Bài 4. Tế bào gốc và công nghệ tế bào gốc - Chuyên đề học tập Sinh 10 Chân trời sáng tạo

Câu hỏi mở đầu

Nhồi máu cơ tim là một trong những nguyên nhân hàng đầu dẫn đến tử vong ở người. Nhiều năm trở lại đây, các nhà khoa học nhận thấy rằng những tế bào gốc từ tủy xương có khả năng tái tạo thành các tế bào cơ tim và hàn gắn các mô tim bị tổn thương. Điều này đã mở ra triển vọng chữa trị hiệu quả các bệnh về tim mạch và nhiều bệnh khác ở người. Vậy tế bào gốc là gì? Việc sử dụng tế bào gốc đã giúp y học có những bước tiến như thế nào?

Lời giải chi tiết:

- Tế bào gốc (stem cell) là các tế bào chưa biệt hóa, có khả năng tự làm mới bằng cách phân chia trong một thời gian dài và biệt hóa thành bất kì kiểu tế bào trưởng thành nào.

- Trong y học, việc sử dụng tế bào gốc đã được ứng dụng để chữa trị nhiều bệnh ở người  như Parkinson, tiểu đường, các chấn thương cột sống, sự suy thoái dòng tế bào purkinje, loạn dưỡng cơ Duchenne’s, bệnh tim mạch, bệnh tự miễn và sự tạo xương,... Các nghiên cứu về tế bào gốc ung thư đã mở ra nhiều triển vọng trong việc điều trị ung thư trong tương lai.

CH 1

Nhờ đâu mà một số động vật như tôm, cua, thằn lằn có thể tái sinh các phần cơ thể bị mất?

Lời giải chi tiết:

Một số loài động vật có thể tái sinh lại các phần cơ thể bị mất dó ở vị trí xảy ra tổn thương có các tế bào gốc tiến hành phân chia để tạo các tế bào mới, các tế bào này tiến hành biệt hóa để tái tạo lại mô, cơ quan bị mất đi.

CH 2

Người ta có thể chứng minh các đặc tính của tế bào gốc trong điều kiện in vitro không? Giải thích.

Lời giải chi tiết:

Người ta có thể chứng minh các đặc tính của tế bào gốc trong điều kiện in vitro bằng cách cho chúng tiến hành phân chia để kiểm tra khả năng biệt hóa tạo thành các mô nhất định. Tuy nhiên, cần lưu ý điều kiện nuôi cấy in vitro sẽ ảnh hưởng đến khả năng biệt hoá của tế bào.

CH 3

Tế bào gốc có thể được thu nhận từ những nguồn nào? Nguồn nào dễ tiến hành thu nhận hơn?

Lời giải chi tiết:

Tế bào gốc được thu nhận từ rất nhiều nguồn như phôi giai đoạn trước khi làm tổ, thanh, cơ thể trưởng thành (tủy xương, não,...), sinh phẩm phụ sản, cuống rốn của trẻ mới sinh, dịch ối,... Trong đó, sinh phẩm phụ sản, cuống rốn và dịch ối là các nguồn dễ thu nhận hơn.

CH 4

Tế bào gốc được phân loại gọi tên dựa trên những tiêu chí nào?

Lời giải chi tiết:

Tế bào gốc được phân loại và gọi tên dựa trên những tiêu chí khác nhau như nguồn gốc, tiềm năng biệt hóa, vị trí thu nhận,...

CH 5

Dựa vào Bảng 4.1 để trả lời các câu hỏi sau:

Lời giải chi tiết:

a) Loại tế bào gốc có tiềm năng biệt hóa lớn nhất là tế bào gốc toàn năng vì có thể biệt hóa thành tất cả các loại tế bào.

b) Tế bào ung thư.

c) Tế bào thần kinh và tế bào cơ trưởng thành thuộc loại tế bào gốc trưởng thành vì chúng được thu nhận từ cơ thể trưởng thành.

