TẾ BÀO ĐỘNG VẬT

Tế bào động vật (tách từ mô) có thể được nuôi cấy trên các loại môi trường dinh dưỡng tổng hợp bên ngoài cơ thể, chúng sinh trưởng bằng cách tăng số lượng và kích thước tế bào.

- Nghiên cứu các tế bào ung thư, phân loại các khối u ác tính, xác định sự tương hợp của mô trong cấy ghép và nghiên cứu các tế bào đặc biệt cùng sự tương tác của chúng.

- Ứng dụng để sản xuất các hợp chất sinh hóa quan trọng dùng trong chẩn đoán như các hormone sinh trưởng của người, interferon, hoạt tố plasminogen mô, các viral vaccine và các kháng thể đơn dòng (monoclonal antibodies). Theo phương pháp truyền thống các hợp chất sinh hóa này được sản xuất bằng cách sử dụng các động vật sống hoặc được tách chiết từ xác người chết. Chẳng hạn, các kháng thể đơn dòng có thể được sản xuất bằng cách nuôi cấy các tế bào hybridoma trong các khoang màng bụng (peritoneal cavity) của chuột, hoặc hormone sinh trưởng dùng để chữa bệnh còi (dwarfism) có thể được tách chiết từ xác người chết. Tuy nhiên, số lượng thu được từ các phương pháp này rất hạn chế vì thế việc ứng dụng rộng rãi chúng trong điều trị còn gặp nhiều khó khăn.

- Chuyển gen của động vật có vú cũng có thể được sản xuất bởi hệ thống vi khuẩn bằng cách dùng công nghệ DNA tái tổ hợp (DNA recombinant technology). Tốc độ sinh trưởng nhanh, thành phần môi trường đơn giản và rẻ tiền của nuôi cấy tế bào vi khuẩn khiến chúng có nhiều ưu điểm hơn so với nuôi cấy tế bào động vật có vú. Tuy nhiên, vi khuẩn thiếu khả năng sửa đổi hậu dịch mã (post-translational modifications) bao gồm việc phân giải protein, liên kết tiểu đơn vị (subunit), hoặc nhiều phản ứng kết hợp khác nhau như glycosylation, methylation, carboxylation, amidation, hình thành các cầu nối disulfide hoặc phosphorylation các gốc amino acid. Những sửa đổi này rất quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính sinh học của sản phẩm. Ví dụ, quá trình glycosylation1 có thể giúp bảo vệ protein chống lại sự phân giải chúng, duy trì khả năng ổn định cấu trúc và biến đổi kháng nguyên.

1. Các ưu điểm của nuôi cấy tế bào động vật

- Hệ thống tế bào động vật là các “nhà máy tế bào” 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 (Bảng 5.1).

Bảng 5.1. Các sản phẩm quan trọng của nuôi cấy tế bào động vật Enzyme

Urokinase, hoạt tố plasminogen mô2

Nhóm I

Hormone

Hormone sinh trưởng (GH)3

Các nhân tố sinh trưởng

Các cytokine khác

Nhóm II

Vaccine4

Bệnh dại, bệnh quai bị, bệnh sởi ở người…

Veterinary-FMD vaccine, New Cattle’s Disease ...

Nhóm III

Kháng thể đơn dòng

Các công cụ chẩn đoán

Nhóm IV

Virus côn trùng

Thuốc trừ sâu sinh học cho Baculovirus

Nhóm V

Các chất điều hòa miễn dịch

Interferon5 và interleukin6

Nhóm VI

Các tế bào nguyên vẹn

Thử nghiệm độc chất học

- Các tế bào động vật đáp ứng được quá trình hậu dịch mã chính xác đối với các sản phẩm protein sinh-dược (biopharmaceutical).

- Sản xuất các virus vector dùng trong liệu pháp gen (biến nạp một gen bình thường vào trong tế bào soma mang gen tương ứng bị khiếm khuyết để chữa bệnh do sự khiếm khuyết đó gây ra). Các mục đích chính của liệu pháp này là các bệnh ung thư, HIV, chứng viêm khớp, các bệnh tim mạch và xơ hóa u nang.

- Sản xuất các tế bào động vật để dùng như một cơ chất in vitro trong nghiên cứu độc chất học và dược học.

- Phát triển công nghệ mô hoặc phát sinh cơ quan để sản xuất các cơ quan thay thế nhân tạo-sinh học/các dụng cụ trợ giúp, chẳng hạn:

+ Da nhân tạo để chửa bỏng.

+ Mô gan để chữa bệnh viêm gan.

+ Đảo Langerhans để chữa bệnh tiểu đường.

2. Một số hạn chế của nuôi cấy tế bào động vật

5 Interferon: dạng α hay γ đều là protein do các tế bào động vật có vú và người sản xuất ra khi nhiễm virus để ngăn không cho virus sinh sản, tạo sức đề kháng virus cho tế bào, interferon tách từ bạch cầu người dùng điều trị cúm, viêm gan. Công nghệ di truyền đưa gen interferon phân lập được vào vector plasmid để biến nạp vào E. coli hoặc tế bào động vật có vú để sản xuất dùng vào điều trị bệnh virus và ung thư.

6 Interleukin-2 (IL-2): một lymphokin hầu hết nhờ tế bào bạch cầu T trợ giúp xuất tiết, xúc tác khởi động sinh trưởng các bạch cầu T, có khả năng điều trị ung thư. Mặc dù tiềm năng ứng dụng của nuôi cấy tế bào động vật là rất lớn, nhưng việc nuôi cấy một số lượng lớn tế bào động vật thường gặp các khó khăn sau:

- Các tế bào động vật có kích thước lớn hơn và cấu trúc phức tạp hơn các tế bào vi sinh vật.

- Tốc độ sinh trưởng của tế bào động vật rất chậm so với tế bào vi sinh vật. Vì thế, sản lượng của chúng khá thấp và việc duy trì điều kiện nuôi cấy vô trùng trong một thời gian dài thường gặp nhiều khó khăn hơn.

- Các tế bào động vật được bao bọc bởi màng huyết tương, mỏng hơn nhiều so với thành tế bào dày chắc thường thấy ở vi sinh vật hoặc tế bào thực vật, và kết quả là chúng rất dễ bị vỡ.

- Nhu cầu dinh dưỡng của tế bào động vật chưa được xác định một cách đầy đủ, và môi trường nuôi cấy thường đòi hỏi bổ sung huyết thanh máu rất đắt tiền.

- Tế bào động vật là một phần của mô đã được tổ chức (phân hóa) hơn là một cơ thể đơn bào riêng biệt như vi sinh vật.

- Hầu hết các tế bào động vật chỉ sinh trưởng khi được gắn trên một bề mặt.