TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA SINH HỌC BÀI TIỂU LUẬN SINH HỌC TẾ BÀO DI TRUYỀN TẾ BÀO UNG THƯ Giáo viên: PGS.TS Nguyễn Xuân Viết PGS.TS Nguyễn Minh Công Học viên : Lê Văn Trọng Lớp : Cao học K19 – Sinh học Chuyên ngành: Sinh lý thc vt Mở đầu Ngày có nhiều bệnh đà gây nguy hiểm cho loài người Việc phát nguyên nhân triệu chứng biểu để tìm cách phòng ngừa chữa trị bệnh cần thiết cho người Bệnh ung thư nói riêng bệnh nguy hiểm hàng đầu đe doạ cao đến tính mạng người Đây bệnh quái ác gây chết hàng đầu giới Đa số phương tiện trị liệu chưa mang đến kết mong đợi, chế gây ung thư nhiều bí ẩn Các nhà nghiên cứu đà có buớc nghiên cứu bệnh ung thư nhằm chẩn đoán sớm triệu chứng bệnh tìm phương pháp trị liệu tối ưu Xuất phát từ nghiên cứu trước kết hợp với thành tựu khoa học đại ngày nhiều nhà nghiên cứu đà sâu nghiên cứu vấn ®Ị vỊ ung th­ nãi chung vµ vÊn ®Ị di truyền tế bào ung thư nói riêng Hiểu biết vấn đề bước tiến nghiên cứu bệnh Xuất phát từ lý trên, tiều luận xin trình bày khái quát đề tài Di truyền tế bào ung thư I Bệnh ung thư I.1 Khái niệm Theo quan điểm cđa R Virchow (1864) vỊ “bƯnh häc tÕ bµo ” bệnh ung thư chung loại bệnh tế bào Ngày nay, bệng ung thư xem nhóm bệnh thể biến đổi bất bình thường đặc tính tế bào di truyền, sinh lý, sinh hoá, miễn dịch sinh trưởng sinh sản không chịu kiểm soát chung chế dẫn tới tạo thành khối mô bệnh gọi u (tumor) Các u không thực chức có ích cho thể, trái lại chúng phá huỷ cấu trúc chức mô quan bình thường dẫn tới tử vong Ung thư thuật ngữ chung 200 loại bệnh khác gây tăng sinh mức tế bào không bình thư ờng Sự tăng sinh không theo chế kiểm soát sinh trưởng thể Đó kết hàng loạt biến đổi bất thường chế sinh sản tế bào Một số loại tế bào ung thư I.2 Phân loại Dựa vào loại tế bào phát sinh ung thư người ta chia ung thư thành dạng sau: + Ung thư biểu mô (carcinoma) có nguồn gốc từ tế bào biểu mô (ví dụ ống tiêu hoá hay tuyến tiêu hoá + Bệnh lý huyết học ác tính (hematological malignancy), bệnh bạch cầu (leukamia) u lympho bào (lymphoma), xuất phát từ máu tuỷ xương + Ung thư mô liên kết (sarcoma) nhóm ung thư xuất phát từ mô liên kết, xư ơng hay + U hắc tố rối loạn tế bào sắc tố + U hỗn hợp: u quái (teratoma), u bào thai (blastoma) I.3 Nguồn gốc Bình thường cân tốc độ trình tăng sinh trình chết tế bào điều hoà cách chặt chẽ để đảm bảo cho tính toàn vẹn quan mô Khi chế điều hoà rối loạn, tế bào tránh chết theo chương trình (apoptosis) phân chia không kiểm soát tạo thành khối u lành tính hay ác tính (ung thư) Các khối u ác tính xâm lấn vào quan khác, lan đến nơi xa (di căn), dẫn đến đe doạ tính mạng Có thể nói di yếu tố định quan trọng nhÊt vỊ tÝnh chÊt ¸c tÝnh cđa ung th­ Hai u tè quan träng hƯ gen dÉn ®Õn ung thư tích luỹ đột biến soma tăng cư ờng tính bất ổn di truyền (oncogen) Số lượng đột biến tế bào ung thư nhiều so với tế bào bình thường đột biến diễn gen sữa chữa ADN, gen øc chÕ khèi u hay ®ét biÕn gen tiỊn ung thư thành gen ung thư Các đột biến nhạy cảm với tăng sinh tế bào, kết hợp chúng với tế bào có khả tăng sinh cách không kiểm soát (onco) Hình: Ung thư bị gây loạt đột biến Mỗi đột biến thay đổi đặc tính khối u theo cách Tính bất ổn di truyền phản ánh số lượng gen tế bào ung thư Đó kết nhân lên hay đi, chuyển vị trí ADN nhiễm sắc thể Tính bất ổn mức độ nhiễm sắc thể tác động đến hệ thống điều khiển phân chia phân bào Sự có mặt đột biến khác dẫn đến nguy chọn lọc không mong muốn quần thể tế bào Trong trường hợp ung thư, tế bào mang đột biến tăng cường khả sinh tr­ëng sÏ cã ­u thÕ chän läc H×nh: Ung thư bị gây loạt đột biến Mỗi đột biến thay đổi đặc tính khối u theo cách I.4 Đặc điểm tế bào ung thư Phân biệt sai khác tế bào u lành u ác tính? Tế bào u lµnh (benign tumor) Cã ranh giíi râ víi tỉ chức xung quanh thường có vỏ bọc, bề mặt nhẵn Vỏ bọc thường tổ chức liên kết xơ - Chứa tế bào ung thư sinh sản chậm bám vào mô liên kết chỗ nên chưa gây nguy hiểm - - Thường có nhân đồng - Hạch nhân không nỗi rõ Tế bào u ác (malignant tumor) Không có vỏ bọc khó phân biệt víi tỉ chøc b×nh th­êng xung quanh - - Chøa tế bào ung thư sinh sản nhanh có khả giải phóng khỏi mô để di chuyển đến phần khác thể (di căn) - Có nhân khác hình dạng kích thước - Hạch nhân nỗi rõ có nhiều hạch nhân Tế bào u lành (benign tumor) Lượng tế bào chất thay đổi - Nhiễm sắc thể thường bị đột biến - Phát triển to đè ép tổ chức lành xung quanh khiến chúng bị teo xơ hoá giống vỏ khối u (pseudocapsule) - Tế bào u ác (malignant tumor) Lượng tế bào chất thay đổi -Nhiễm sắc thể thường bị đột biến số lượng lẫn cấu trúc - Phát triển xâm nhập vào tổ chức bình thường xung quanh giống rễ cắm vào đất trồng xung quanh - Qua phân biệt thấy rõ: tế bào ung thư tăng sinh cách bất thường chống lại kiểm soát thể Ngay chỗ, tế bào ung thư đà mang tính chất loạn sản, biệt hoá, thay đổi số lượng lẫn chất lư ợng Biểu nên cấu trúc không xếp lớp, tế bào to nhỏ không nhau, có nhiều hình thái khác thường Chúng phát triển xâm lấn phá huỷ cấu trúc thể nhân lên nhanh mạnh từ di xa để tiếp tục phá huỷ, gây chảy máu hoại tử Tế bào ác tính có đặc trưng gì? Tế bào ác tính có đặc trưng sau: - Tránh apoptosis (chết theo chương trình) - Có khả phát triển vô hạn (bất tử) - Tự cung cấp yếu tố phát triển - Không nhạy cảm yếu tố chống tăng sinh - Tốc độ phân bào gia tăng - Thay đổi khả biệt hoá tế bào - Không có khả ức chế tiếp xúc - Có khả xâm lấn mô xung quanh - Có khả di đến nơi xa - Có khả tăng sinh mạch máu Một tế bào phát triển thành tế bào khối u thường tất đặc điểm lúc, nhiên hệ sau chúng chọn lọc để có đặc tính Đó trình chọn lọc theo dòng Tất phóng thích kháng