Kỹ thuật tế bào miễn dịch (Immune Cell Engineering)

Kỹ thuật tế bào miễn dịch là một lĩnh vực nghiên cứu và phát triển nhanh chóng tập trung vào việc sửa đổi các tế bào của hệ thống miễn dịch để tăng cường khả năng chống lại bệnh tật, đặc biệt là ung thư và các bệnh truyền nhiễm. Kỹ thuật này sử dụng các phương pháp khác nhau để thay đổi chức năng hoặc đặc tính của các tế bào miễn dịch, làm cho chúng hiệu quả hơn trong việc nhắm mục tiêu và tiêu diệt các tế bào bị bệnh. Một số phương pháp chỉnh sửa gen phổ biến bao gồm CRISPR-Cas9, TALENs, và ZFNs, cho phép các nhà khoa học thay đổi chính xác DNA của tế bào miễn dịch. Các kỹ thuật khác bao gồm việc sử dụng các vector virus để đưa các gen mới vào tế bào, hoặc nuôi cấy tế bào trong môi trường đặc biệt để kích thích sự tăng sinh và biệt hóa của chúng.

Các loại tế bào miễn dịch thường được sử dụng trong kỹ thuật tế bào miễn dịch:

Tế bào T (T cells): Đây là những tế bào quan trọng trong miễn dịch thích ứng, có khả năng nhận diện và tiêu diệt các tế bào bị nhiễm bệnh hoặc ung thư. Các tế bào T được sử dụng phổ biến trong liệu pháp CAR T-cell, nơi chúng được biến đổi gen để biểu hiện một thụ thể kháng nguyên chimeric (CAR) cho phép chúng nhận diện và tiêu diệt các tế bào ung thư một cách đặc hiệu.

• Tế bào NK (Natural Killer cells): Một loại tế bào lympho đóng vai trò quan trọng trong việc tiêu diệt các tế bào ung thư và tế bào bị nhiễm virus mà không cần sự hoạt hóa trước. Tế bào NK có khả năng nhận diện và tiêu diệt các tế bào bất thường mà không cần phải được “huấn luyện” trước như tế bào T, khiến chúng trở thành một ứng cử viên đầy hứa hẹn cho liệu pháp miễn dịch.
• Đại thực bào (Macrophages): Các tế bào thực bào có khả năng nuốt và tiêu diệt các mầm bệnh, tế bào chết và các mảnh vỡ tế bào. Kỹ thuật tế bào miễn dịch có thể tăng cường khả năng thực bào của đại thực bào hoặc biến đổi chúng để mang thuốc đến các vị trí khối u.
• Tế bào đuôi gai (Dendritic cells): Các tế bào trình diện kháng nguyên chuyên nghiệp, đóng vai trò cầu nối giữa miễn dịch bẩm sinh và miễn dịch thích ứng. Tế bào đuôi gai có thể được biến đổi gen để trình diện các kháng nguyên khối u đặc hiệu, kích hoạt phản ứng miễn dịch mạnh mẽ chống lại ung thư.

Các phương pháp kỹ thuật tế bào miễn dịch

• Chuyển gen (Gene transfer): Sử dụng các vector virus hoặc phi virus để đưa các gen mới vào tế bào miễn dịch. Ví dụ, đưa gen mã hóa cho thụ thể kháng nguyên chimeric (Chimeric Antigen Receptor – CAR) vào tế bào T để tạo ra tế bào CAR-T, cho phép tế bào T nhận diện và tiêu diệt các tế bào ung thư đặc hiệu. Các vector virus thường được sử dụng bao gồm lentivirus và retrovirus, trong khi các vector phi virus bao gồm liposome và plasmid DNA.
• Sửa đổi gen CRISPR-Cas9: Một công cụ chỉnh sửa gen mạnh mẽ cho phép sửa đổi chính xác DNA của tế bào miễn dịch, ví dụ, loại bỏ các gen ức chế miễn dịch hoặc tăng cường biểu hiện của các gen kích hoạt miễn dịch. CRISPR-Cas9 hoạt động bằng cách sử dụng một RNA dẫn đường để nhắm mục tiêu một vị trí DNA cụ thể, sau đó enzyme Cas9 sẽ cắt DNA tại vị trí đó. Điều này cho phép chèn, xóa hoặc thay thế các gen một cách chính xác.
• Nuôi cấy tế bào mở rộng (Expansion culture): Nuôi cấy một lượng lớn tế bào miễn dịch được sửa đổi trong phòng thí nghiệm để sử dụng trong liệu pháp tế bào. Quá trình này rất quan trọng để đảm bảo có đủ số lượng tế bào được chỉnh sửa để đạt được hiệu quả điều trị.
• Kích hoạt và biệt hóa tế bào (Activation and differentiation): Sử dụng các cytokine và các phân tử tín hiệu khác để kích hoạt và biệt hóa tế bào miễn dịch, tăng cường chức năng của chúng. Ví dụ, interleukin-2 (IL-2) thường được sử dụng để kích thích sự tăng sinh của tế bào T.

