Germ cells
- Mầm là nguồn gốc từ đó nẩy sinh ra toàn bộ các thành phần của một sinh vật, từ thảo mộc tới động vật. Mầm của mọi bộ phận con người xuất phát từ một trứng của người nữ được tinh trùng thụ tinh, tạo ra một hợp tử có 46 nhiễm sắc thể mà một ...
- Mầm là nguồn gốc từ đó nẩy sinh ra toàn bộ các thành phần của một sinh vật, từ thảo mộc tới động vật. Mầm của mọi bộ phận con người xuất phát từ một trứng của người nữ được tinh trùng thụ tinh, tạo ra một hợp tử có 46 nhiễm sắc thể mà một nửa di truyền từ người cha, nửa kia từ người mẹ. - Tế bào mầm (germ cells) có khả năng biệt hóa ra hai tế trứng và tinh trùng.
H1: nguồn ngốc tế bào mầm
Nguồn và loại tế bào mầm
- Tế bào mầm, nói một cách ngắn gọn, là những tế bào có khả năng phân chia (differentiate) trong những chu kỳ không nhất định trong nuôi cấy và cho ra những tế bào chuyên dụng hóa (specialized cells). Để hiểu rõ nguồn gốc, công dụng, và ý nghĩa đạo đức của tế bào mầm, có lẽ cần phải điểm qua quá trình hình thành của một bào thai và những thuật ngữ dính dáng đến các tế bào.
•Sự phát triển của con người khởi đầu bằng chỉ một tế bào. Khi một tinh trùng thụ tinh với một trứng và tạo ra một tế bào đơn (zygote), và tế bào đơn này có tiềm năng hình thành nên một cơ thể sống hoàn chỉnh. Trứng được thụ tinh này gọi là tế bào toàn năng (totipotent cells). Như tên gọi, tế bào toàn năng ám chỉ tiềm năng của nó là toàn bộ, có thể phân chia thành bất cứ tế bào nào.
• Vài giờ đầu sau khi thụ tinh, tế bào này phân chia thành những tế bào toàn năng đồng nhất như nhau. Điều này có nghĩa là một trong bất kỳ các tế bào nào trong những tế bào này, nếu đem đưa vào buồng tử cung của phụ nữ, đều có khả năng phát triển thành một bào thai. Trong thực tế, trường hợp sinh đôi đồng dạng xảy ra khi hai tế bào toàn năng tách ra và phát triển thành hai cá thể, thành hai con người giống nhau về cấu trúc di truyền.
• Khoảng 4 ngày sau khi thụ tinh, và sau một vài chu kỳ phân chia của tế bào, các tế bào toàn năng này bắt đầu chuyên dụng hóa, hình thành một quả cầu rỗng do các tế bào xếp
H3 khối nội bào (inner cell mass).
quanh, được gọi là túi phôi (blastocyst). Bên ngoài túi phôi là lớp tế bào; bên trong là một khối kết cụm các tế bào gọi là khối nội bào (inner cell mass). Lớp các tế bào bên ngoài sẽ hình thành rau thai và các mô hỗ trợ cần thiết cho quá trình phát triển của một bào thai (fetus) trong tử cung.
Các tế bào trong khối nội mạc có thể chuyển hóa thành mọi loại tế bào làm nền tảng của cơ thể, và sẽ phát triển thành một cơ thể người. Tự nó, các tế bào nội mạc không thể hình thành nên một cơ thể sống được, vì nó không có rau thai cũng như các mô hỗ trợ cần thiết cho sự phát triển của thai trong tử cung như nêu trên. Các tế bào khối nội mạc này được gọi là các tế bào đa năng (pluripotent cells), vì khả năng của chúng có thể hình thành nên nhiều loại tế bào khác nhau của cơ thể trừ tất cả các loại tế bào cần thiết cho phát triển bào thai.
Do đó, tế bào toàn năng rất khác với tế bào đa năng. Tiềm năng phát triển của các tế bào đa năng không hoàn toàn, nhưng tiềm năng của tế bào toàn năng thì có thể vô tận.
Tế bào đa năng không phải là phôi (embryo). Trong thực tế, nếu một tế bào khối nội mạc được cấy vào trong lòng tử cung phụ nữ, thì hẳn là nó sẽ không thể nào phát triển thành một bào thai được. Các tế bào mầm đa năng này tiếp tục chuyên dụng hóa thành các tế bào mầm chịu trách nhiệm tạo nên các tế bào có những chức năng đặc biệt. Chẳng hạn như tế bào mầm tạo huyết sẽ sản sinh ra hồng huyết cầu, bạch cầu, tiểu cầu; và các tế bào mầm da sẽ tạo nên các loại da khác nhau. Các tế bào mầm được chuyên dụng hóa hơn này gọi là các tế bào bội năng (multipotent).
