Tế bào gốc phôi (Embryonic Stem Cells – ESCs)

Đây là các tế bào được thu nhận từ khối tế bào bên trong của phôi đang làm tổ trong suốt giai đoạn phôi nang. Chúng có khả năng biệt hóa thành hầu như tất cả các loại tế bào của cơ thể và được xem như là các tế bào gốc vạn tiềm năng. Chúng cũng có khả
năng tăng sinh với một trạng thái chưa biệt hóa, nghĩa là có khả năng tự đổi mới. Ngoài các tế bào gốc (TBG) được thu nhận có nguồn gốc từ phôi nang còn có các dòng tế bào gốc khác cũng được thu nhận từ phôi, chúng được gọi là các tế bào gốc mầm phôi hay tế bào mầm phôi thai (Embryonic Germ Cells – EGCs). Đây là những tế bào được thu nhận từ mầm sinh dục của thai trong khoảng từ 5 đến 10 tuần tuổi và đây là những tế bào mầm nguyên thủy sẽ phát triển thành trứng hoặc tinh trùng ở cơ thể trưởng thành.

Mặc dù các TBG thường được sử dụng để sửa chữa các tế bào bị tổn thương trong cơ thể trưởng thành nhưng có nhiều loại TBG được tìm thấy trong phôi giai đoạn sớm.

Tương tự như vậy, hiện tại có những bằng chứng mới cho thấy có nhiều lợi ích sau khi ghép TBG phôi người có nguồn gốc từ tế bào thần kinh và tế bào mô cơ tim vào các mô hình động vật của bệnh Parkinson và tổn thương cơ tim. Trong mô hình chuột thí nghhiệm, người ta sử dụng các mô có nguồn gốc từ TBG phôi để điều trị các mô hình bệnh tiểu đường, bệnh parkinson, nhồi máu cơ tim, chấn thương cột sống và một số bệnh liên quan đến các rối loạn miễn dịch di truyền.

Đã có nhiều thí nghiệm với TBG phôi chuột trong nhiều năm qua và đạt được nhiều kết quả đáng khích lệ. Đối với việc biệt hóa TBG phôi thành hầu hết các loại tế bào quan tâm thì điều này vẫn chưa thực sự khả thi, mặc dù trong một số quần thể tế bào (như tế bào tiền thân thần kinh) có thể thường xuyên thu được từ việc nuôi cấy các TBG phôi, có thể nhân lên về số lượng và biệt hóa thành các tế bào trưởng thành. Đối với các bệnh thoái hóa thần kinh, tốt hơn là ghép tế bào thần kinh tiền thân hoặc tế bào thần kinh hoàn toàn trưởng thành. Ngược lại, gần đây có một số nghiên cứu cho rằng ngay cả khi ở trạng thái chưa biệt hóa các TBG phôi người biểu hiện mức thấp của kháng nguyên HLA lớp I sau đó tăng lên khi tế bào dần trưởng thành. TBG phôi là những TBG đa tiềm năng có thể phát triển thành tất cả các loại tế bào có nguồn gốc từ 3 lớp mầm phôi. Do đặc tính này, các TBG phôi có tiềm năng vô cùng lớn cho liệu pháp ghép tế bào đặc hiệu cho từng người bệnh.

Tế bào gốc đa năng cảm ứng (Induced Pluripotent Stem Cells – iPS Cells)

Các tế bào iPS là kết quả của sự chuyển đổi từ một tế bào trưởng thành (tế bào sinh dưỡng) thông qua quá trình tái lập trình thành tế bào gốc đa năng. Mặc dù có tính đa tiềm năng, nhưng các tế bào này không được xem xét như các tế bào gốc phôi mặc dù chúng có tiềm năng giống nhau. Việc tái lập trình ban đầu được thực hiện bằng việc chuyển nạp với retrovirus. Hiện tại có nhiều nỗ lực trong quá trình thực hiện tái lập trình mà không cần dùng vector chuyển là retrovirus do các nghi ngờ có hại từ phương pháp này mang lại.

Tế bào gốc trưởng thành (Adult Stem Cells – ASCs)

Quần thể tế bào gốc trưởng thành đã được tìm thấy trong nhiều loại mô của cơ thể trưởng thành. Chúng được cho là rất quan trọng đối với cơ chế sửa chữa nội tại với nhiều loại mô và cơ quan của cơ thể. Nói chung, đây là các tế bào gốc khá đặc biệt.

