Giải chuyên đề học tập Sinh học 10 Cánh diều bài 6: Công nghệ tế bào gốc và ứng dụng

Câu hỏi mở đầu

Năm 1981, lần đầu tiên các nhà khoa học phát hiện các tế bào gốc phôi từ phôi chuột giai đoạn sớm. Đến năm 1998, các tế bào mầm phôi của phôi nang lần đầu được phân lập và nuôi cấy trong phòng thí nghiệm. Năm 2006, các nhà nghiên cứu đã tìm ra điều kiện cho phép một số loại tế bào soma ở người trưởng thành có thể trở về trạng thái giống như tế bào gốc.

Những khám phá nêu trên về tế bào gốc phôi mở ra những triển vọng nào trong nghiên cứu và ứng dụng của công nghệ tế bào gốc, đặc biệt trong lĩnh vực y học?

Những khám phá nêu trên về tế bào gốc phôi mở ra những triển vọng trong nghiên cứu và ứng dụng của công nghệ tế bào gốc, đặc biệt trong lĩnh vực y học là tái tạo mô lành cho trị liệu và cấy ghép tế bào gốc.

I. Khái niệm về tế bào gốc động vật

Câu hỏi 1. Quan sát hình 6.1 và cho biết:

a) Tế bào gốc có những đặc điểm nào?

b) Các đặc điểm của tế bào gốc có ý nghĩa như thế nào đối với sự phát triển cơ thể và tiềm năng ứng dụng?

Các loại tế bào gốc đều có hai đặc điểm:

• Khả năng tự tái tạo: Các tế bào gốc tăng trưởng và phân chia (tăng sinh) tạo nên các tế bào gốc thế hệ con.
• Khả năng biệt hoá thành các loại mô và tế bào của cơ thể: Dưới sự điều hoà của các phân từ truyền tin, các tế bào gốc có thể biệt hoá thành các loại tế bào chuyên biệt như da, cơ, xương, tế bào máu,...

Luyện tập 1. Tế bào gốc có thể phân chia và biệt hóa thành các loại tế bào nào?

Hướng dẫn trả lời:

Tế bào gốc (stem cell) là tế bào chưa được biệt hóa, có thể phân chia tạo ra các tế bào biệt hóa cấu thành các mô và cơ quan của cơ thể động vật, thực vật.

• Tế bào gốc phôi
• Tế bào gốc trưởng thành

Luyện tập 2. Trong các loại tế bào gốc (tế bào gốc phôi và tế bào gốc trưởng thành), loại nào có khả năng biệt hóa hình thành nhiều loại mô hơn? Vì sao?

Trong các loại tế bào gốc (tế bào gốc phôi và tế bào gốc trưởng thành), loại có khả năng biệt hóa hình thành nhiều loại mô hơn là tế bào gốc phôi.

Vì tế bào gốc phôi có thể biệt hóa thành hầu hết các loại mô và cơ quan của cơ thể. 

Luyện tập 3. Hãy nêu các tiêu chí phân loại tế bào gốc.

Các tiêu chí phân loại tế bào gốc:

• Dựa trên nguồn gốc
• Khả năng biệt hóa

Câu hỏi 2. Quan sát hình 6.5 và mô tả phương pháp tạo tế bào gốc phôi in vitro. Phương pháp này khắc phục được trở ngại gì của việc cấy ghép mô, cấy ghép tạng từ nguồn khác? Giải thích.

Hướng dẫn trả lời:

Lấy phôi nang được tạo ra bằng cách chuyển nhân tế bào soma vào trứng đã loại nhân để tách và nuôi cấy tạo tế bào gốc phôi và hình thành các mô khác nhau.

Khi ghép cấy mô, tạng khác nguồn sẽ có một số nhược điểm:

• Độ tương thích không quá cao, dẫn đến tình trạng cơ thể có nhiều khả năng đào thải thận được ghép vào
• Bệnh nhân sẽ phải chờ rất lâu (có thể là 5 năm hoặc hơn) để có thận hiến phù hợp

Phương pháp tạo tế bào gốc là tạo được mô trị liệu từ chính người bệnh nhờ đó nguy cơ loại thải mô cấy ghép được giảm thiểu do tính tương hợp mô được đáp ứng.

II. Thành tựu công nghệ tế bào gốc

Câu hỏi 3. Hãy kể một số thành tựu của công nghệ tế bào gốc và đánh giá vai trò của các thành tựu đó về mặt khoa học và thực tiễn.

Công nghệ tế bào gốc có tiềm năng ứng dụng lớn trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt trong y học tái tạo để điều trị bệnh ở người. Cấy ghép tế bào gốc và tái tạo mô lành để cấy ghép mô là những thành tựu nổi bật của công nghệ tế bào gốc.

Thành tựu của công nghệ tế bào gốc có những đóng góp quan trọng trong các lĩnh vực như y học, sản xuất dược phẩm, tạo giống và nhân giống vật nuôi.

Vận dụng 1. Nếu lấy phôi nang được tạo ra bằng cách chuyển nhân tế bào soma vào trứng đã loại nhân để cấy vào tử cung của cá thể khác, hoặc tách thành nhiều phôi rồi cấy các phôi đó vào tử cung đế tiếp tục phát triển, người ta thu được kết quả gì?

