Tế bào ung thư là gì? Các nghiên cứu khoa học về Tế bào ung thư

Định nghĩa tế bào ung thư

Tế bào ung thư là dạng tế bào bất thường phát sinh từ những biến đổi về vật chất di truyền và cơ chế điều hòa tăng trưởng. Chúng có khả năng nhân đôi ngoài sự kiểm soát thông thường của cơ thể. Khi những biến đổi này tích tụ, tế bào trở nên “bất tử hóa”, tiếp tục phân chia vô hạn và hình thành nên một quần thể tế bào sai lệch về cấu trúc lẫn chức năng.

Điểm then chốt để phân biệt tế bào ung thư với tế bào bình thường là sự phá vỡ cân bằng sinh học. Ở tế bào bình thường, chu kỳ tăng trưởng được điều chỉnh nghiêm ngặt bởi nhiều loại tín hiệu: tín hiệu từ môi trường ngoại bào, tín hiệu nội bào và sự phối hợp giữa nhiều protein kiểm soát. Ở tế bào ung thư, những tín hiệu này bị vô hiệu hóa hoặc bỏ qua. Hậu quả là khối lượng tế bào tích tụ nhanh chóng, tạo thành khối u.

Ung thư không phải là một bệnh đơn lẻ mà là tập hợp của hơn 100 loại khác nhau, tùy thuộc vào mô hoặc cơ quan mà tế bào bất thường phát sinh. Một số loại phổ biến bao gồm:

• Ung thư phổi: phát sinh từ tế bào biểu mô đường hô hấp.
• Ung thư vú: phát sinh từ tế bào tuyến vú.
• Ung thư đại trực tràng: liên quan đến niêm mạc ruột già.

Thông tin tổng quát về khái niệm ung thư có thể tham khảo tại National Cancer Institute.

Đặc điểm sinh học của tế bào ung thư

Các nhà khoa học Douglas Hanahan và Robert Weinberg đã hệ thống hóa những “dấu ấn sinh học” (hallmarks of cancer), mô tả tập hợp các đặc tính then chốt của tế bào ung thư. Đây là nền tảng để hiểu cách tế bào ung thư phát triển và tồn tại.

Một số đặc điểm quan trọng:

• Duy trì tín hiệu tăng trưởng liên tục: tế bào tự tiết ra yếu tố kích thích hoặc kích hoạt liên tục thụ thể tăng trưởng.
• Tránh né cơ chế ức chế tăng trưởng: mất tín hiệu từ các gen ức chế khối u.
• Khả năng phân chia vô hạn: bỏ qua cơ chế lão hóa tế bào, duy trì chiều dài telomere.
• Kháng lại apoptosis: vô hiệu hóa các con đường tín hiệu dẫn đến chết tế bào có lập trình.
• Tạo mạch máu mới (angiogenesis): kích thích hình thành hệ thống mạch để nuôi khối u.
• Xâm lấn và di căn: di chuyển đến các mô khác, hình thành ổ ung thư thứ phát.

Những đặc tính này thường không xuất hiện đồng thời mà được tích lũy dần qua nhiều giai đoạn tiến triển của bệnh. Ví dụ, một khối u ban đầu có thể chỉ thể hiện tăng trưởng bất thường, nhưng sau khi mắc thêm đột biến, nó có thể xâm nhập mạch máu và di căn đến các cơ quan khác.

Một bảng tổng hợp so sánh giữa tế bào bình thường và tế bào ung thư:

Tiêu chí	Tế bào bình thường	Tế bào ung thư
Chu kỳ phân bào	Bị giới hạn, có điểm kiểm soát	Không giới hạn, bỏ qua điểm kiểm soát
Tuổi thọ	Có hạn, tiến tới apoptosis	Gần như bất tử nhờ duy trì telomere
Tương tác mô lân cận	Tuân thủ ranh giới mô	Xâm nhập và phá vỡ ranh giới mô
Hình thành mạch máu	Bình thường, chỉ khi cần	Tạo mạch mới liên tục nuôi khối u

Chi tiết về cơ sở lý thuyết của đặc điểm sinh học có thể xem trong bài báo khoa học trên Nature Reviews Cancer.

Cơ chế phân tử và di truyền

Một trong những nền tảng của sự hình thành ung thư là biến đổi ở cấp độ gen. Các đột biến gen có thể xảy ra do tác nhân ngoại sinh như bức xạ, hóa chất, virus, hoặc do sai sót nội sinh trong quá trình nhân đôi DNA. Khi những đột biến này xảy ra trong gen điều hòa chu kỳ tế bào, hậu quả sẽ nghiêm trọng.

Có hai nhóm gen chủ yếu tham gia:

1. Gen tiền ung thư (proto-oncogenes): bình thường, các gen này điều hòa tăng trưởng tế bào. Khi đột biến, chúng trở thành oncogenes, thúc đẩy tế bào phân chia không kiểm soát.
2. Gen ức chế khối u (tumor suppressor genes): gen như TP53, RB1 có chức năng dừng chu kỳ tế bào khi phát hiện tổn thương DNA. Nếu bị bất hoạt, tế bào mất khả năng tự ngừng hoặc sửa chữa sai hỏng.