Luyện tập

Tại sao chỉ phần lớn các loại tế bào gốc được dùng trong điều trị bệnh mà không phải tất cả các loại?

Lời giải chi tiết:

Do tiềm năng biệt hóa của mỗi loại tế bào gốc khác nhau, do đó, chỉ những tế bào nào có tiềm năng biệt hóa cao có thể tạo ra nhiều loại tế bào khác nhau sẽ được ứng dụng nhiều hơn cả.

CH 6

Hãy trình bày những thuận lợi và hạn chế khi sử dụng tế bào ES trong việc chữa trị các bệnh ở người.

Lời giải chi tiết:

- Thuận lợi: Các tế bào gốc phôi có khả năng tăng sinh in vitro vô hạn và thông qua điều khiển, chúng có khả năng biệt hóa tạo thành nhiều loại tế bào. Các loại ES được cấy ghép có thể tồn tại, hợp nhất và chức năng trong cơ thể nhận.

- Hạn chế: ES phải được điều khiển để biệt hóa thành các tế bào có chức năng chuyên biệt trước khi chúng được cấy ghép, có thể xảy ra hiện tượng đào thải miễn dịch.

CH 7

Quan sát hình 4.2, hãy cho biết có những xu hướng nào trong việc sử dụng tế bào ES để chữa trị các bệnh ở người.

Lời giải chi tiết:

Một số xu hướng trong việc sử dụng tế bào ES để chữa trị các bệnh ở người:

- Thu nhận các ES ở người, sau đó nuôi cấy các ES tiến hành biệt hóa.

- Thu nhận tế bào gốc trưởng thành, sau đó dùng kĩ thuật chuyển nhân để tạo tế bào gốc chuyển nhân.

CH 8

Việc sử dụng tế bào ES và tế bào gốc trưởng thành có gì giống và khác nhau?

Lời giải chi tiết:

- Giống nhau: Đều dựa trên khả năng tăng sinh và biệt hóa của tế bào nhằm để thay thế cho các tế bào, mô hay cơ quan bị tổn thương.

- Khác nhau: Cấy ghép các tế bào gốc trưởng thành thường là dị ghép. Do đó, một hạn chế của phương pháp này là khi tiến hành cần phải sử dụng thuốc gây ức chế miễn dịch hay chiếu xạ, làm giảm đáp ứng thải loại của cơ thể chủ với tế bào ghép.

Luyện tập

Hãy thiết kế sơ đồ quy trình ứng dụng tế bào gốc chữa bệnh tiểu đường type I bằng kĩ thuật tạo tế bào gốc chuyển nhân.

CH 9

Phân tích những ưu điểm của chiến lực sử dụng tế bào gốc trong liệu pháp gene.

Lời giải chi tiết:

- Có cơ hội chữa trị các bệnh di truyền bằng cách phục hồi chức năng của gene bị đột biến bằng cách đưa bổ sung gene lành vào cơ thể người hoặc thay thế gene bệnh bằng gene lành.

CH 10

Tại sao việc chữa trị các bệnh ung thư lại gặp rất nhiều khó khăn?

Lời giải chi tiết:

Việc chữa trị các bệnh ung thư gặp nhiều khó khăn vì:

- Đa số các tế bào gốc ung thư (Cancer stem cell - CSC) được tạo bởi các đột biến phát sinh ở những tế bào gốc bình thường, một vài dòng khác lại được tạo ra từ các tế bào tiền thân đột biến. Do đó, các CSC cũng có những đặc tính như tế bào bình thường.

- Bệnh ung thư có quá nhiều loại khác nhau, mỗi loại lại đặc trưng theo nhiều cách khác nhau.

- Mặt khác, nhiều CSC có khả năng kháng lại nhiều phương pháp hiện nay như hóa trị. xạ trị, phẫu thuật,...