Ứng dụng của kỹ thuật tế bào miễn dịch

• Liệu pháp tế bào CAR-T: Một liệu pháp ung thư đầy hứa hẹn, sử dụng tế bào T được chỉnh sửa gen để nhắm mục tiêu và tiêu diệt các tế bào ung thư. Liệu pháp CAR T-cell đã cho thấy kết quả đáng kể trong điều trị một số loại ung thư máu.
• Liệu pháp tế bào NK: Sử dụng tế bào NK được sửa đổi để điều trị ung thư và các bệnh truyền nhiễm. Tế bào NK được chỉnh sửa có thể được sử dụng để tăng cường khả năng tiêu diệt tế bào ung thư tự nhiên của chúng hoặc để nhắm mục tiêu các loại tế bào ung thư cụ thể.
• Vắc-xin tế bào: Sử dụng các tế bào miễn dịch được sửa đổi để tạo ra phản ứng miễn dịch mạnh mẽ hơn chống lại các mầm bệnh. Vắc-xin tế bào có thể được sử dụng để nhắm mục tiêu các bệnh truyền nhiễm hoặc ung thư.
• Điều trị bệnh tự miễn: Sử dụng kỹ thuật tế bào miễn dịch để ức chế hoặc điều chỉnh các tế bào miễn dịch gây ra bệnh tự miễn. Điều này có thể liên quan đến việc chỉnh sửa gen để loại bỏ các gen gây bệnh hoặc sử dụng các tế bào miễn dịch được chỉnh sửa để ức chế phản ứng tự miễn.

Thách thức và triển vọng

Mặc dù kỹ thuật tế bào miễn dịch mang lại nhiều hứa hẹn, vẫn còn một số thách thức cần được giải quyết, bao gồm:

• Độ an toàn: Nguy cơ tác dụng phụ, như hội chứng giải phóng cytokine (CRS) và độc tính thần kinh. CRS là một phản ứng viêm nghiêm trọng có thể xảy ra khi một số lượng lớn tế bào miễn dịch được kích hoạt cùng một lúc. Độc tính thần kinh có thể xảy ra khi các tế bào miễn dịch tấn công các tế bào thần kinh.
• Chi phí: Liệu pháp tế bào miễn dịch hiện tại rất tốn kém. Điều này là do quá trình sản xuất phức tạp và được cá nhân hóa.
• Khả năng tiếp cận: Việc sản xuất và phân phối liệu pháp tế bào miễn dịch có thể gặp khó khăn. Điều này là do các liệu pháp này thường được cá nhân hóa cho từng bệnh nhân, đòi hỏi các cơ sở sản xuất chuyên biệt.

Tuy nhiên, với sự phát triển không ngừng của công nghệ và nghiên cứu, kỹ thuật tế bào miễn dịch được kỳ vọng sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc điều trị nhiều loại bệnh trong tương lai.

