Quá trình sản xuất hồng cầu nhanh và hiệu quả từ tế bào hPSCs

Việc sản xuất một lượng lớn các tế bào hồng cầu (Red Blood cells_RBCs) từ tế bào gốc vạn năng của người (hPSCs) là một chiến lược thú vị, điển hình trong nghiên cứu cơ bản và các ứng dụng lâm sàng. Tuy trước đây đã có nhiều công trình nghiên cứu công bố về các mức độ thành công khác nhau [2-6], nhưng chưa có nghiên cứu nào đạt được đầy đủ các tiêu chí cần thiết cho các ứng dụng lâm sàng về RBCs từ hPSC.

Trong một nghiên cứu mới trên Stem Cells Translational Medicine, các nhà nghiên cứu từ phòng thí nghiệm của Joanne C. Mountford (Đại học Glasgow, Anh) đã mô tả một quy trình sản xuất nhanh chóng và hiệu quả các tế bào hồng cầu từ hPSCs quy mô lớn mà không cần lớp nuôi và huyết thanh [7]. Liệu chiến lược này có thể giúp tế bào hồng cầu được tạo ra từ tế bào gốc vạn năng cảm ứng đến gần hơn với lâm sàng không?

Bài báo mới này mô tả chi tiết sự kết hợp của các cytokine khác nhau và các loại thuốc phân tử nhỏ thành một quy trình dài gồm nhiều bước (xem hình để biết thêm chi tiết). Sau phương pháp này, Olivier và các cộng sự hy vọng sẽ sản xuất được số lượng lớn các tế bào hồng cầu từ hPSCs bằng cách mô phỏng lại quá trình hình thành hồng cầu mà không cần qua các bước phân loại tế bào tốn thời gian và công sức trước khi biệt hóa.

Hình minh họa: Các tế bào gốc vạn năng người từ thể phôi (EB – Embryonic bodies) được nuôi cấy trong môi trường A1 ở ngày 0, sau hai ngày thay môi trường A2 và ngày kế tiếp thay môi trường A3 sẽ thu được số lượng lớn quần thể tế bào gốc tạo máu. Quần thể tế bào gốc tạo máu được nuôi tăng sinh và cảm ứng với môi trường trường B1 và bổ sung SR1, thay môi trường C ở ngày 10 sẽ thu được các nguyên bào hồng cầu ở ngày thứ 14-16, tiếp tục thay môi trường D ở ngày thứ 17, bổ sung yếu tố kích thích tạo hồng cầu (EPO) ở ngày 24 sẽ thu được hồng cầu trưởng thành ở ngày 26.

Chiến lược mới này được mô tả đã giúp các tác giả tạo ra một quần thể tế bào với độ tinh khiết cao; gần như tất cả các tế bào biểu hiện dấu ấn phân tử trên hồng cầu vào cuối tuần thứ 4 của quá trình. Mặc dù chỉ có khoảng 10% các tế bào không có nhân nhân, nhưng sự gia tăng mạnh số lượng tế bào (50,000-200,000 tế bào hồng cầu trong một lần biệt hóa từ hPSCs) gợi ý việc sản xuất một số lượng đáng kể các tế bào hồng cầu có hình thái trưởng thành.

Ở cấp độ phân tử, một tỷ lệ cao của các tế bào hồng cầu vẫn biểu hiện hemoglobin phôi thai (90-95%). Tuy nhiên, việc bổ sung các phân tử nhỏ khác, chẳng hạn như chất ức chế VIII (GSK3b inhibitor), IBMX (ức chế của cAMP và cGMP phosphodiesteases), SR1 (chất đối kháng thụ thể aryl hydrocarbon), và pluripotin giúp tăng tỷ lệ globin trưởng thành và giảm tỷ lệ globin phôi. Các tác giả nhấn mạnh rằng mô hình biểu hiện globin này giống như quan sát thấy trong máu dây rốn, vì vậy hồng cầu được sản xuất thông qua quy trình mới này phù hợp để sử dụng trong truyền máu.

Quy trình trình sản xuất hồng cầu nhanh chóng và hiệu quả không cần tới lớp nuôi và huyết thanh này đã cho thấy một bước tiến lớn trong ứng dụng lâm sàng về hồng cầu có tiền thân từ hPSC. Phương pháp cải tiến này còn cung cấp cho các nhà nghiên cứu một hệ thống kiểm soát dễ dàng cơ chế điều hòa ở từng giai đoạn tạo máu và hồng cầu. Hơn nữa, việc áp dụng tế bào gốc đa năng (iPSC) trên các bệnh và các bệnh nhân đặc biệt với quy trình này cũng có thể hữu ích trong việc tạo mô hình bệnh và thử thuốc.

Tài liệu tham khảo:

1. "A Quick and Efficient Protocol for RBC Production from hPSC", Stem Cells Portal, October 16, 2016.

2. Lu SJ, Feng Q, Park JS, et al. Biologic properties and enucleation of red blood cells from human embryonic stem cells. Blood 2008;112:4475-4484.

3. Salvagiotto G, Burton S, Daigh CA, et al. A defined, feeder-free, serum-free system to generate in vitro hematopoietic progenitors and differentiated blood cells from hESCs and hiPSCs. PLoS One 2011;6:e17829.

4. Feng Q, Lu SJ, Klimanskaya I, et al. Hemangioblastic derivatives from human induced pluripotent stem cells exhibit limited expansion and early senescence. Stem Cells 2010;28:704-712.

5. Dias J, Gumenyuk M, Kang H, et al. Generation of red blood cells from human induced pluripotent stem cells. Stem Cells Dev 2011;20:1639-1647.

6. Kobari L, Yates F, Oudrhiri N, et al. Human induced pluripotent stem cells can reach complete terminal maturation: in vivo and in vitro evidence in the erythropoietic differentiation model. Haematologica 2012;97:1795-1803.

7. Olivier EN, Marenah L, McCahill A, et al. High-Efficiency Serum-Free Feeder-Free Erythroid Differentiation of Human Pluripotent Stem Cells Using Small Molecules. Stem Cells Transl Med 2016;5:1394-1405.

Lược dịch Lê Văn Trình - Lê Phạm Tiến Triều

Biên tập Biomedia Việt Nam