Kết quả trở thành nhân bản vô tính.

Vận dụng 2. Vì sao cấy ghép mô được tạo thành bằng công nghệ tế bào gốc có thể giảm nguy cơ loại thải mô cấy ghép so với các phương pháp cấy ghép mô từ các nguồn khác?

Thành tựu của phương pháp tạo tế bào gốc là tạo được mô trị liệu từ chính người bệnh nhờ đó nguy cơ loại thải mô cấy ghép đượp giảm thiểu do tính tương hợp mô được đáp ứng.

Luyện tập 4. Công nghệ tế bào gốc phôi trong trị liệu và công nghệ tế bào trong nhân bản vô tính động vật có điểm gì giống nhau và khác nhau?

Giống nhau:

Đều tạo ra phôi nang bằng cách dùng trứng đã loại bỏ nhân kết hợp với nhân là tế bào soma.

Khác nhau:

Phôi nang được tạo trong nhân bản vô tính sau đó được chuyển vào tử cung để nhân bản vô tính động vật.

Phôi nang được tạo trong công nghệ tế bào nhân sau đó được nuôi cấy tạo tế bào gốc phôi và hình thành các mô khác nhau.

Câu hỏi 4. Nêu những khó khăn, thách thức có thể gặp phải trong ứng dụng công nghệ tế bào gốc để điều trị bệnh ở người.

Bên cạnh những ưu điểm hứa hẹn, nhiều trở ngại vẫn cần được khắc phục khi ứng dụng tế bào gốc trong trị liệu. Các tế bào gốc phôi có thể tạo thành các tế bào không tương thích với bệnh nhân và bị thải loại khi được cấy ghép. Ngoài ra, kích thích tế bào gốc biệt hoá thành loại tế bào mong muốn khó đạt hiệu quả 100%, do đó, mô được cấy ghép vẫn chứa các tế bào chưa được biệt hoá và có thê phát triển thành những khối mô bất thường.

Câu hỏi 5. Theo em, công nghệ tế bào gốc có thể gặp những trở ngại nào? Vì sao?

Bên cạnh những ưu điểm hứa hẹn, nhiều trở ngại vẫn cần được khắc phục khi ứng dụng tế bào gốc trong trị liệu. Các tế bào gốc phôi có thể tạo thành các tế bào không tương thích với bệnh nhân và bị thải loại khi được cấy ghép. Ngoài ra, kích thích tế bào gốc biệt hoá thành loại tế bào mong muốn khó đạt hiệu quả 100%, do đó, mô được cấy ghép vẫn chứa các tế bào chưa được biệt hoá và có thê phát triển thành những khối mô bất thường.

Mặc dù tế bào gốc phôi đặc biệt có giá trị cho nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn đo tính vạn năng của chúng, song sử dụng tế bào gốc phôi người để nghiên cứu gây tranh cãi liên quan đến đạo đức sinh học. Trong quá trình tạo dòng tế bào gốc phôi, việc phá hủy phôi nang có thể gây nên sự chỉ trích của xã hội. Do đó, việc ứng dụng tế bảo gốc phôi trong lâm sàng bị trì hoãn.

Câu hỏi 6. Cần có những lưu ý gì trong nghiên cứu phát triển và ứng dụng công nghệ tế bào gốc?

Sử dụng tế bào gốc trưởng thành có thể giúp thực hiện các nghiên cứu y học và tránh được tranh cãi liên quan đến đạo đức. Tuy nhiên, các tế bào này có lượng nhỏ và khó phân lập, chỉ có thể biệt hoá tạo ra một vài loại tế bào xác định, không có tính vạn năng như các tế bào gốc phôi. Khi sử dụng các tế bào được biệt hoá có nguồn gốc từ tế bào gốc vạn năng cảm ứng có thể hình thành khối u ác tính do các yếu tố tái lập trình thường liên quan tới sự phát triển khối u.

Vận dụng 3. Hãy lập bảng so sánh nguồn gốc và khả năng biệt hóa khác nhau của các loại tế bào gốc động vật. Nêu ứng dụng của mỗi loại tế bào gốc động vật này.

Vận dụng 4. Ngoài những ứng dụng trong điều trị bệnh ở người, công nghệ tế bào gốc còn có tiềm năng được ứng dụng trong những lĩnh vực nào khác của đời sống? Hãy tìm hiểu về các sản phẩm ứng dụng được sản xuất bằng công nghệ tế bào gốc.

Tế bào gốc được các nhà khoa học sử dụng để nghiên cứu quá trình biệt hoá tế bào; nghiên cứu trong hỗ trợ chữa trị một số bệnh ở người (ung thư, tiểu đường type1,...); bước đầu thành công trong tạo ra mô, cơ quan,... của cơ thể người từ tế bào gốc, đem lại triển vọng tạo ra các cơ quan, tạng để thay thế cho người bệnh và chống lại hiện tượng đào thải sau ghép.

Ngoài ra thành tựu trong lĩnh vực như y học, công nghệ tế bào gốc còn có những đóng góp quan trọng trong các sản xuất dược phẩm, tạo giống và nhân giống vật nuôi...