MSCs có thể được phân lập từ nhiều nguồn khác nhau, có khả năng biệt hóa thành các loại tế bào đa dạng, cùng với đặc tính miễn dịch đặc biệt trở thành một công cụ trị liệu hấp dẫn. Các cơ quan quản lý trên toàn thế giới đã phê duyệt mười hai liệu pháp dựa trên MSCs, và hơn 1.000 thử nghiệm lâm sàng đã được thực hiện hoặc đang tiến hành để khám phá tiềm năng của chúng trong việc điều trị một loạt các bệnh (4).

Trong tái tạo xương, MSCs là một lựa chọn đầy hứa hẹn so với ghép xương tự thân truyền thống, vốn có những hạn chế như khả năng sáp nhập, thời gian phục hồi kéo dài và đau đớn tại vị trí lấy mảnh. Các nghiên cứu lâm sàng đã chỉ ra rằng MSCs có nguồn gốc từ tủy xương và dây rốn có thể cải thiện việc lành gãy xương và giảm đau trong viêm xương khớp (5,6). Trong điều trị lành vết thương, MSCs đã cho thấy hiệu quả trong việc tăng cường tái tạo mô và giảm sẹo bằng cách thúc đẩy sự phát triển của nguyên bào sợi và tế bào nội mô. Một số thử nghiệm lâm sàng đã báo cáo kết quả thành công trong việc chữa lành vết thương mãn tính, loét và sẹo dây thanh âm với rất ít các tác dụng phụ nghiêm trọng (7,8).

Bước đầu tiên trong việc tạo ra liệu pháp MSCs là tách chiết các tế bào này từ các nguồn phổ biến như tủy xương, mô mỡ, dây rốn và máu dây rốn. MSCs có thể là tự thân, thu được từ mô của chính bệnh nhân, hoặc đồng loài – lấy từ người hiến khỏe mạnh. Để tách MSCs từ các mẫu mô đã thu thập, các nhà khoa học sử dụng các phương pháp cơ học và enzym để tách chúng ra khỏi các tế bào khác.

Sau khi được tách, các nhà khoa học tiến hành nuôi cấy MSCs in vitro để tạo ra số lượng tế bào đủ cho các ứng dụng điều trị. Các tế bào được tách từ mô người hiến thường cần được nuôi cấy để đạt đến số lượng từ một đến chín tỷ tế bào cho điều trị trên người trưởng thành. Trong môi trường nghiên cứu, các nhà khoa học thường tiến hành các thí nghiệm quy mô nhỏ sử dụng kỹ thuật nuôi cấy tế bào truyền thống để thử nghiệm các điều kiện phát triển khác nhau.

Sau khi được đưa vào cơ thể, MSCs di chuyển qua máu và phản ứng với các tín hiệu viêm như chemokine do mô bị tổn thương giải phóng. Những chemokine này tạo ra một gradient định hướng MSCs đến vị trí tổn thương và thúc đẩy các tế bào nội mô lót các mạch máu biểu hiện các phân tử bám dính trên bề mặt. Khi MSCs di chuyển trong hệ tuần hoàn, chúng lăn dọc theo bề mặt nội mô và bám vào những phân tử bám dính này thông qua các thụ thể bề mặt như integrin. Khi đã bám chắc, MSCs đi xuyên qua hàng rào nội mô và tiếp tục di chuyển theo các tín hiệu hóa học để đến vị trí bị tổn thương. Khi đến nơi, MSCs thích nghi với vi môi trường tại đó và biệt hóa thành các loại tế bào cần thiết để sửa chữa tổn thương.

Ngoài việc trực tiếp biệt hoá thành các loại tế bào chuyên biệt, MSCs còn đóng vai trò điều trị thông qua việc tiết ra một loạt các phân tử có hoạt tính sinh học như cytokine, yếu tố tăng trưởng và các túi ngoại bào chứa RNA thông tin, microRNA và peptide. Những yếu tố cận tiết này điều chỉnh vi môi trường địa phương, thúc đẩy sự sống sót của tế bào, sự tăng sinh và tái tạo mô.

Ví dụ, MSCs giải phóng yếu tố tăng trưởng nội mô mạch máu (VEGF), giúp tạo mạch, hình thành các mạch máu mới cần thiết để cung cấp chất dinh dưỡng và oxy cho các mô bị tổn thương. Chúng cũng tiết ra các yếu tố ức chế sự chết tế bào như yếu tố tăng trưởng tế bào gan, interleukin-6 (IL-6) và miRNA-25 để tăng cường sự sống sót của tế bào, và các yếu tố chống xơ hóa như prostaglandin E2 (PGE2) và IL-10, giúp giảm sẹo xơ hóa.