nguyên khối u trình diện đến tế bào APC, tế bào bach tuộc (dendritic cells) mạnh nhất, lưu hành từ mạch bạch huyết đến vùng tế bào T hạch bạch huyết, chúng trình diện khối u cho tế bào T IFA (incomplete Freund,s adjuvant): tá dược Freund không hoàn toàn GM-CSF (granulocyte-macrophage colony-stimulating factor): nhân tố kích thích đại thực bào bạch cầu hạt IL: interleukin ìN: interferon MHC (major histocompatibikity complex): phức hợp tương hợp mô - Liệu pháp oncotylic virus có nhiều ưu điểm biện pháp khác liệu pháp hóa học, chiếu xạ do: + Khả trị liệu cao (high therapeutic index): so sánh với phương pháp chữa bệnh truyền thống, oncolytic virus cho thấy có tỉ lệ chữa bệnh cao Chỉ 100.000 tế bào khối u bị tiêu diệt có tế bào lành bị tiêu diệt oncolytic virus, với liệu pháp hoá học tế bào ung thư bị tiêu diệt có tế bào lành bị chết + Hiệu kháng khối u có hiệu chép virus: không giống liệu pháp truyền thống, chẳng hạn liệu pháp hoá học chúng tồn thể thời gian có hạn oncolytic virus đư ợc biến đổi công nghệ di truyền để chép thành số lượng lớn tồn thể tất tế bào ung thư bị tiêu diệt + Hoạt tính kháng khối u kết hợp với liệu pháp ung thư khác: liệu pháp chữa bệnh hiệu kết hợp oncolytic virus với phương pháp diệt ung thư truyền thống khác chiếu xạ hay liệu pháp hoá học - Một số loại virus đà sử dụng làm oncolytic virus có hiệu như: + Adenovirus: nhóm virus gây hoàng loạt bệnh hô hấp nhÃn cầu Bằng công nghệ di truyền người ta tạo adenovirus ®ét biÕn chØ cã thĨ chÐp tế bào thiếu hụt p53, tế bào bình thường đư ợc bảo vệ khỏi nhiễm + Herpes simplex virus (HSV): virus gây thương tổn da hay màng nhày (miệng, môi, quan sinh dục) Các nhà nghiên cứu tạo virus HSV-1 đột biến gây bệnh cách loại bỏ gen mà hoá cho protein ICP34.5, protein HSV có vai trò việc gây bệnh cho người + Retrovirus: nhóm virus gây bệnh nhẹ cho đường hô hấp dàyruột Reolysin sản phẩm từ reovirus đà ®­ỵc biÕn ®ỉi gen - ViƯc sư dơng virus ®Ĩ gây nhiễm chuyên biệt tiêu diệt tế bào ung thư mà không ảnh hưởng đến tế bào lành đà nghiên cứu cách 50 năm Với tiến gần sinh học phân tử phương pháp hứa hẹn mang lại hiệu cao Virus phá huỷ tế bào ung thư không gây hại cho tế bào khoẻ mạnh Các nhà khoa học Oxford đà thành công việc tạo loại virus có khả công phá huỷ tế bào ung thư, không gây hại cho tế bào khoẻ mạnh Họ đà có virus có khả chép biết loại bỏ đặc tính độc Đây sở cho việc phát triển phương pháp điều trị ung thư, việc tạo vacxin phòng bệnh virus gây - Các phân tử microARN tế bào quy định tính ổn định mARN loại tế bào khác nhau, chế phát đà đem lại khả xếp virus để làm số tế bào định ngừng hoạt động theo ý muốn người Hướng tiếp cận nghiên cứu đà loạt ứng dụng việc kiểm soát hoạt động sử dụng virus chữa bệnh, không nghiên cứu ung thư mà việc tạo mét thÕ hƯ vacxin míi cã nhiỊu