Tế bào gốc
Phân loại tế bào gốc > Tế bào gốc phôi thai (Embryonic stem cells)

Tế bào phôi (ES) là tế bào của khối lượng tế bào bên trong của phôi nang, phôi giai đoạn đầu. Phôi người đạt đến giai đoạn phôi nang giai đoạn 4-5 ngày sau khi thụ tinh, vào thời điểm đó chúng chứa 50-150 tế bào. Các tế bào ES là dạng tế bào vạn năng pluripotent và biệt hoá cũng như phát triển thành tất cả các tế bào chuyên biệt của ba lớp mầm sơ cấp: ectoderm, endoderm và Mesoderm. Nói cách khác, chúng có thể phát triển thành từng loại tế bào trong hơn 200 loại ở cơ thể người trưởng thành. Chúng không đóng góp vào màng phôi ngoài hoặc nhau thai.
Trong quá trình hình thành và phát triển phôi thai, khối lượng tế bào trong phôi được liên tục nhân lên về số lượng và trở nên chuyên biệt về đặc tính. Ví dụ như một phần ngoại bì (ectoderm) của phôi sẽ biệt hoá thành "neurecderm"- sẽ trở thành hệ thần kinh trung ương (Central Nervous System) trong tương lai. Sau đó, quá trình tạo tế bào thần kinh sẽ hình thành các dây thần kinh từ neurectoderm. Ở giai đoạn tạo dây thần kinh, một phần tế bào tiền thân sẽ trở thành "tế bào máu" của não. Trong quá trình phát triển này, các tế bào chính của hệ thần kinh trung ương được coi như là tế bào gốc thần kinh. Các tế bào gốc thần kinh này là những tế bào đa năng pluripotent, chúng có thể tạo thành rất nhiều dạng neuron thần kinh khác nhau, mỗi loại sẽ có những biểu hiện gene cũng như hình thái và cấu trúc chức năng riêng biệt. Quá trình hình thành các neuron thần kinh từ tế bào gốc được gọi là neurogenesis. Một ví dụ điển hình của tế bào gốc thần kinh xuyên tâm (radial glial cell), loại tế bào có hình thái lưỡng cực đặc trưng cũng như sở hữu các tính chất của dòng tế bào glial, đáng chú ý nhất là biểu hiện của glial fibrilary acidic protein (GFAP). Các tế bào thần kinh sẽ được giới hạn biệt hoá chỉ thành các dòng tế bào thần kinh (neurons, atrocytes và oligodendrocytes).
Gần như tất cả các nghiên cứu cho đến nay đều sử dụng tế bào phôi thai chuột (mES) hoặc tế bào phôi thai người (hES) được lấy từ khối lượng tế bào bên trong phôi nang. Cả hai đều có các tính chất thiết yếu của tế bào gốc, tuy rằng chúng vẫn cần các điều kiện môi trường rất khác nhau để duy trì trạng thái không biệt hoá. Tế bào gốc của chuột được nuôi cấy trên một lớp thạch gelatin bao gồm cả yếu tố ức chế bạch cầu (Leukemia Inhibitory Factor) trong serum. Một hỗn hợp bao gồm các chất gây ức chế đối với GSK3B và đường truyền tín hiệu MAPK/ERK (được gọi là 2i), được biết đến có khả năng duy trì tính đa năng của tế bào gốc. Các tế bào gốc của người được nuôi cấy trên một lớp nguyên bào sợi phôi của chuột (MEFs) và cần sự có mặt của yếu tố tăng trưởng nguyên bào sợi cơ bản (bFGF hoặc FGF-2). Nếu không có điều kiện nuôi cấy tối ưu hoặc thao tác di truyền phù hợp, tế bào gốc phôi sẽ nhanh chóng biệt hoá.
Tế bào gốc phôi thai của người được định nghĩa bởi sự biểu hiện của rất nhiều các yếu tố phiên mã và các protein bề mặt tế bào. Các yếu tố phiên mã như Oct-4, Nanog và Sox2 là mạng lưới điều hoà cốt lõi để đảm bảo sự biểu hiện của gene trong quá trình biệt hoá hay duy trì tính đa năng. Bề mặt tế bào kháng nguyên được sử dụng phổ biến nhất để xác định các tế bào gốc phôi người là kháng nguyên glycolipids 3 và 4, cũng như các kháng nguyên keratan sunfat Tra-1-60 và Tra-1-81. Bằng cách sử dụng tế bào gốc phôi người để tạo ra các tế bào đã biệt hoá như tế bào thần kinh hoặc các tế bào tim trong phòng thí nghiệm, các nhà khoa học có thể tiếp cận các tế bào gốc trưởng thành (Adult stem cell) mà không cần lấy mô từ bệnh nhân. Sau đó, họ có thể nghiên cứu những tế bào trưởng thành đã biệt hoá này để thử và nắm bắt các biến chứng của bệnh tật, hoặc để nghiên cứu tế bào phản ứng với các thuốc mới tiềm ẩn. Định nghĩa phân tử của một tế bào gốc còn bao gồm nhiều loại protein hơn và vẫn tiếp tục là một chủ đề nghiên cứu.
