MSCs – BM-MSCs) nhưng hiện nay đã được thu nhận từ nhiều nguồn mô khác như mô mỡ (Adipose-derived MSCs – ADSCs), mô dây rốn, nhau thai và răng sữa. Mỗi nguồn mô mang đến ưu nhược điểm riêng về tỷ lệ thu hoạch, tốc độ nhân lên và tiềm năng biệt hóa.

So sánh giữa BM-MSCs và ADSCs cho thấy ADSCs có mật độ tế bào gốc cao hơn, tốc độ sinh sản nhanh và dễ thu hoạch nhờ phương pháp hút mỡ. Ngược lại, BM-MSCs có khả năng biệt hóa hướng tạo xương (osteogenic) mạnh hơn, do đó vẫn được ưu tiên trong ứng dụng tái tạo xương và sụn.

• BM-MSCs: khả năng tạo xương/sụn cao, mật độ thấp, thu qua chọc tủy.
• ADSCs: thu dễ dàng, tỷ lệ MSCs cao, tốc độ nhân nhanh, phù hợp ứng dụng tiết paracrine.
• UC-MSCs (Umbilical Cord): nguồn không xâm lấn, sinh sản mạnh, tính miễn dịch thấp.

Phân lập MSCs thường sử dụng tiêu hóa enzym (collagenase, trypsin) để phá vỡ ECM, tiếp đó ly tâm phân bậc tách tế bào dựa trên mật độ và khả năng bám dính. Sau khi nuôi cấy sơ cấp và loại bỏ đại thực bào, quần thể MSCs tinh khiết được nhân lên để sử dụng cho nghiên cứu và điều trị.

Chức năng sinh học

MSCs có khả năng biệt hóa đa hướng: dưới điều kiện chuyên biệt, chúng có thể chuyển thành nguyên bào xương (osteoblasts), tế bào sụn (chondrocytes), và tế bào mỡ (adipocytes). Quá trình biệt hóa này đòi hỏi bổ sung các yếu tố tăng trưởng như BMP-2 cho osteogenesis, TGF-β cho chondrogenesis, và dexamethasone cho adipogenesis.

Bên cạnh khả năng biệt hóa tại chỗ, MSCs tiết ra hàng trăm cytokine, chemokine và exosome chứa microRNA giúp điều hòa viêm, kích thích tái tạo mạch máu, bảo vệ tế bào dưới stress và giảm apoptosis. Các yếu tố paracrine chính bao gồm VEGF, HGF, IGF-1 và TSG-6, góp phần cải thiện tình trạng thiếu máu cục bộ và giảm tổn thương do hóa trị, xạ trị.

• Biệt hóa đa hướng: xương, sụn, mỡ.
• Tiết yếu tố paracrine: VEGF, HGF, TSG-6.
• Ứng dụng co-culture 3D: nghiên cứu tương tác MSCs với tế bào nội mô hoặc tế bào miễn dịch.

Sử dụng mô hình nuôi cấy 3D spheroid cải thiện khả năng tiết exosome và tăng hiệu lực điều trị trong thử nghiệm động vật. Spheroid MSCs cho thấy khả năng tái tạo mô gan và mô tim vượt trội so với tế bào đơn lẻ 2D, mở ra hướng phát triển liệu pháp “cell factories” và liệu pháp cell-free dựa trên exosome.

Tính chất điều hòa miễn dịch

Mesenchymal Stem/Stromal Cells (MSCs) có khả năng điều hòa miễn dịch thông qua cơ chế paracrine và tiếp xúc trực tiếp với tế bào miễn dịch. Chúng tiết ra cytokine ức chế như IL-10, TGF-β và enzyme IDO, làm giảm hoạt hóa và tăng sinh tế bào T thụ động, đồng thời thúc đẩy chuyển hướng sang tế bào T điều hòa (Tregs).

MSCs cũng tương tác với đại thực bào, làm thay đổi phân cực từ kiểu M1 (gây viêm) sang M2 (chống viêm), giảm sản xuất TNF-α và IL-1β, đồng thời tăng IL-10. Hiệu ứng này giúp giảm tổn thương mô trong các mô hình viêm ruột, viêm khớp dạng thấp và xơ gan.

• Ức chế T và NK: thông qua PD-L1, HLA-G và PGE₂.
• Kích thích Tregs: qua IL-10, TGF-β, giúp thiết lập trạng thái miễn dịch an toàn sau ghép.
• Phân cực đại thực bào M2: giảm viêm mãn, hỗ trợ tái tạo.

Quy trình tách và phân lập

Thu hoạch mô nguồn (tủy xương, mô mỡ, dây rốn) được xử lý enzym bằng collagenase và/or trypsin để phân giải ECM, giải phóng tế bào đơn. Sau đó, ly tâm phân bậc loại bỏ hồng cầu, tế bào chết và tạp chất, thu lấy quần thể tế bào chưa gắn dính.

Nuôi sơ cấp trên bình Petri nhựa để chọn lọc MSCs dựa trên khả năng bám dính; sau 24–48 giờ, các tế bào không bám được loại bỏ bằng rửa PBS. Tiếp theo, tế bào được tiếp tục nuôi và nhân lên 2–5 passage để thu được quần thể MSCs đồng nhất trước khi phân tích hoặc ứng dụng lâm sàng.

1. Tiêu hóa enzym: collagenase loại I/II (0,1–0,2%) 30–60 phút ở 37 °C.
2. Ly tâm phân bậc: 300–400 g, 10 phút, thu lớp mononuclear.
3. Nuôi cấy sơ cấp: DMEM/F12 + 10% FBS, 37 °C, 5% CO₂.
4. Chọn lọc bám dính: loại bỏ tế bào không bám sau 48 giờ.