CH 11

Đã có những phương pháp ứng dụng tế bào gốc nào được đưa ra nhằm chữa trị các bệnh ung thư ở người?

Lời giải chi tiết:

- “Liệu pháp biệt hóa” (differentiation therapy): CSC bị buộc phải biệt hóa, nhờ đó mà chúng bị vô hiệu hóa. Cũng có thể là để kích hoạt tiềm năng biệt hóa của CSC, đầu tiên chúng cần được tái lập trình để thành dạng giống như tế bào gốc vạn năng.

- Sử dụng tế bào gốc như một thiết bị chuyển tải thuốc nhằm định hướng hóa trị và xạ trị một cách trực tiếp để diệt CSC thông qua tương tác giữa tế bào với tế bào. 

- Sử dụng kháng thể đơn dòng liên kết hóa học để tiêu diệt các CSC 

CH 12

Việc sử dụng CSC trong chữa bệnh ung thư có ưu điểm gì hơn so với các phương pháp trước đây?

Lời giải chi tiết:

Việc phát hiện ra các CSC và các thành công mới trong nghiên cứu ung thư thông qua CSC đã mở ra nhiều triển vọng mới trong điều trị bệnh ung thư. Từ đây, có thể phát triển nhiều phương pháp nghiên cứu như: Phương pháp phân biệt chức năng của các quần thể tế bào trong khối u; phương pháp nhận diện và kiểm tra cá liệu pháp kháng ung thư trực tiếp trên khối u,...

CH 13

Hiện nay, có những hướng nghiên cứu nào trong việc ứng dụng tế bào gốc?

Lời giải chi tiết:

- Sử dụng để tạo ra các tế bào khỏe mạnh và thực hiện chức năng chuyên hóa, các tế bào này sau đó có thể thay thế cho các tế bào bị bệnh hay giảm chức năng.

- Sử dụng các tế bào gốc trưởng thành, thai và phôi như là một nguồn tạo ra các kiểu tế bào chuyên hóa khác nhau, chẳng hạn như tế bào thần kinh, các tế bào cơ, các tế bào cơ, các tế bào máu và các tế bào da, sử dụng cho trị liệu các bệnh khác nhau.

CH 14

Trình bày quan điểm của em về tầm quan trọng của việc sử dụng tế bào gốc hiện nay.

Lời giải chi tiết:

• Tế bào gốc đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc tạo ra các tế bào khỏe mạnh, cơ sở của cấy ghép tế bào gốc, khắc phụ khó khăn của việc tìm kiếm cơ quan cấy ghép.
• Là hướng chữa trị mới cho các bệnh trước nay chưa có cách điều trị hiệu quả như bệnh Parkinson, bệnh tự miễn, ...
• Mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới trong tương lai, trở thành nguyên liệu "đa năng" cho nhiều mục đích khác nhau.

Luyện tập

Tại sao việc ứng dụng tế bào gốc được xem là một bước tiến trong y học?

Lời giải chi tiết:

- Tế bào gốc là các tế bào đa năng có khả năng biến thành các loại tế bào chuyên biệt trong cơ thể con người. Vì thế, chức năng của tế bào gốc là phục vụ như một hệ thống sửa chữa, thay thế các tế bào bị tổn thương hay tế bào chết. 

- Công dụng của tế bào gốc giúp các chuyên gia y tế gia tăng sự hiểu biết về cơ chế bệnh lý thông qua việc nghiên cứu các tế bào gốc trưởng thành biệt hoá thành các tế bào khác trong cơ thể như tế bào thần kinh, cơ tim, sụn, xương,… từ đó hiểu rõ hơn về cơ chế gây bệnh cũng như các nguyên nhân gây bệnh và tiến triển bệnh.

- Nhờ vào nuôi cấy tế bào, thời gian nghiên cứu và phát triển các loại thuốc sẽ được rút ngắn rất nhiều.

CH 15

Việc nghiên cứu và ứng dụng tế bào đang gặp phải những trở ngại nào?

