– Công nghệ tế bào là một lĩnh vực của công nghệ sinh học, bao gồm các quy trình kĩ thuật chọn tạo và nuôi cấy tế bào, mô trong ống nghiệm (in vitro) nhằm duy trì và tăng sinh tế bào, mô, từ đó sản xuất các sản phẩm phục vụ đời sống con người

– Công nghệ tế bảo được phát triển dựa trên nền tảng kết hợp của một số lĩnh vực như sinh học tế bào, sinh học phân tử,… Công nghệ tế bảo bao gồm công nghệ tế bảo thực vật và công nghệ tế bào động vật.

Công nghệ tế bào là một lĩnh vực của công nghệ sinh học, bao gồm các quy trình kĩ thuật chọn tạo và nuôi cấy tế bào, mà trong ống nghiệm (in vitro) nhằm duy trì và tăng sinh tế bào, mô, từ đó sản xuất các sản phẩm phục vụ đời sống con người

– Công nghệ tế bào dựa trên nguyên lí về tính toàn năng của tế bào, khả năng biệt hóa và phản biệt hóa của tế bào (hinh 16.2). Dựa trên các nguyên lí này, người ta có thể nuôi cấy tế bảo in vitro trên môi trường nhân tạo hình thành dòng tế bào, mô, cơ quan và cơ thể hoàn chỉnh

Hình 16.2. Biệt hoá và phản biệt hóa trong công nghệ tế bào

– Tính toàn năng của tế bào là khả năng một tế bảo phát triển thành một cơ thể hoàn chỉnh trong môi trường thích hợp. Biệt hoá là quá trình một tế bào biến đổi thành một loại tế bảo mới, có tính chuyên hoá về cấu trúc và chức năng, từ đó phân hoa thành các mô, cơ quan đặc thủ trong cơ thể.

– Biệt hoá là quá trình kích hoạt tế bảo đã biệt hoa thành tế bảo mới giảm hoặc không còn tính chuyển hoá về cấu trúc và chức năng Tế bào sinh dưỡng khi được kích hoạt phân biệt hoa sẽ hình thành mô sẹo ở thực vật và tế bào gốc ở động vật.

– Phản biệt hoá có thể thực hiện được ở hầu hết các loại tế bào khác nhau của cơ thể thực vật. Phân biệt hoá ở tế bào động vật thưởng khó thực hiện hơn ở tế bảo thực vật. Tinh toàn năng, khả năng biệt hoả và phân biệt hoá của tế bảo động vật có sự khác biệt rất lớn giữa các loại tẻ bảo, mô và cơ quan. Trong điều kiện nuôi cấy nhân tạo hiện chỉ có một số dòng tế bào động vật có khả năng phản biệt hóa, hình thành dòng tế bào chưa biệt hoá (tế bào gốc)

Công nghệ tế bào dựa trên nguyên lí về tính toàn năng của tế bào, khả năng biệt hoá và phản biệt hoá của tế bào. Dựa trên nguyên lí này, người ta có thể nuôi cấy tế bào trên môi trường nhân tạo hình thành dòng tế bào, mô, cơ quan và cơ thể hoàn chỉnh.

a. Nhân nhanh các giống cây trồng

– Công nghệ tế bào thực vật được ứng dụng để nhân nhanh các giống cây trong (vi nhân giống), đặc biệt là các giống quý hiếm như các cây dược liệu, cây gỗ quý, cây thuộc loài nằm trong sách đỏ (ví dụ lan kim tuyến, sâm ngọc linh,…) Tử mảnh lá, thân, rễ,… của cây mẹ, trải qua giai đoạn phân biệt hoa, công nghệ nhân giống m vitro đã tạo ra mô sẹo, tải sinh chối từ mô sẹo, từ đó phát triển thành nhiều cây con (hinh 16.3)

Hình 16.3. Vì nhân giống cây sâm ngọc linh (Nguồn. Dương Tấn Nhựt)

– Vi nhân giống cũng là quy trình để tạo ra các giống cây sạch bệnh virus (kĩ thuật nuôi cây mô phân sinh, tạo hạt giống nhân tạo) và tạo ra nguyên liệu khởi đầu cho các quy trình nuôi dịch huyển phủ tế bảo thực vật, chuyển gene vào tế bào thực vật.

b. Tạo giống cây trồng mới

– Dung hợp tế bào trần là kĩ thuật loại bỏ thành tế bào và lai giữa các tế bào cùng loài hoặc khác loài. Tế bảo lại được tạo ra sẽ được tiếp tục nuôi cấy in vitro để tạo giống cây lai, mang các đặc tính tốt của hai dòng tế bảo ban đầu. Dung hợp dòng tế bào trần đơn bội (n) với dòng te bao trần lưỡng bội (2n) cùng loài được sử dụng trong tạo các giống cây tam bội (3n) không hạt (vi dụ dưa hấu không hạt, bưởi và cam không hạt,…)

