Câu hỏi khởi động: Việc thay thế các bộ phận bị bệnh, bị tổn thương trên cơ thể người đang gặp phải những khó khăn là thiếu nguồn tạng hiến và xảy ra hiện tượng đào thải sau ghép. Đó là những vấn đề lớn cần các nhà khoa học nghiên cứu giải quyết. Một trong các hướng nghiên cứu là sử dụng các tạng để ghép cho người bệnh. Công nghệ nuôi cấy tế bào động vật còn đem lại những triển vọng nào khác trong tương lai?
Trả lời:
- Tế bào động vật thích hợp cho việc sản xuất các phân tử phức tạp và các kháng thể dùng làm thuốc phòng bệnh, điều trị hoặc chẩn đoán. Một vài sản phẩm gene của động vật có vú cũng có thể được sản xuất bởi vi khuẩn bằng cách dùng công nghệ DNA tái tổ hợp
II. Một số thành tựu và triển vọng của công nghệ tế bào động vật
1. Nhân bản vô tính động vật
Câu hỏi 1: Trình bày quy trình nhân bản vô tính động vật.
Trả lời:
Quy trình nhân bản vô tính động vật có thể được tóm tắt
như sau:
- Bước 1: Tách tế bào cho nhân từ một loại mô nào
đó của con vật cần nhân bản. Nuôi cấy tế bào trong môi trường nhân
tạo để nhân tế bào được đưa về trạng thái giải biệt hóa giống như
nhân của tế bào hợp tử. Sau đó, tách lấy nhân tế bào.
- Bước 2: Lấy tế bào trứng từ con cái trưởng thành của cá
thể khác, sau đó loại bỏ nhân của tế bào trứng này.
- Bước 3: Dung hợp nhân tế bào của con vật cần nhân
bản vào trứng đã mất nhân.
- Bước 4: Nuôi cấy tế bào trứng đã được cấy nhân cho
phát triển thành phôi sớm trong môi trường nhân tạo.
- Bước 5: Cấy phôi vào tử cung của cá thể mang thai hộ. Sau
thời gian mang thai, cá thể mẹ mang thai hộ sinh ra cá thể con giống hệt cá thể
cho nhân.
Câu hỏi 2: Nêu nguyên nhân khiến việc nhân bản vô tính
động vật vẫn chưa thực sự thành công.
Trả lời:
- Hiện nay, tỉ lệ nhân bản thành công các con vật còn khá thấp.
Con vật nhân bản như cừu Dolly có tuổi thọ thấp hơn bình thường, chứng tỏ quy
trình nhân bản cần phải hoàn thiện nhiều hơn nữa.
- Một trong các lí do mà các nhà khoa học nghĩ đến là việc tái
lập trình hệ gene của tế bào cho nhân còn chưa được hoàn thiện. Trong quá trình
biệt hoá tế bào, nhiều gene được đóng/mở bằng cách methyl hoá (gắn thêm nhóm
-CH3) một số vị trí nucleotide (cytosine). Trong quá trình giải biệt hoá tế bào
cho nhân, có thể một số gene trong tế bào cho nhân chưa được khử nhóm methyl
nên còn nhiều gene chưa được giải biệt hoá, dẫn đến quá trình phát triển của
con vật nhân bản chưa bình thường.
2. Liệu pháp tế bào gốc
Câu hỏi 1: Người ta có thể tạo ra các tế bào gốc để chữa bệnh bằng
cách nào?
Trả lời:
- Liệu pháp tế bào gốc là phương pháp chữa bệnh bằng cách truyền tế bào gốc được nuôi cấy ngoài cơ thể vào người bệnh. Tế bào gốc được sử dụng có thể là tb gốc phôi, tb gốc trưởng thành, tb gốc cảm ứng. Các phương pháp lấy tế bào gốc được sử dụng:
+ Từ phôi thụ tinh trong ống nghiệm giai đoạn 6 ngày tuổi, tế bào gốc được lấy ra và nuôi cấy trong môi trường nhân tạo.
+ Tế bào gốc lấy từ các thai bị sảy.
- Tách tế bào gốc trưởng thành từ mô cơ quan của người rồi đem nuôi cấy trong môi trường nhân tạo.
Câu hỏi 2: Nêu một số thành tựu sử dụng tế bào gốc để
chữa bệnh ở người.
Trả lời:
- Liệu pháp tế bào gốc cũng đang được ứng dụng trong việc hỗ
trợ chữa trị một số bệnh ung thư ở người. Trong điều trị ung thư, người ta hay
sử dụng tia phóng xạ hoặc hoá chất để tiêu diệt các tế bào ung thư. Tuy nhiên,
tia phóng xạ và hoá chất không chỉ tiêu diệt các tế bào ung thư mà còn tiêu diệt
các tế bào bình thường vốn phân chia mạnh (ví dụ: tế bào máu). Do đó, cách điều
trị này gây nhiều tác dụng phụ không mong muốn. Để giúp người bệnh có thể phục
hồi các tế bào lành bị tổn thương như các loại tế bào máu, trong đó có các loại
tế bào của hệ miễn dịch, người ta thường tách chiết các tế bào gốc trưởng thành
từ người bệnh, đem nhân nuôi trong điều kiện nhân tạo rồi tiêm trở lại cho bệnh
nhân.