øng dơng H×nh vẽ: Một chủng virus phổ biến đà tạo để công tế bào ung thư mà không gây ảnh hưởng đến tế bào khoẻ mạnh b Dïng dao laser diƯt tõng tÕ bµo ung th­ - Đây loại dao laser kỹ sư đại học Texas (Mỹ) phát minh cho phép bác sĩ nhằm vào tế bào một, loại bỏ xác khối u mà không làm tổn thương tế bào lành xung quanh - Thiết bị kết hợp công nghệ: laser femto giây hiển vi huỳnh quang hai proton thành loại máy thăm dò linh hoạt cỡ nhỏ Máy thăm dò xác định tế bào đơn lẻ không gian chiều, đâm xuyên tới 250 micromet vào khối mô Thiết bị bước tiến đáng kể cho ngành phẫu thuật nội soi cần đến độ xác cao, chẳng hạn diệt tế bào ung thư nằm rải rác mô nÃo dây quản Loại dao laser bốc khối u Hiện nay, dụng cụ laser thường dùng phẫu thuật nội soi để đốt cháy mô bệnh, chúng thường sinh nhiều nhiệt, làm tổn thư ơng tế bào xung quanh mô cần phá, gây hư hỏng diện rộng Ngược lại, laser femto giây sử dụng lượng sản sinh nhiệt mô Tới nay, dùng bề mặt thể d mắt Trong ®ã, c«ng nghƯ hiĨn vi hnh quang hai proton cã khả tạo ảnh chiều cấu trúc nhỏ Chưa có kết hợp hai công nghệ thành tựu Ben-Yakar cộng Đại học Texas C Sử dụng hạt nano tìm tế bào ung thư Các nhà khoa học Mỹ đà phát triển kỹ thuật dùng hạt vàng cực nhỏ dính vào kháng thể để tìm kiếm tế bào ung thư Hạt vàng cỡ nano vàng hấp thụ ánh sáng mạnh dễ nhận biết qua kính hiển vi Hạt nano - Phát dẫn đến việc phát triển hệ thuốc chống ung thư an toàn hiệu so với loại thuốc hoá hỏctị liệu thông thường Trong nghiên cứu nhà khoa häc cho r»ng mét sè ph©n tư nano høa hẹn trở thành phương tiện vận chuyển thuốc Tuy nhiên nhiều phân tử không tự tiêu dịch thể gây ảnh hưởng xấu đến tế bào khiến chúng không thích hợp cho công việc Mặc dù có tiềm trở thành chất vận chuyển thích hợp, ceramide không hoà tan máu khiến việc vận chuyển đến tế bào ung thư khó khăn Một loại phân tử nano cải thiện việc chữa trị ung thư Các nhà khoa học báo cáo giải pháp tiềm víi viƯc sư dơng phÇn tư nano canxi photphat (CPNPs) Những phân tử hoà tan ceramide bọc canxiphotphat hoà tan máu Với ceramide bên trong, CPNPs tiêu diệt 99% tế bào u ác tính người hiệu tế bào ung thư vú - Những hạt dính vào kháng thể EFGR, thụ thể tác nhân phát triển biểu bì (epidermal growth factor receptor) Kết cho thấy nhứng hạt nano vàng dính kháng thể EFGR bám mạnh vào tế bào ung thư, nhiều gấp 600 lần dính vào tế bào lành ung thư Nhờ kỹ thuật tìm kiếm, phân biệt tế bào ung thư với tế bào lành mạnh - Nhiều công trình nghiên cứu khác áp dụng hạt nano chẩn đoán điều trị bệnh Trong công trình nghiên cứu đây, tiến sĩ Youging Shen đồng nghiệp Đại học Wyoming đà dùng hạt nano dính thuốc điều trị ung thư cho chui vào tế bào ung thư với tốc độ nhanh hệ thống miễn dịch thể đối phó kịp thời Đồng thời, tế bào ung thư không phản ứng kháng thuốc trị ung thư kịp thời Khi vào