Hiện tại không có phương pháp điều trị nào sử dụng tế bào gốc phôi được chấp nhận. Thử nghiệm trên người được phê duyệt lần đầu tiên bởi Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ vào tháng 1 năm 2009. Tuy nhiên, cuộc thử nghiệm trên người đã không được bắt đầu cho đến ngày 13 tháng 10 năm 2010 tại Atlanta để nghiên cứu tổn thương tủy sống. Vào ngày 14 tháng 11 năm 2011, công ty tiến hành thử nghiệm (Geron Corporation) đã thông báo ngừng phát triển các chương trình thí nghiệm tế bào gốc của họ. Các tế bào gốc phôi nang (ES), là những tế bào đa năng, đòi hỏi các tín hiệu cụ thể để biệt hoá chính xác - nếu tiêm trực tiếp vào cơ thể khác, các tế bào ES sẽ biệt hoá thành nhiều loại tế bào khác nhau, gây ra một khối u ác tính. Việc biệt hoá các tế bào ES thành các tế bào có thể sử dụng được trong khi vẫn tránh được việc thải loại cấy ghép (transplant rejection) chỉ là một trong vài rào cản mà các nhà nghiên cứu phải đối mặt. Do các lý do về đạo đức, nhiều quốc gia hiện đang có những hạn chế về nghiên cứu tế bào ES ở người hoặc sản xuất những dòng tế bào ES mới. Do khả năng tái tạo không giới hạn và tính đa năng, các tế bào gốc phôi vẫn là nguồn tiềm năng về mặt lý thuyết đối với y học trong việc tái tạo và thay thế mô bị tổn thương hoặc bệnh tật.
Dòng tế bào gốc phôi thai được nuôi cấy từ các tế bào dẫn xuất từ mô ngoại phôi bì (epiblast) của khối lượng tế bào bên trong của một túi phôi. Túi phôi là giai đoạn sớm nhất của phôi, hình thành từ khoảng 4-5 ngày, và chứa khoảng từ 50-150 tế bào. Tế bào gốc phôi thai thuộc loại pruripotent và suốt quá trình phát triển có khả năng biệt hoá từ một trong 2 lớp phôi: ngoại bì (ectoderm), nội bì (endoderm) và trung bì (mesoderm). Ngoài ra, tế bào gốc phôi thai còn có thể phát triển thành một trong hơn 200 dạng tế bào của cơ thể trường thành nếu được kích thích đầy đủ và cần thiết. Chúng không can dự vào màng ngoài phôi hoặc nhau.
Tế bào gốc phôi thai ở người còn được xác định bằng sự hiện diện của nhiều yếu tố sao chép và protein bề mặt tế bào. Các yếu tố sao chép như Oct-4, Nanog và SOX2 tạo thành mạng điều hoà nhân, đảm bảo cho việc tiêu diệt các gen dẫn đến sự biệt hoá và duy trì tính chất pluripotent. Kháng nguyên bề mặt tế bào thường được dùng nhất để xác định tế bào gốc phôi thai là glycolipid SSEA3, SSEA4 và antigen sulfat keratan Tra-1-60 và Tra-1-81. Bằng cách sử dụng tế bào gốc phôi người để tạo ra các tế bào biệt hoá như tế bào thần kinh hoặc các tế bào cơ tim trong phòng thí nghiệm, các nhà khoa học có thể tiếp cận các tế bào trưởng thành mà không cần lấy mô từ bệnh nhân. Sau đó, họ có thể nghiên cứu những tế bào trưởng thành đã biệt hoá này để thử nghiệm và nắm bắt các biến chứng của bệnh tật, hoặc để nghiên cứu phản ứng của tế bào với các thuốc tiềm năng mới. Định nghĩa phân tử của một tế bào gốc bao gồm nhiều protein hơn và vẫn đang tiếp tục được nghiên cứu.