- Liệu pháp tế bào gốc cũng đã được thử nghiệm để chữa bệnh tiểu
đường type1. Tế bào tuyến tụy của người bệnh không còn khả năng tổng hợp
hormone insulin, vì vậy việc dùng tế bào gốc khoẻ mạnh đưa vào tuyến tuy để
thay thế tế bào bệnh là một hướng đi đầy hứa hẹn.
- Một hướng nghiên cứu khác là nuôi cấy các tế bào chuyên hoá
khoẻ mạnh lấy từ người bệnh, sau đó giải biệt hoá cho chúng trở lại thành các tế
bào gốc đa tiềm năng. Các tế bào gốc đa tiềm năng này sẽ được biệt hoá thành tế
bào chuyên hoá khác nhau, thay thế cho các tế bào bị bệnh. Bằng công nghệ này,
các nhà khoa học Nhật Bản đã tiến hành thử nghiệm lâm sàng dùng tế bào gốc để
chữa bệnh mù do thoái hoá điểm vàng ở người cao tuổi. Kết quả cho thấy tình trạng
bệnh đã được cải thiện.
- Bằng liệu pháp tế bào gốc, các nhà khoa học kì vọng sẽ chữa
được bệnh Parkinson, người có cơ tim bị tổn thương do đột quy hay bị tổn thương
các tế bào thần kinh.
- Liệu pháp tế bào gốc giúp chữa được nhiều bệnh nhưng việc
dùng tế bào gốc phôi người để chữa bệnh vẫn còn một số quan ngại về vấn đề đạo
đức. Một số nước cho rằng phá các phôi dù là ở giai đoạn phôi sớm là vi phạm đạo
đức. Để khắc phục điều này, các nhà khoa học đã nuôi cấy các tế bào gốc trưởng
thành để sử dụng trong việc chữa bệnh bằng liệu pháp tế bào gốc.
4. Triển vọng công nghệ tế bào động vật
Câu hỏi 1: Liệu
pháp gene là gì? Trình bày các bước tiến hành trong liệu pháp gene.
Trả lời:
- Liệu pháp gene là phương pháp chữa bệnh di truyền bằng việc
thay thế gene bệnh bằng gene lành.
- Các bước tiến hành trong liệu pháp gene:
+ Bước 1: Nuôi cấy tế bào gốc (tế bào gốc lấy từ người bệnh
hoặc từ người phù hợp) trên môi trường nhân tạo.
+ Bước 2: Tế bào gốc được sửa chữa gene hoặc thay thế
gene bệnh bằng gene lành rồi được sàng lọc và cho phân chia thành nhiều tế
bào.
+ Bước 3: Tiêm các tế bào đã được chỉnh sửa hoặc
thay thế gene trở lại cơ thể người bệnh.
Câu hỏi 2: Trình bày sự khác biệt giữa liệu pháp tế bào mầm sinh dục
và liệu pháp tế bào cơ thể.
Trả lời:
- Khác biệt cơ bản giữa liệu pháp tế bào mầm sinh dục với liệu pháp tế bào cơ thể (soma) là thay thế gene trong tế bào mầm sinh dục thì gene được thay thế có thể truyền lại cho thế hệ sau, trong khi liệu pháp tế bào soma thì gene thay thế không được truyền lại cho thế hệ sau.
Câu hỏi 3: Nêu một số thử nghiệm về liệu pháp gene ở
người.
Trả lời:
- Năm 2000, tại Pháp, các nhà khoa học đã dùng liệu pháp gene (liệu pháp tế bào soma) để chữa bệnh di truyền cho ba bệnh nhân mắc bệnh suy giảm miễn dịch do hỏng một gene trong tế bào tuỷ xương. Các tế bào tuỷ xương của bệnh nhân được lấy ra, nuôi cấy trong phòng thí nghiệm và được thay thế gene bệnh bằng gene lành nhờ một loại thể truyền là retrovirus. Loại virus dùng làm thể truyền là loại đã được cắt bỏ những gene quan trọng khiến virus không thể tự nhân lên trong tế bào cũng như không thể gây bệnh. Virus làm thể truyền chỉ có nhiệm vụ cài gene cần chuyển vào hệ gene của tế bào nhận như cách chúng vẫn làm khi xâm nhập vào tế bào người. Tế bào tuỷ xương đã thay thế gene sau đó được tiêm trở lại cho bệnh nhân. Tế bào tuỷ xương của các bệnh nhân đã sản sinh ra được protein mà trước đó bị thiếu, như vậy, thử nghiệm coi như đã thành công. Tuy nhiên, một thời gian sau, ba bệnh nhân đều bị bệnh ung thư bạch huyết và một trong số họ đã chết. Nguyên nhân được cho là retrovirus đã cài gene lành vào nhiễm sắc thể người chưa đúng vị trí, dẫn đến kích hoạt gene làm cho tế bào bạch cầu phân chia mất kiểm soát.