tế bào ung thư hạt tan rÃ, đẩy thuốc thật nhanh tế bào ung thư phá huỷ tế bào ung thư Gần đây, nhà nghiên cứu Pennysylvania lần báo cáo phân tử nano 1/5000 đường kính sợi tóc người có vai trò chuyên trở thuốc chèng ung th­ thÝ nghiƯm cã thĨ tiªu diƯt khối u ác tính người tế bào ung thư vú cấy phòng thí nghiệm d Công nghệ nano đưa thuốc diệt tế bào ung thư - Lần đầu tiên, nhà khoa học úc đà ®­a thuèc trùc tiÕp vµo tÕ bµo ung th­ b»ng công nghệ nano Cụ thể sử dụng công cụ siêu nhỏ theo công nghệ nano để điều trị cho bệnh nhân ung thư theo liệu pháp hoá học nhằm tránh độc tính nguy hiểm mà thuốc gây cho bệnh nhân - Theo nhà nghiên cứu, việc ứng dụng công nghệ nano để đưa thuèc trùc tiÕp vµo tÕ bµo ung th­ sÏ cho phép sử dụng liều thuốc thấp ngàn lần so với việc thực hoá trị liệu theo quy ước Ngoài ra, phương thức giúp cho thể bệnh nhân dung nạp thuốc dễ dàng - Thông qua kháng thể bề mặt chúng, tế bào nano tiếp cận tế bào ung thư, bám dính vào chúng thâm nhập vào bên để giải phóng thuốc Những tế bµo nano nµy cã nguån gèc tõ tÕ bµo vi khuẩn gọi xe phát thuốc EnGeneIC Kết thử nghiệm tế bào thông minh động vật linh trưởng cho thấy số lượng tế bào ung thư đà giảm đáng kể trình điều trị Kết thử nghiệm động vật linh trưởng cho thấy số lượng tế bào ung thư vú giảm đáng kể e Dùng hạt nhỏ xíu tiêu diệt tế bào ung thư - Các nhà nghiên cứu đà tìm cách nhằm đế tế bào ung thư cách tiêm hạt nhỏ xíu có khả công tế bào bị bệnh mà để yên tế bào mạnh khoẻ Các nhà nghiên cứu Mỹ đà kết hợp hạt nhỏ xíu với lượng thuốc đặc biệt tiêm vào chúng chúng nhắm đến tế bào ung thư Trước tiên họ đà tiến hành thí nghiệm tế bào nuôi phòng thí nghiệm sau chuột mang khối u tuyến tiền liệt người Nơi chuột, khối u tan biến nhanh chóng tất chuột đà sông sót phòng thí nghiệm nhãm chuét ®èi chøng ®· chÕt hÕt - Trong cuéc nghiên cứu, nhà khoa học đà tạo hạt nhỏ xíu giống bọt biển kết hợp với thuốc docetaxel Các hạt thuốc thiết kế để tan dịch bên tế bào, phóng thích lượng thuốc chống ung thư nhanh chậm tuỳ theo nhu cầu tế bào Để đảm bảo tế bào khối u đư ợc nhắm đến, hạt nhỏ xíu trang điểm bên phân tử gọi aptamer, yếu tố di truyền nhỏ xíu có khả nhận biết phân tử bề mặt tế bào ung thư tránh tế bào mạnh khoẻ Các hạt nhỏ đến tế bào ung thư dễ dàng nuốt hạt vào hạt tiếp xúc với bề mặt chúng Phân tử Aptamer f Dùng bong bóng nano tiêu diệt tế bào ung thư - Các nhà nghiên cứu thuộc đại học Houston Mỹ đà thành công việc đưa tia laser phân tử nano vào bong bóng nano để tiêu diệt tế bào ung thư Bằng cách sử dụng công nghệ này, nhà khoa học chon tế bào mang bệnh sau phá huỷ chúng với tiếng nổ nhỏ Các nhà khoa học đà tiến hành thử nghiệm tế bào ung thư Theo đó, họ điều khiển tia laser để tạo bong bóng sáng, nhỏ, nhìn thấy vô hại bong bóng lớn đốt cháy tế bào Hình ảnh minh họa công