Một trong những loại tế bào gốc trưởng thành được sử dụng khá phổ biến hiện tại đó là tế bào gốc trung mô (Mesenchymal Stem Cells). Đây là loại tế bào gốc trưởng thành có mặt ở nhiều loại mô khác nhau trong cơ thể mà phổ biến nhất là trong chất nền của tủy
xương hay trong mô mỡ. Trong thực tế, việc ghép tủy xương có thể được xem là trường hợp ứng dụng liệu pháp tế bào sớm nhất.

Trong nuôi cấy in vitro các ASC có thể biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau. Do đó các tế bào gốc này cũng được xem có tính đa năng nhưng không phải là đa tiềm năng hay vạn tiềm năng. Các tế bào này cũng có khả năng tự đổi mới như ESCs, có thể biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác nhau.

Như vậy, còn rất nhiều việc cần phải làm để hiểu rõ được đặc điểm của các loại tế bào gốc khác nhau và các yếu tố liên quan trong quá trình biệt hóa thành một loại tế bào khác của các tế bào gốc. Điều này cho thấy các phân tử hòa tan, các tương tác giữa tế bào – tế bào và tế bào với môi trường ngoại bào (vi môi trường) nơi mà các tế bào gốc hoạt động tác động lên rất nhiều đến các hoạt động của tế bào gốc, giúp chúng tăng sinh, biệt hóa hay duy trì trạng thái không biệt hóa của mình trong thời gian dài để hoạt động trở lại sau đó.

Quần thể TBG trưởng thành đã được miêu tả rất chi tiết trong tủy xương ở chuột và người, nơi chúng luôn biệt hóa để thay thế các tế bào máu ngoại vi bị mất đi. Từ các nghiên cứu về hệ thống tạo máu đã xác định một quần thể TBG có khả năng tự đổi mới và tạo ra nhiều loại tế bào của các dòng tế bào khác nhau mà ngày nay được biết đến như là các TBG tạo máu. Khả năng của các TBG tạo máu bên trong tủy xương phát triển thành tất cả các thành phần tế bào của máu đã được khai thác rộng rãi trong lâm sàng để ghép tủy xương và ghép tế bào gốc tạo máu. Một số báo cáo gần đây cho thấy các TBG này có thể biệt hóa thành các tế bào khác với loại mô mà TBG được thu nhận (chuyển biệt hóa).

Ngoài các TBG tạo máu ra, hiện tại các loại TBG trưởng thành có thể được tìm thấy trong nhiều loại mô khác nhau. Như trong hai loại mô cơ và mô thần kinh cũng là nguồn cung cấp TBG trưởng thành, trong khi đó tủy xương được xem như là nhà máy sản xuất ra các tế bào tiền thân của mô cơ. Ngoài ra, chất nền tủy xương có chứa các TBG trung mô cũng có thể phát triển thành tế bào bào thần kinh và thần kinh đệm cũng như biệt hóa thành nhiều loại tế bào khác, thậm chí là chúng có khả năng chuyển biệt hóa (khả năng biệt hóa thành các loại tế bào khác với nguồn gốc lá mầm phôi). Thật vậy, khả năng phát triển thành nhiều dòng tế bào khác nhau của các TBG trung mô và TBG tạo máu bên trong tủy xương là đối tượng được nghiên cứu rất nhiều và thảo luận rất sôi nổi.

Tế bào gốc từ tế bào phôi chuyển gen

Tế bào trứng được loại bỏ nhân và sau đó được chuyển nhân của một tế bào trưởng thành đã biệt hóa bất kỳ. Tế bào trứng được chuyển nhân sẽ phân chia và phát triển như một trứng đã được thụ tinh. Các tế bào gốc phôi chuyển gen là các tế bào toàn năng, giống hệt như tế bào gốc phôi được tạo ra do thụ tinh. Đây là cách mà các nhà khoa học tạo ra tế bào phôi song tránh được sự trở ngại của vấn đề đạo đức. kỹ thuật này tạo ra một bước đột phá trong việc tạo tế bào gốc phôi toàn năng. Tuy nhiên, do trở ngại về kỹ thuật làm cho nghiên cứu này có nhiều hạn chế.