H4-Sản sinh tế bào mầm (tinh trùng và trứng) từ tế bào mầm nguyên thuỷ (primordial germ cell)
Trong khi các tế bào mầm đóng một vai trò cực kỳ quan trọng trong quá trình phát triển của một con người trong giai đoạn “trứng nước”, thì các tế bào bội năng này cũng được tìm thấy trong cơ thể trẻ em và người trưởng thành. Trong các tế bào mầm được nghiên cứu nhiều nhất hiện nay là tế bào mầm dòng tạo huyết. Các tế bào mầm tạo huyết hiện diện trong tủy xương của mỗi cơ thể trẻ em và người lớn, và thực tế, có thể hiện diện với số lượng rất nhỏ trong dòng máu tuần hoàn. Các tế bào mầm tạo huyết này đóng một vai trò then chốt của việc hình thành hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu trong suốt cuộc đời. Con người không thể sống được nếu không có tế bào mầm tạo huyết.
Tế bào mầm đa năng có thể chiết ra từ hai nguồn chính
• Nguồn 1: Phân lập trực tiếp từ khối nội bào của phôi ở giai đoạn túi phôi, do đó nó còn được gọi là embryonic stem cells (còn viết tắt là ES, tạm dịch là “tế bào mầm phôi”). Trong khi các tế bào mầm phôi của chuột đã được dùng trong thử nghiệm khoảng hai mươi năm qua, việc nghiên cứu các phôi tế bào mầm trong con người chỉ mới khởi đầu từ năm 1998, qua phát hiện quan trọng của hai nhóm nghiên cứu bên Mỹ[2]. Hiện nay, các tế bào mầm phôi thường được lấy từ các túi phôi do những cặp vợ chồng tham gia vào chương trình thụ thai nhân tạo (IVF) (đồng ý và cho phép).
• Nguồn 2: Có thể phân lập được tế bào mầm đa năng từ mô của bào thai trong những phụ nữ mang thai có chỉ định đình chỉ thai nghén (terminated pregnancy). Đây là nghiên cứu của Tiến sĩ Gearhart, bằng cách lấy ra các tế bào tại một vùng nào đó của bào thai (đã có chỉ định đình chỉ thai nghén) sau đó cho vào cấy trong tinh hoàn hay buồng trứng, và cũng tạo được các tế bào mầm đa năng giống như cách trên.
Ngoài hai nguồn chính, một đề xuất khác mà có thể cho là một nguồn thứ ba có thể phân lập được tế bào mầm đa năng là chuyển nhân của tế bào cơ thể (somatic cell nuclear transfer, hay còn gọi là SCNT). Trong nghiên cứu trên động vật sử dụng phương thức chuyển nhân tế bào cơ thể, các nhà nghiên cứu đã dùng một tế bào trứng của một động vật bình thường, tách nhân ra [loại bỏ cấu trúc di truyền], chỉ giữ lại chất dinh dưỡng và các chất khác có khả năng sản sinh năng lượng cần thiết cho phôi phát triển, rồi trong môi trường phòng thí nghiệm rất cẩn tắc, người ta dùng một tế bào cơ thể hay bất kỳ một loại tế bào nào khác (không dùng trứng hoặc tinh trùng), đặt cạnh tế bào trứng vừa tách nhân đó, và chúng hợp nhất. Tế bào hợp nhất này lập tức phân chia, và được cho rằng có khả năng hoàn toàn phát triển thành con vật hoàn chỉnh, và vì vậy mà tế bào đó là tế bào toàn năng. Như vậy về mặt lý thuyết là từ đây ta có thể chiết xuất được tế bào mầm đa năng. (Con cừu nổi tiếng “Dolly” được sản sinh bằng phương pháp SCNT).
Tóm lại, tế bào mầm đa năng, dù dưới hình thức nào thì cũng được chiết xuất từ các tế bào dạng phôi nhưng tiền thai (pre-fetal).
- Trong khi đó, tế bào mầm bội năng cũng có thể chiết xuất từ hai nguồn:
• Có thể lấy từ máu dây rốn (unbilical cord blood) của trẻ lúc mới sinh. Các tế bào từ rốn có thể dự trữ và dùng cho các mục đích ghép.