Hình 16.4. Dưa hấu không hạt

– Chuyển các gene kháng sâu bệnh, kháng thuốc diệt cỏ hoặc các gene hỗ trợ nâng cao chất lượng cây trồng đã được thực hiện trên cây đậu tương, khoai tây, ngô, bông,.. Gene quy định protein kháng nguyên của một số bệnh virus trên động vật nuôi (ví dụ kháng nguyên H5N1, H3N1, .. gây bệnh cúm gia cầm) cũng được chuyển vào một số loại cây. Các gene này tổng hợp các protein kháng nguyên trong các cây được chuyển gene, từ đó sản xuất vaccine ăn được (sản phẩm có chứa kháng nguyên của vi sinh vật gây bệnh, gây kích thích miễn dịch khi ăn vào).

c. Sản xuất các chất có hoạt tính sinh học trong tế bào thực vật

Công nghệ nuôi cấy dịch huyền phủ tế bào thực vật, nuôi cấy rễ tơ,… cho phép sản xuất các chất có hoạt tính sinh học từ các dòng tế bào tự nhiên của các cây dược liệu hoặc từ dòng tế bao thực vật mang gene tái tổ hợp. Ví dụ một số vaccine ăn được, homone sinh trưởng của thực vật và động vật, các hợp chất alkaloid, anthocyanin, terpenoid hoặc steroid,… đã được sản xuất trên các dòng tế bào thực vật.

Một số thành tựu chính trong công nghệ tế bào thực vật là: (1) nhân nhanh giống cây trồng; (2) tạo giống cây trồng mới; (3) sản xuất các chất có hoạt tính sinh học trong tế bào thực vật.

a.Tạo mô, cơ quan thay thế

– Hiện nay, người ta đã nuôi cấy và biệt hoá tế bảo gốc thành tế bào mỡ dùng trong công nghệ thẩm mĩ, tế bào cơ, tế bào sụn và nguyên bảo xương dùng trong điều trị nhiều bệnh tổn thương tìm mạch, thoái hóa xương, khớp, các bệnh viêm nhiễm,… Ngân hàng tế bào gốc cuống rốn cũng đã được thành lập ở nhiều quốc gia nhằm lưu trữ các tế bảo gốc để điều trị bệnh.

– Công nghệ phản biệt hoá tế bào sinh dưỡng thành tế bào gốc đã mở ra triển vọng tái tạo các mô tự thân nhằm thay thế mô bị tổn thương ở người bệnh (hình 16.5). Ví dụ: các tế bào gốc đặc thù cho mỗi bệnh nhân đã được kích hoạt cảm ứng từ tế bào sinh dưỡng của người bệnh và nuôi in vitro tạo nên các mô da để cây ghép trở lại cho người bệnh bị bỏng nặng. Việc cấy ghép mô da này cho những người bệnh khác có thể cần sự hỗ trợ của thuốc chống đảo thải mô, cơ quan

Hình 16.5. Tiềm năng của tế bào gốc trong điều trị bệnh

– Trong tương lai, người ta mong muốn tạo ra các dòng tế bào gốc để biệt hoá thành các dòng tế bào máu, tế bào thân kinh, thành mạch máu, … giúp điều trị nhiều bệnh như tổn thương tuỷ sống, thoái hóa điểm vàng do lão hoá, tiểu đường, các bệnh tim mạch và bệnh Parkinson,… Những thành công gần đây trong nghiên cứu nuôi cấy in vitro dòng tế bào gốc (tinh nguyên bào) mở ra triển vọng nuôi cấy tinh trung, tăng tỉ lệ thành công cho kĩ thuật thụ tinh trong ống nghiệm đối với các gia đình hiếm muộn

b. Tạo dòng tế bào và động vật chuyển gene

– Một số gene quy định tổng hợp các chất như hormone sinh trưởng, các kháng thể, kháng nguyên, interferon,… được chuyển vào tế bào động vật, tạo ra các dòng tế bào và động vật chuyển gene ứng dụng trong sản xuất thuốc, vaccine.

Hình 16.6. Một số động vật chuyển gene cho sản phẩm sản xuất thuốc chữa bệnh cho người

– Công nghệ tế bào gốc cũng cho phép dễ dàng chuyển gene và sàng lọc tạo nên các dòng tế bảo và động vật chuyển gene làm mô hình cho các nghiên cứu bệnh học và sàng lọc thuốc. Ví dụ các nghiên cứ sàng lọc thuốc chữa bệnh hoại tử gan, thân, bệnh Alzheimer, bệnh Parkinson,…

c. Nhân bản vô tính ở động vật

– Nhân bản vô tính động vật là quá trình tạo ra các tế bào hoặc nhiều cả thể hoàn toàn giống nhau về mặt di truyền từ một hoặc một số tế bào sinh dưỡng ban đầu

Cừu Dolly là động vật có vú đầu tiên được nhân bản vô tính năm 1996. Sau đó, hàng loạt các động vật như chó, lợn, dê,… đã được nhân bản vô tỉnh thành công. Dòng tế bào gốc phôi tạo ra từ nhân bản vô tính được ứng dụng trong nuôi cấy in vitro tạo mô, cơ quan thay thế để điều trị bệnh hoặc làm mô hình sàng lọc thuốc.

– Nhân bản vô tỉnh hiện nay chỉ được phép làm trên động vật, không được phép làm trên người do các lí do về đạo đức sinh học.

Một số thành tựu chính trong công nghệ tế bào động vật là: (1) tạo mô, cơ quan thay thế; (2) tạo dòng tế bào và động vật chuyển gene; (3) nhân bản vô tính ở động vật.