Lời giải chi tiết:

Việc sử dụng tế bào gốc giúp tạo ra các tế bào, mô, cơ quan bị tổn thương mà không xảy ra hiện tượng đào thải miễn dịch; khắc phục được tình trạng khan hiếm nguồn cơ quan cấy ghép. Sử dụng tế bào gốc có thể tăng cơ hội chữa trị các bệnh về hệ thần kinh, bệnh di truyền,...

Bên cạnh đó, việc phát hiện ra các CSC và các thành công mới trong nghiên cứu ung thư thông qua CSC đã mở ra nhiều  triển vọng mới trong trị liệu ung thư.

Ngoài ra, tế bào gốc còn được xem là “nhà máy” sản xuất các loại dược phẩm, chế phẩm sinh học hoặc là mô hình cho nhiều thí nghiệm sinh học khác, thúc đẩy nhanh việc nghiên cứu các bệnh ở người.

Như vậy, với việc ứng dụng tế bào gốc, con người có cơ hội để chữa trị nhiều bệnh mà phương pháp trước đay không chữa trị được.

Vận dụng

Hãy đề xuất một ý tưởng ứng dụng, thiết kế được quy trình ứng dụng tế bào gốc, đánh giá tính hiệu quả và sự ảnh hưởng của ý tưởng đó đối với đời sống con người.

Lời giải chi tiết:

Lời giải chi tiết:

Với sự phát triển của công nghệ tế bào gốc, nhiều bệnh lý đã được điều trị hiệu quả với những ứng dụng ban đầu. 

Ứng dụng tế bào gốc chữa bệnh Parkinson.

   Bệnh Parkinson phát sinh do tế bào não bị tổn thương khiến cho việc cử động của cơ bắp bị mất kiểm soát. Do đó, bác sĩ có thể vận dụng công nghệ tế bào gốc để bổ sung vào phần mô của não đã bị ảnh hưởng từ bệnh lý này. Từ đó, các tế bào chuyên biệt của não sẽ được phục hồi và khắc phục tình trạng của bệnh nhân.

Bài tập 1

Một bệnh nhân bị tổn thương dẫn đến gan khó khôi phục hồi chức năng, do đó, bệnh nhân này cần được cấy ghép gan. Có hai phương án sau được đưa ra:

- Phương án 1: Ghép gan từ nguồn có sẵn.

- Phương án 2: Lấy tế bào soma của bệnh nhân đem nuôi cấy, cho chuyển biệt hóa thành các tế bào gan và tạo nên cơ quan mới. Sau đó, tiến hành cấy ghép gan cho bệnh nhân. 

Phương án nào sẽ tốt hơn cho bệnh nhân? Giải thích.

Lời giải chi tiết:

Phương án 2 sẽ tốt hơn cho bệnh nhân. Vì gan mới được tạo ra từ chính tế bào soma của bệnh nhân nên sẽ không xảy ra hiện tượng đào thải.

Bài tập 2

Theo em, quan điểm “Việc sử dụng các tế bào ung thư như là một loại vaccine ung thư” là đúng hay sai? Trong tương lai, con người có thể chiến thắng trong cuộc chiến với bệnh ung thư không? Tại sao?

Lời giải chi tiết:

Quan điểm này là đúng vì nguồn gốc của ung thư là phát sinh tuwfcacs tế bào gốc ung thư. Dựa vào kết quả này, người ta thấy rằng nếu chủng ngừa tế bào gốc có chứa kháng nguyên của khối u mục tiêu và dấu chuẩn của CSC mục tiêu vào cơ thể người bệnh, lúc này cơ thể người bệnh sẽ sinh ra kháng thể và có thể gây ra sự loại thải của các khối u do đáp ứng miễn dịch. Với việc ứng dụng tế bào gốc, trong tương lai, con người có thể chiến thắng trong cuộc chiến với bệnh ung thư.