• Ngoài ra, con người (trẻ em, người lớn) cũng có thể là nguồn cung cấp tế bào mầm cho nghiên cứu. Tuy nhiên, tế bào bội năng không phải hiện diện ở tất cả các loại mô của cơ thể ở người lớn. Trong thực nghiệm, người ta có thể phân lập được tế bào mầm bội năng từ các tế bào nơ-ron (neurone) thần kinh ở chuột. Nghiên cứu thực nghiệm trên người còn hạn chế, tuy nhiên cũng đã phân lập được có lẽ là tế bào mầm của nơ-ron thần kinh từ mô não người lớn trong quá trình phẫu thuật thần kinh.
Tóm lại, các tế bào mầm bội năng hoàn toàn chiết xuất từ cơ thể hoàn chỉnh, sau sinh.
Mục đích nghiên cứu và ứng dụng của tế bào mầm
Mục đích nghiên cứu
- Các khoa học gia đều dùng tế bào mầm để nghiên cứu coi có thể làm nẩy sinh ra nhiều loại tế bào khác nhau của các bộ phận trong cơ thể. Và nếu thực hiện được điều đó thì tế bào mầm có thể được áp dụng trong trị bệnh, để thay thế cho tế bào đã bị hư hao vì bệnh tật cũng như ngăn ngừa sự hóa già.
Chẳng hạn trong bệnh Alzheimer, tế bào thần kinh bị tiêu hao mà không được thay thế. Nếu bây giờ ta có thể tạo sinh ra tế bào thần kinh thì tế bào này sẽ được dùng để thay thế các tế bào não đã chết và bệnh sa sút trí tuệ có thể chữa được. Hoặc trong bệnh tiểu đường, tế bào tụy tạng không tiết ra kích thích tố insulin, sẽ được thay thế bằng tế bào tụy tạng lành mạnh khác để sản xuất insulin. Các bác sĩ về máu, muốn có tế bào mầm để thay thế tủy sống trong việc chữa các bệnh thiếu hồng cầu, bệnh ung thư máu, phục hồi sự miễn nhiễm bị hư hao.
Khi thực hiện được hoàn hảo, sự thay thế này sẽ có ảnh hưởng nhiều về kinh tế thay vì dùng dược phẩm, chỉ việc thay thế tế bào hư là xong.
Ứng dụng của tế bào mầm đa năng
Một trong những lý do quan trọng thúc đẩy việc nghiên cứu và ứng dụng của tế bào mầm đa năng là từ loại tế bào mầm này, các nhà khoa học có thể hiểu hết được cơ chế và bản chất của những chuỗi biến đổi phức tạp xảy ra trong quá trình phát triển của một cơ thể con người. Mục đích cơ bản là nhận dạng được các yếu tố đóng vai trò quyết định hướng
H.6: Tế bào mầm (trứng, tinh trùng)->Tế bào gốc toàn năng (totipotent) và tế bào gốc vạn năng (pluripotent)
và chuyên biệt hóa chức năng của tế bào.Các nhà khoa học có thể biết được vai trò của gien, song chưa ai biết đích thị gien nào là gien “đưa ra quyết định” và cơ chế hoạt động của nó như thế nào. Và qua nghiên cứu, theo dõi phát triển của tế bào mầm từ cấp độ nhân tế bào lên, các nhà khoa học có thể nắm được cơ chế bệnh lý, như suy cơ tim của bệnh nhân chẳng hạn. Một khi đã hiểu được cơ chế làm việc, các nhà khoa học có thể, chẳng hạn như trong việc thay tim hay cấy tim, có thể tránh được các phản ứng thải ghép mà không cần phải dùng thuốc ức chế miễn dịch [rất nhiều tác hại và tác dụng phụ] để chống loại thải cơ quan ghép nữa.
Vậy, tế bào mầm bội năng có tiềm năng chữa bệnh mạnh như tế bào mầm đa năng hay không? Phải nói ngay rằng, cho đến nay, việc sử dụng tế bào mầm bội năng trong điều trị đã được nghiên cứu rộng rãi, có thể tóm gọn trong các lĩnh vực sau: điều trị các chứng ung thư như não, võng mạc mắt, buồng trứng, u đặc (solid), ung thư tinh hoàn, ung thư hệ tạo máu; các chứng bệnh tự miễn (autoimmume diseases) như đa xơ hóa, bệnh lu-pút ban đỏ hệ thống, thấp khớp; bệnh thiếu hụt miễn dịch, các bệnh tổn thương tim, bệnh ống thận bẩm sinh (hội chứng Fanconi) v.v... Và cũng có nhiều kết quả cũng như hứa hẹn, hoặc còn đang trong vòng thẩm tra.