Ngoài ra, một số cơ chế khác liên quan đến di truyền biểu sinh (epigenetic) như methyl hóa DNA hoặc biến đổi histone cũng góp phần điều chỉnh hoạt động gen. Sự thay đổi biểu sinh có thể tắt gen ức chế khối u mà không cần xảy ra đột biến trong chuỗi DNA.

Tích lũy nhiều đột biến theo thời gian là đặc trưng quan trọng. Đây cũng là lý do ung thư thường xuất hiện ở người lớn tuổi khi số lần sao chép DNA nhiều, xác suất sai sót tăng cao.

Chu kỳ tế bào và rối loạn kiểm soát

Chu kỳ tế bào bình thường được chia thành các pha G1, S, G2 và M. Trong mỗi pha tồn tại điểm kiểm soát giúp đảm bảo rằng tế bào chỉ tiếp tục phân chia khi điều kiện thích hợp. Ví dụ, tại điểm kiểm soát G1, tế bào cần xác minh DNA không tổn thương trước khi nhân đôi.

Ở tế bào ung thư, cơ chế này bị phá vỡ. Đột biến trong các gen điều hòa như p53 hoặc RB khiến tế bào bỏ qua tín hiệu dừng lại, tiếp tục nhân đôi ngay cả khi DNA đã hỏng. Điều này dẫn đến sự tích lũy sai hỏng di truyền qua nhiều thế hệ tế bào.

Tốc độ phát triển của tế bào ung thư thường được mô tả bằng mô hình tăng trưởng theo cấp số nhân:

$N(t) = N_0 e^{rt}$

Trong đó:

• N(t): số lượng tế bào tại thời điểm t.
• N₀: số lượng tế bào ban đầu.
• r: hằng số tăng trưởng, phụ thuộc vào loại ung thư và môi trường.

Thực tế, mô hình này chỉ phản ánh giai đoạn đầu khi khối u còn nhỏ. Khi kích thước tăng, các yếu tố như thiếu oxy, giới hạn dinh dưỡng và phản ứng miễn dịch sẽ làm tốc độ tăng trưởng chậm lại. Tuy nhiên, sự sai lệch ngay từ cơ chế kiểm soát chu kỳ đã đủ để phân biệt rõ rệt tế bào ung thư với tế bào bình thường.

Hiện tượng di căn

Di căn là một trong những đặc điểm nguy hiểm nhất của tế bào ung thư, và cũng là nguyên nhân chính dẫn đến tỷ lệ tử vong cao. Quá trình này không đơn giản là sự di chuyển cơ học của tế bào, mà là chuỗi nhiều bước liên quan đến thay đổi về gen, protein và môi trường vi mô. Tế bào ung thư cần phá vỡ liên kết với các tế bào lân cận, xâm nhập vào mô liên kết, vượt qua màng đáy, sau đó đi vào mạch máu hoặc bạch huyết.

Khi đã vào trong tuần hoàn, chúng phải chống chịu áp lực cơ học, tấn công miễn dịch, rồi dừng lại ở cơ quan xa và thoát ra ngoài mạch để tạo khối u thứ phát. Mỗi giai đoạn đều là thách thức sinh học lớn, và chỉ một tỷ lệ rất nhỏ tế bào di căn thành công. Tuy nhiên, khi đã hình thành ổ thứ phát, việc điều trị trở nên khó khăn hơn nhiều do phạm vi lan rộng.

Một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng di căn:

• Đột biến gen liên quan đến sự di chuyển và xâm nhập (ví dụ: E-cadherin mất chức năng).
• Tương tác giữa tế bào ung thư và nguyên bào sợi, đại thực bào trong môi trường vi mô khối u.
• Sự hình thành mạch máu mới giúp tế bào dễ tiếp cận hệ tuần hoàn.

Chi tiết có thể tham khảo nghiên cứu đăng tải tại National Center for Biotechnology Information.

Tương tác với hệ miễn dịch

Trong điều kiện bình thường, hệ miễn dịch có khả năng giám sát và tiêu diệt các tế bào bất thường. Tế bào T gây độc (CD8+) nhận diện kháng nguyên lạ trên bề mặt tế bào và kích hoạt cơ chế hủy diệt. Tế bào NK (natural killer) cũng tham gia bằng cách tấn công những tế bào giảm biểu hiện phân tử MHC-I.

Tuy nhiên, tế bào ung thư có nhiều chiến lược để né tránh. Chúng có thể giảm biểu hiện kháng nguyên, tiết ra cytokine ức chế miễn dịch (như TGF-β, IL-10), hoặc tăng cường hoạt động của tế bào T điều hòa (Treg) để làm suy yếu phản ứng miễn dịch. Ngoài ra, nhiều tế bào ung thư biểu hiện protein PD-L1, khi gắn với PD-1 trên tế bào T sẽ “tắt” tín hiệu miễn dịch.