Kỹ thuật nuôi cấy và mở rộng

Môi trường nuôi tiêu chuẩn bao gồm DMEM low glucose hoặc α-MEM bổ sung 10–20% FBS hoặc serum-free cocktail định nghĩa, phối hợp với L-glutamine, penicillin–streptomycin và bFGF để tăng hiệu suất nhân lên. Mật độ cấy lý tưởng 1 000–5 000 tế bào/cm² tránh quá dày, giảm stress do hạn chế dinh dưỡng.

Nuôi cấy 3D trong spheroid hoặc hydrogel cải thiện khả năng tiết cytokine và giữ nguyên tính chất gốc. Trong bioreactor quay hoặc quay tròn (spinner flask), điều khiển shear stress thấp (5–20 dyne/cm²) giúp tối ưu hóa tỷ lệ sống và chức năng tái tạo của MSCs.

• 2D standard: dễ thao tác, kiểm soát tốt nhưng giảm tín hiệu paracrine.
• 3D spheroid: tăng tiết exosome, nâng cao hiệu quả in vivo.
• Bioreactor quay: mở rộng số lượng lớn, đồng nhất về môi trường.

Ứng dụng nghiên cứu và lâm sàng

MSCs đã được thử nghiệm lâm sàng trong điều trị bệnh tim mạch (suy tim mạn, nhồi máu cơ tim), bệnh xương khớp (viêm khớp, khuyết xương), tổn thương thần kinh (đột quỵ, chấn thương tủy sống) và bệnh tự miễn (viêm đại tràng, tiểu đường typ 1).

Nhiều thử nghiệm giai đoạn I/II tại ClinicalTrials.gov ghi nhận MSCs an toàn, giảm chỉ số viêm và cải thiện chức năng lâm sàng. Exosome từ MSCs cũng đang được phát triển như liệu pháp “cell-free” giảm nguy cơ tắc mạch và tăng tính ổn định lưu trữ.

Bệnh lý	Giai đoạn thử nghiệm	Kết quả chính
Suy tim mạn	II	Tăng phân suất tống máu +5–10%
Viêm khớp dạng thấp	I/II	Giảm đau, chỉ số CRP ↓30%
Đột quỵ cấp	II	Cải thiện điểm NIHSS 2–4 điểm

Thách thức và hạn chế

Sự biến đổi chức năng và đặc tính MSCs theo số passage, với giảm khả năng biệt hóa và điều hòa miễn dịch sau passage 5–7, đặt ra yêu cầu hạn chế số lần nhân rộng. Ngoài ra, nguy cơ bất ổn định di truyền và tiềm năng sinh u, dù thấp, cần được giám sát bằng phân tích karyotype trước khi ứng dụng lâm sàng.

Khả năng sống sót và tích hợp sau truyền tế bào in vivo còn hạn chế do vi môi trường khắc nghiệt (thiếu oxy, viêm). Chiến lược tạo dựng scaffold 3D sinh học và phối hợp điều trị thuốc hỗ trợ (preconditioning) đang được nghiên cứu nhằm cải thiện tỷ lệ sống sót và homing của MSCs.

• Giảm chức năng sau nhiều passage: cần hạn chế passage <7.
• Rủi ro bất ổn định di truyền: kiểm tra karyotype, đảo gen.
• Khả năng homing thấp: cần preconditioning (hypoxia, cytokine).

Triển vọng tương lai

Kết hợp công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9 để cường hóa khả năng tiết VEGF, IL-10 hoặc kháng stress bằng gắn gene chống apoptosis (Bcl-2) sẽ nâng cao hiệu quả và độ bền của MSCs sau cấy ghép. Gene editing cũng giúp loại bỏ kháng nguyên HLA gây thải ghép, hướng đến liệu pháp allogeneic “off-the-shelf”.

Exosome và microvesicle từ MSCs (MSC-EVs) đang trở thành xu hướng “cell-free therapy” với ưu điểm an toàn, dễ bảo quản và liều lượng kiểm soát. Các nghiên cứu tiền lâm sàng cho thấy MSC-EVs cải thiện phục hồi tổn thương não và tim sau nhồi máu, đang được chuyển giao thành thử nghiệm lâm sàng.

• CRISPR/Cas9: tối ưu hóa paracrine, giảm thải ghép.
• MSC-EVs: liệu pháp không tế bào, ổn định và an toàn.
• Precision MSC therapy: cá thể hóa dựa trên hồ sơ gen và vi môi trường.

Tài liệu tham khảo

• Dominici, M. et al., “Minimal criteria for defining multipotent mesenchymal stromal cells,” Cytotherapy, 2006.
• Le Blanc, K. & Pittenger, M., “Mesenchymal stem cells: progress toward promise,” Cytotherapy, 2005.
• Wynn, R. F. et al., “Correction of multi-organ dysfunction by mesenchymal stem cells,” Nat. Rev. Immunol., 2004.
• Frontiers in Immunology, “Immunomodulation by MSCs,” 2018, doi.org/10.3389/fimmu.2018.00241.
• ClinicalTrials.gov, “Mesenchymal Stem Cell Trials,” clinicaltrials.gov.
• Pittenger, M. F. et al., “Multilineage potential of adult human mesenchymal stem cells,” Science, 1999.
• Torrente, Y. et al., “CRISPR/Cas9 edited MSCs for regenerative medicine,” J. Clin. Invest., 2020.