Nghiên cứu và ứng dụng tế bào mầm bội năng trong điều trị bệnh đã đem lại hiệu quả thực tế. Hiệu quả tích cực và hiển nhiên nhất là trong việc dùng tế bào mầm của người trưởng thành để ghép cơ quan mà cũng có thể tránh được hiện tượng loại thải ghép. Thế nhưng phương pháp chữa trị này cũng gặp một vài hạn chế đáng kể. Trước hết là không phải mọi loại tế bào của cơ thể người trưởng thành đều có thể cho phép phân lập tế bào mầm bội năng. Thí dụ như người ta chưa phân lập được tế bào mầm của cơ tim và tế bào mầm tiểu đảo tụy tạng. Thứ hai, là các tế bào mầm từ người trưởng thành hiện diện với mức độ rất nhỏ nên khó mà phân lập chúng được dưới dạng tế bào mầm chuyên dụng tinh khiết được, và theo tuổi tác, số lượng này càng giảm xuống. Thí dụ, muốn phân lập được tế bào mầm nơ-ron thần kinh thì phải có mô não lấy từ các cuộc phẫu thuật não điều trị các trường hợp động kinh. Điều khác nữa là trong việc cố gắng phân lập tế bào mầm của chính bệnh nhân bị bệnh, nhiều khi gặp phải khó khăn vì đó là cơ thể của người bị bệnh, có những rối loạn chức năng tế bào rồi! Lại đi lấy tế bào đó thì cần có thời gian đủ để có một cơ phận mới để ghép lại cho bệnh nhân, có lẽ họ không đủ thời gian để chờ đợi. Rồi trên chính những bệnh nhân có các rối loại về di truyền của chính cơ quan đó, liệu ta có tránh được việc nuôi cấy lại một bộ phận bị bệnh tương tự? Và cũng đã có những bằng chứng cho thấy rằng khả năng cho phép phân lập được tế bào mầm từ cơ thể trưởng thành kém hơn ở những trẻ em. Thêm nữa, trên cơ thể trưởng thành, qua tiếp xúc với môi trường sống, cấu trúc về di truyền của một cơ phận nào đó đã có thể bị nhiễm độc rồi, và khi tái tạo lại có khả năng gây rối loạn trong chuỗi di truyền DNA.
Đó là lý do tại sao giới khoa học gia, các nhà nghiên cứu chuyên sâu về di truyền tế bào, di truyền phân tử thúc đẩy việc nghiên cứu tế bào mầm đa năng, chủ yếu là tế bào mầm phôi (ES) để tránh các nhược điểm của tế bào mầm bội năng. Và vì vậy đã động chạm đến các quan niệm y đức cũng như luật pháp trong xã hội.
Sự hình thành tinh trùng bắt đầu từ điểm dậy thì và tiếp diễn thời liên tục cho đến khi chết.
Giai đoạn đầu tiên của quá trình hình thành tinh trùng, các tinh bào nguyên thủy nằm sát lớp màng đáy của biểu mô ống sinh tinh, các tinh bào nguyên thủy loại A phân chia tạo thành các tinh bào loại B
H7:Sự hình thành tinh trùng
Sau một số lần phân chia, các tinh bào loại B có thể phát triển thành các tinh bào có kích thước lớn hay các tinh bào sơ cấp. Trong khoảng vài tuần, các tinh trùng sơ cấp phát triển thành các tinh bào thứ cấp. Các tinh bào thứ cấp phân chia tạo thành bốn tiền tinh trùng mỗi spẻmatid thay đổi dần để sau vài tuần tạo thành tinh trùng quá trình biến đổi này bao gồm: mất một phần tế bào chất tổ chức lại nhiễm sắc thể trong nhân hình thành đầu tinh trùng. phần tế bào chất cùng với màng tế bào hình thành đuôi tinh trùng, tất cả các giai đoạn trong quá trình hình thành tinh trùng có liên hệ với tế bào sertoli, loại tế bào này có chức năng đặc biệt trong việc nuôi dưỡng và điều khiển hinh thành tinh trùng thời gian để có tinh trùng thành thục là 65 ngày
Các ống sinh tình trong dịch hoàn chứa một lượng lớn các tinh bào nguyên thủy (spermatogonia) nằm giữa lớp thứ hai và thứ ba của biểu mô. Các tinh bào này tiếp tục phân chia. Một phần trong số tinh bào nguyên thủy biệt hóa để trở thành các tinh trùng (sperm).