nghệ sư dơng “bong bãng nano” KÕt ln Qua nghiªn cøu di truyền tế bào ung thư cho thấy, hầu hết dạng tế bào ung thư tự phát đơn lẻ có tới 80% u tè m«i tr­êng, u tè di trun cịng cã chiếm tỷ lệ không nhiều thể không rõ ràng Tuy vậy, ung thư đà mang tính di truyền lại khó chữa trị mang l¹i tû lƯ tư vong cao Cã thĨ nãi bệnh ung thư bệnh nguy hiểm với loài người nay, số ngư ời mắc chết bệnh ung thư gây nên chiếm tỉ lệ cao Bệnh ung thư với nhiều nguyên nhân khác gây nguy hiểm cho người không phát sớm Mặt khác, mắc bệnh ung thư không phát chữa trị kịp thời dẫn đến trình di ®ã sÏ cã thĨ g©y tư vong víi tû lệ cao Từ hiểu biết nguyên nhân vµ triƯu chøng cđa bƯnh ung th­ cã thĨ gióp cho cá nhân biết cách tự phòng ngừa phát sớm bệnh có Cũng qua việc nghiên cứu vấn đề cho thấy rõ nguy gây ung thư chế di truyền nó, từ đặt cho người cần tránh nguy và hiểu thêm nhiều vấn đề sâu nghiên cứu Ngoài việc hiểu biết hướng nghiên cứu ung thư đặt cho nhà khoa học trẻ tương lai vấn đề cấp bách cần nghiªn cøu di trun ung th­ HiƯn đà có nhiều nghiên cứu bệnh ung th­ nãi chung vµ sù di trun cđa tÕ bµo ung thư nói riêng để tìm cách chữa trị, nhiều vấn đề cần xem xét thử nghiệm, song với thành tựu đà đạt cïng víi sù ph¸t triĨn cđa khoa häc kÜ tht ngày người hoàn toàn hi vọng vào tương lai không xa ngăn ngữa chữa bệnh cách triệt để Nghiên cứu di truyền tế bào ung thư đà đem lại kết mong muốn cho người vấn đề cần sâu nghiên cứu phát triền Tài liệu tham khảo Nguyễn Như Hiền (2002), Di truyền công nghệ tế bào soma NXB Khoa häc vµ kü tht Hµ Néi Vị Văn Vụ, Nguyễn Mộng Hùng, Lê Hồng Điệp (2005), Công nghƯ sinh häc tÕ bµo NXBGD Hµ Néi Ngun Như Hiền (2005), Sinh học phân tử tế bào sở khoa học công nghệ sinh học NXBGD Hà Nội Nguyễn Như Hiền, Chu Văn Mẫn (2002), Sinh häc Ng­êi, NXB Khoa häc vµ Kü thuËt Hà nội Phạm Thành Hổ (2004), Di truyền học, NXBGD Hà Nội Võ Thị Thương Lan, (2000), Sinh học phân tử NXBĐHQG Hà Nội Nguyễn Như Hiền, Trịnh Xuân hậu (2004) Tế bào học, NXBĐHQG Hà Nội Blanquet S (1997), Biologie moleculaire Cours de Biologie Ecole politechnique Paris Brown T.A (1999), Genomes John Wiley & Sons, Inc, New York 10.Watson J.D (1965) Moleculer Biology of the gene New york Amsterdam ... tính tế bào chuyển hoá ung thư (do virus hoá chất) - Nhiều nghiên cứu đà chứng minh invivo tế bào ung thư dung hợp với tế bào lành chuyển hoá chúng thành tế bào ung thư III Cơ sở di truyền tế bào. .. lớp tế bào, phát triển tốt môi trường lỏng sánh - Trường hợp1: tế bào lai ung thư tế bào bị chuyển hoá thành tế bào ung thư Tế bào fibroblast người bị chuyển Tế bào fibroblast lành hoá ung thư. .. dịch tế bào ung thư truyền qua dẫn tới tượng truyền bƯnh ung th­ tõ mĐ sang IV.C¬ chÕ lan truyền tế bào ung thư Các nhà khoa học trường đại học Êđinbơn (Anh) đà phát lan truyền tế bào ung thư