Một số cơ chế né tránh miễn dịch phổ biến:

1. Giảm biểu hiện kháng nguyên khối u, làm tế bào T khó nhận diện.
2. Hoạt hóa con đường kiểm soát miễn dịch (immune checkpoints) như PD-1/PD-L1 hoặc CTLA-4.
3. Tạo môi trường vi mô giàu yếu tố ức chế miễn dịch.

Nghiên cứu về mối quan hệ giữa miễn dịch và ung thư đã mở ra kỷ nguyên liệu pháp miễn dịch, bao gồm kháng thể kháng PD-1/PD-L1, CAR-T cell therapy và vắc-xin ung thư. Tham khảo thêm tại Nature Reviews Immunology.

Tạo mạch máu trong khối u

Một khối u có thể phát triển đến kích thước giới hạn khoảng 1–2 mm trước khi rơi vào tình trạng thiếu oxy và dưỡng chất. Để vượt qua rào cản này, tế bào ung thư kích thích quá trình tạo mạch (angiogenesis), cho phép khối u nhận đủ nguồn cung cấp từ hệ tuần hoàn. Yếu tố chính thúc đẩy angiogenesis là Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF).

VEGF gắn vào thụ thể trên tế bào nội mô mạch máu, kích thích chúng phân chia, di chuyển và hình thành mạch mới. Mạng lưới mạch này thường bất thường: ngoằn ngoèo, thấm nhiều, dễ vỡ, nhưng vẫn đủ để nuôi dưỡng khối u. Đây là một mục tiêu quan trọng trong điều trị, dẫn đến sự ra đời của thuốc ức chế VEGF như Bevacizumab.

Đặc điểm của hệ mạch trong khối u:

• Cấu trúc không đồng đều, đường kính không ổn định.
• Tăng tính thấm, dễ rò rỉ dịch và protein.
• Dòng chảy máu hỗn loạn, gây khó khăn trong việc vận chuyển thuốc điều trị.

Phân loại ung thư theo nguồn gốc tế bào

Ung thư có thể được phân loại dựa vào nguồn gốc mô học. Đây là cách phân loại cơ bản giúp bác sĩ lựa chọn phương pháp điều trị và tiên lượng bệnh. Một số nhóm chính:

• Carcinoma: phát sinh từ tế bào biểu mô, chiếm đa số trường hợp ung thư (ví dụ: ung thư phổi, vú, đại tràng).
• Sarcoma: phát sinh từ mô liên kết, xương, cơ hoặc sụn (ví dụ: osteosarcoma, liposarcoma).
• Leukemia: ung thư máu, liên quan đến sự tăng sinh bất thường của bạch cầu trong tủy xương.
• Lymphoma: phát sinh từ tế bào lympho trong hệ miễn dịch (ví dụ: Hodgkin lymphoma, non-Hodgkin lymphoma).

Ngoài ra còn có các nhóm ít phổ biến hơn như glioma (từ tế bào thần kinh đệm) hoặc melanoma (từ tế bào sắc tố da). Sự phân loại này hỗ trợ quá trình nghiên cứu và phát triển thuốc đặc hiệu cho từng nhóm.

Công nghệ nghiên cứu tế bào ung thư

Nghiên cứu ung thư hiện đại dựa trên nhiều công cụ tiên tiến. Công nghệ giải trình tự gen toàn bộ (whole-genome sequencing) cho phép phát hiện tất cả các đột biến trong DNA của tế bào ung thư, từ đó xác định “chữ ký di truyền” của từng loại khối u. Điều này mở ra khả năng cá thể hóa điều trị.

Trong phòng thí nghiệm, mô hình nuôi cấy tế bào in vitro cung cấp cái nhìn trực tiếp về sự phát triển và phản ứng của tế bào ung thư với thuốc. Ngoài ra, mô hình động vật (chuột biến đổi gen, xenograft) được sử dụng để nghiên cứu tiến triển bệnh trong hệ sinh học toàn vẹn.

Các công nghệ hình ảnh như PET (Positron Emission Tomography) và MRI (Magnetic Resonance Imaging) đóng vai trò quan trọng trong việc chẩn đoán và theo dõi ung thư. PET cho thấy hoạt động trao đổi chất của khối u, trong khi MRI cung cấp hình ảnh chi tiết về cấu trúc mô.

Những tiến bộ này được phản ánh trong nhiều nghiên cứu đăng tải trên tạp chí Cancer Cell, nơi tổng hợp các công trình khoa học hàng đầu trong lĩnh vực.

Tài liệu tham khảo

1. National Cancer Institute – What Is Cancer?
2. Hanahan, D., & Weinberg, R. A. (2000). The hallmarks of cancer. Nature Reviews Cancer.
3. Steeg, P. S. (2016). Targeting metastasis. NCBI.
4. Vesely, M. D., et al. (2011). Immune surveillance of cancer. Nature Reviews Immunology.
5. Cancer Cell Journal – Elsevier