Trong giai đoạn đầu tiên của quá trình hình thành tinh trùng, các tinh bào nguyên thủy nằm sát lớp màng đáy của biểu mô ống sinh tinh (các tinh bào nguyên thủy loại A (type A spermatogonia) phân chia tạo thành các tinh bào loại B (type B spermatogonia). Sau một số lần phân chia, các tinh bào loại B có thể phát triển thành các tinh bào có kích thước lớn hay các tinh bào sơ cấp (primary spermatocytes). Trong khoảng vài tuần, các tinh trùng sơ cấp phát triển thành các tinh bào thứ cấp (secondary spermatocytes). Các tinh bào thứ cấp phân chia tạo thành bốn tiền tinh trùng (spermatid).
Mỗi spermatid thay đổi dần để sau vài tuần tạo thành tinh trùng (spermatozoon hay sperm). Quá trình biến đổi này bao gồm:
(1) mất một phần tế bào chất
(2) tổ chức lại nhiễm sắc thể trong nhân hình thành đầu tinh trùng
(3)phần tế bào chất còn lại cùng với màng tế bào hình thành đuôi tinh trùng.
H8: Sự phát triển của tinh trùng
Tất cả các giai đoạn trong quá trình hình thành tinh trùng có liên hệ với tế bào Sertoli, loại tế bào này có chức năng đặc biệt trong việc nuôi dưỡng và điều khiển quá trình hình thành tinh trùng.
Sự hình thành trứng
Ở người và hầu hết động vật lớp thú, các noãn bào nguyên chỉ phân chia một số lần giới hạn và chỉ một ít trứng được tạo ra trong suốt cuộc đời cá thể.Ở phôi người,hàng ngàn tế bào mầm sinh dục phân chia rất nhanh từ lúc bắt đấu đến tháng thứ bảy của thai kỳ, tạo ra khoãng 7 triệu noãn nguyên bào. Sau đó số lượng các noãn nguyên bào giãm nhanh chóng do phần lớn bị chết, các tế bào còn lại được gọi là noãn bào sơ cấp bước vào lần thứ I phân bào của giảm phân. Giảm phân dừng lại ở giai đoạn diplotene cho đến lúc dậy thì. Lúc này một nhóm noãn bào sơ cấp sẽ tiếp tục chu kỳ giảm phân. Kết thúc lần giãm phân I, mỗi noãn bào sơ cấp sẽ tạo ra hai tế bào con: một tế bào có kích thước lớn,chứa nguyên vẹn các thành phần của tế bào,được gọi là noãn thứ cấp, một tế bào nhỏ hơn chỉ
H9: Sự phát triển của trứng qua các giai đoạn
có nhân, được gọi là thể cực thứ nhất. Sang lần phân bào thứ II, noãn bào thứ cấp cho ra hai tế bào, một tế bào lớn biệt hóa thành trứng và một thể cực thứ hai.thể cực thứ nhất có thể phân chia hoặc không phân chia tiếp.
Trứng người do các nang trứng, là những bao nhỏ đầy chất dịch nằm trên bề mặt buồng trứng sản xuất ra. Xung quanh thời điểm rụng trứng, nang này sẽ có một chỗ lồi ra nhỏ, màu đỏ. Trứng được phóng thích ra ở cuối quá trình này, được bao quanh bởi một chất giống như thạch và có chứa các tế bào.
Hiện nay công nghệ germ cells ngày càng phát triển và nó đã thực sự tạo lên một bước ngoặt lớn cho ngành công nghệ sinh học nói chung, trong y học, và nhiều ngành công nghệ khác nói riêng. Như vậy ta có thể kết luận về tế bào mầm là sự kết hợp giữa một trứng và tinh trùng, hay nói cách khác germ cells được tạo ra từ phôi thai và một số tế bào ở các cơ quan điển hình khác.
Bên cạnh thành công của công nghệ germ cells mà chúng ta không thể phủ nhận được ứng dụng của nó cho nhân loại. Thì nó cũng gặp không ít những khó khăn bởi các quan điểm về đạo đức, và những tác dụng phụ mà nó gây lên.
Và đó cũng là một câu hỏi lớn cho các nhà nghiên cứu khoa học và thế hệ trẻ như chúng ta.