Bệnh u xơ nang cũng có thể được chữa trị bằng liệu pháp gene (H 3.5). Bệnh nhân mang gene đột biến CFTR tạo ra protein CFTR không bình thường nên tế bào niêm mạc phổi bị bao bọc bởi quá nhiều dịch nhảy cản trở quá trình hô hấp. Gene bình thường được truyền vào tế bào phổi của bệnh nhân thông qua vector là virus.
Luyện tập và vận dụng
Luyện tập và vận dụng 1: Nêu các triển vọng của việc nhân bản vô tính động vật.
Trả lời:
Triển vọng của việc nhân bản vô tính động vật:
- Tạo ra đàn vật nuôi có cùng kiểu gene ưu việt để đem
lại giá trị kinh tế cao.
- Tạo ra những vật nuôi có mang gene của người để
tạo ra những "nhà máy" sản xuất ra thuốc chữa bệnh cho người.
- Ứng dụng nhân bản vô tính ở động vật giúp gia tăng số lượng
cá thể động vật có nguy cơ tuyệt chủng cao.
Luyện tập và vận dụng 2: Liệu pháp gene cần phải khắc phục những trở ngại gì để có
thể đưa và sử dụng trong thực tế?
Trả lời:
- Việc chuyển và ghép gene không chính xác, sai vị trí có thể gây bất hoạt các gen khác. Cần tìm được công cụ đưa gen bình thường vào đúng vị trí của gen gây bệnh.
- Hạn chế những tác dụng phụ của liệu pháp gen. Tác dụng phụ lâu dài của liệu pháp gen có thể chưa được đánh giá đầy đủ, vì đây là một liệu pháp rất mới và có tác dụng phụ lâu dài chỉ xảy ra nhiều năm sau khi tiếp nhận điều trị.
- Tác dụng phụ ngay sau điều trị như sốt, tụt huyết áp,... Những tác dụng phụ trên là do hệ miễn dịch phản ứng với virus. Những triệu chứng này thường sẽ dần thuyên giảm trong vòng 24–48 giờ sau khi truyền tĩnh mạch.
Luyện tập và vận dụng 3: Sử dụng tế bào gốc có thể hỗ trợ điều trị một số bệnh ung thư như thế nào?
Trả lời:
- Liệu pháp tế bào gốc có thể hỗ trợ điểu trị một số bệnh ung thư khác bằng cách giúp phục hồi các tế bào gốc tuỷ xương để chúng sản sinh ra các tế bào thay thế những tế bào máu, tế bào hệ miễn dịch bị hoá chất và tia phóng xa tiêu diệt trong quá trình điều trị ung thư.
- Ngoài ra, tế bào gốc đang được nghiên cứu thử nghiệm để chữa
một số bệnh như ung thư bạch cầu, ung thư hạch, u nguyên bào thần kinh và đa u
tuỷ. Các tế bào gốc tuỷ xương được tiêm vào tuỷ xương của bệnh nhân, tại đây
chúng phân chia và biệt hoá thành các loại tế bào khác nhau, thay thế các tế
bào bị bệnh.
- Sử dụng tế bào gốc cũng có thể trực tiếp chống lại tế bào
ung thư. Đây là hiện tượng được gọi là “tế bào ghép chống lại khối u”. Tế bào
ghép từ người hiến tặng có khả năng tấn công các tế bào ung thư còn sót lại trong
cơ thể người bệnh sau những đợt điều trị ung thư với các hoá chất liều cao.
- Các loại tế bào gốc được sử dụng có thể là tế bào gốc tự thân (tế bào gốc trưởng thành phân lập từ cơ thể người bệnh, từ tế bào gốc lấy từ máu cuống rốn được bảo quản từ khi mới sinh) hoặc tế bào gốc đồng loại (từ người hiến tặng). Sử dụng các loại tế bào gốc tự thân thì cơ thể sẽ không có phản ứng đào thải tế bào ghép. Nếu truyền tế bào gốc đồng loại, cho dù người hiến tặng và người nhận có kiểu gene tương đồng vẫn có nguy cơ đào thải nên bệnh nhân phải sử dụng thuốc hạn chế đáp ứng miễn dịch loại thải tế bào ghép.
Luyện tập và vận dụng 4: Sử dụng tế bào gốc gây nên những quan ngại gì về vấn đề đạo đức?
Trả lời:
- Sử dụng tế bào gốc gây tranh cãi liên quan đến đạo đức sinh
học trong việc tạo ra tế bào gốc bằng cách tạo ra các phôi và phá
hủy phôi ở giai đoạn sớm. Một số nước cho rằng phá các phôi dù ở giai đoạn
sớm là vi phạm đạo đức.