Một cơ chế quan trọng khác mà MSCs phát huy tác dụng điều trị là điều hòa miễn dịch thông qua sự kết hợp giữa các yếu tố được tiết ra và sự tương tác trực tiếp giữa các tế bào. Chúng tiết ra các phân tử chống viêm như yếu tố tăng trưởng chuyển dạng beta (TGFβ), PGE2, IL-10, và indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO), ức chế hoạt động của các tế bào T, B, tế bào đuôi gai và tế bào tiêu diệt tự nhiên (NK).

MSCs cũng ảnh hưởng đến hệ miễn dịch thông qua tiếp xúc trực tiếp bằng cách biểu hiện các phân tử bề mặt như ligand-1 của thụ thể chết được lập trình, gây ra sự chết tế bào T thông qua quá trình apoptosis và thúc đẩy sự phát triển của tế bào T điều hòa. Ngoài ra, MSCs có thể chuyển đổi macrophage từ trạng thái gây viêm sang trạng thái chống viêm. Bằng cách giới hạn sự viêm, MSCs tạo ra môi trường ức chế miễn dịch để mô lành và tái tạo.

Mặc dù nhiều nghiên cứu và thử nghiệm lâm sàng đã báo cáo rằng liệu pháp MSCs là an toàn với các tác dụng phụ tối thiểu, nhưng khả năng sinh khối u vẫn là một mối quan tâm đáng kể. Điều này là do MSCs chia sẻ một số đặc điểm với tế bào khối u, chẳng hạn như khả năng tăng sinh trong thời gian dài và khả năng chống lại quá trình chết tế bào theo chương trình (apoptosis) cao. Một số yếu tố, bao gồm tuổi của người hiến tặng và trạng thái miễn dịch của người nhận, có thể ảnh hưởng đến nguy cơ sinh khối u sau khi cấy ghép MSCs. Việc thao tác và nuôi cấy MSCs kéo dài cũng có thể dẫn đến bất ổn di truyền, tăng khả năng biến đổi ác tính.

Các nghiên cứu trên động vật đã cung cấp bằng chứng cho thấy MSCs có thể thúc đẩy sự phát triển của khối u trong các mô hình ung thư khác nhau, làm nổi bật sự tương tác phức tạp giữa MSCs và sinh học khối u. Ví dụ, nghiên cứu đã chỉ ra rằng các tế bào ung thư vú di căn có thể kích thích MSCs tiết chemokine C-C motif ligand 5 (CCL5), tạo điều kiện cho sự xâm nhập của khối u. Các nghiên cứu khác đã tiết lộ rằng các yếu tố tăng trưởng, chẳng hạn như VEGF và yếu tố tăng trưởng nguyên bào sợi cơ bản (bFGF) do MSCs tiết ra có thể ức chế quá trình apoptosis của tế bào khối u.

MSCs cũng đóng góp vào sự tiến triển của ung thư bằng cách giải phóng các yếu tố gây viêm làm suy giảm miễn dịch trong môi trường vi mô của khối u. Ví dụ, MSCs được tách ra từ các khối u dạ dày tiết IL-8, một chemokine gây viêm thúc đẩy sự huy động của đại thực bào và bạch cầu trung tính đến vị trí khối u, tạo điều kiện cho sự khởi đầu và tiến triển của ung thư. Ngoài ra, MSCs tiết ra TGFβ, thúc đẩy sự xâm nhập của đại thực bào và hỗ trợ khối u tránh né hệ miễn dịch.

Hơn nữa, MSCs hỗ trợ tạo mạch máu cho khối u, một quá trình cung cấp dưỡng chất và oxy quan trọng cho khối u bằng cách biểu lộ các yếu tố tạo mạch như TGFβ, VEGF và IL-6. Đáp ứng lại với các yếu tố hòa tan do tế bào ung thư tiết ra, đặc biệt là TGFβ, MSCs có thể biệt hóa thành nguyên bào sợi liên quan đến ung thư (CAFs), một loại tế bào trong môi trường vi mô của khối u có khả năng thúc đẩy tăng sinh khối u. Với những rủi ro tiềm tàng liên quan đến ung thư, việc thực hiện các nghiên cứu để hiểu đầy đủ các tác động của liệu pháp MSCs trong điều trị bệnh đóng vai trò cực kì quan trọng.