Các kỹ thuật đặc thù trong kỹ thuật tế bào miễn dịch

Ngoài các phương pháp đã nêu ở trên, một số kỹ thuật đặc thù khác cũng được sử dụng trong kỹ thuật tế bào miễn dịch:

• Kỹ thuật biểu hiện bề mặt tế bào: Sửa đổi bề mặt của tế bào miễn dịch bằng cách thêm hoặc loại bỏ các protein nhất định. Ví dụ, có thể gắn các kháng thể đặc hiệu lên bề mặt tế bào NK để tăng cường khả năng nhận diện và tiêu diệt tế bào ung thư. Việc sửa đổi bề mặt tế bào cũng có thể được sử dụng để tăng cường khả năng của tế bào miễn dịch xâm nhập vào các khối u.
• Kỹ thuật chuyển RNA (RNA transfer): Đưa các phân tử RNA, chẳng hạn như mRNA hoặc siRNA, vào tế bào miễn dịch để điều chỉnh biểu hiện gen tạm thời. Ví dụ, mRNA mã hóa cho cytokine có thể được sử dụng để tăng cường hoạt động của tế bào miễn dịch. Kỹ thuật này cho phép điều chỉnh chức năng tế bào một cách nhanh chóng và linh hoạt hơn so với chỉnh sửa gen vĩnh viễn.
• Kỹ thuật chỉnh sửa epigenome: Thay đổi biểu hiện gen của tế bào miễn dịch mà không làm thay đổi trình tự DNA. Ví dụ, ức chế methyl hóa DNA hoặc sửa đổi histone có thể được sử dụng để tăng cường biểu hiện của các gen quan trọng cho chức năng miễn dịch. Chỉnh sửa epigenome cung cấp một cách tiếp cận thay thế cho việc chỉnh sửa gen, với tiềm năng đảo ngược được các thay đổi.

Sự kết hợp các phương pháp

Thông thường, các nhà nghiên cứu kết hợp nhiều phương pháp kỹ thuật tế bào miễn dịch để đạt được hiệu quả điều trị tối ưu. Ví dụ, kết hợp chuyển gen CAR với kỹ thuật chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9 có thể tạo ra các tế bào CAR-T có khả năng chống lại sự ức chế miễn dịch của khối u. Việc kết hợp các phương pháp này cho phép các nhà khoa học giải quyết nhiều khía cạnh của phản ứng miễn dịch cùng một lúc.

Xu hướng nghiên cứu hiện tại

• Phát triển các CAR thế hệ tiếp theo: Nhằm mục tiêu cải thiện độ đặc hiệu, giảm tác dụng phụ và tăng cường hiệu quả của liệu pháp tế bào CAR-T. Các CAR thế hệ mới có thể bao gồm các miền tín hiệu bổ sung hoặc các cơ chế an toàn được cải thiện.
• Kỹ thuật tế bào miễn dịch cho các bệnh ngoài ung thư: Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật tế bào miễn dịch trong điều trị các bệnh truyền nhiễm, bệnh tự miễn và bệnh ghép chống chủ. Đây là một lĩnh vực nghiên cứu đầy hứa hẹn với tiềm năng điều trị một loạt các bệnh.
• Tế bào miễn dịch “off-the-shelf”: Phát triển các sản phẩm tế bào miễn dịch sản xuất sẵn sàng sử dụng, giảm thời gian và chi phí điều trị. Điều này sẽ làm cho liệu pháp tế bào miễn dịch dễ tiếp cận hơn với nhiều bệnh nhân.
• Cá nhân hóa liệu pháp tế bào miễn dịch: Điều chỉnh liệu pháp tế bào miễn dịch dựa trên đặc điểm di truyền và miễn dịch của từng bệnh nhân. Liệu pháp cá nhân hóa có tiềm năng cải thiện hiệu quả điều trị và giảm tác dụng phụ.

• June CH, O’Connor RS, Kawalekar OU, et al. CAR T cell immunotherapy for human cancer. Science. 2018;359(6382):1331-1335.
• Fesnak AD, June CH, Levine BL. Engineered T cells: the promise and challenges of cancer immunotherapy. Nat Rev Immunol. 2016;16(9):566-581.
• Waldman AD, Fritz JM, Lenardo MJ. A guide to cancer immunotherapy: from T cell basic science to clinical practice. Nat Rev Immunol. 2020;20(11):651-668.

Câu hỏi và Giải đáp

Ngoài tế bào T và NK, những loại tế bào miễn dịch nào khác có tiềm năng được sử dụng trong kỹ thuật tế bào miễn dịch và ứng dụng của chúng là gì?

Trả lời: Ngoài tế bào T và NK, các tế bào khác như đại thực bào, tế bào đuôi gai, và tế bào B cũng có tiềm năng được sử dụng. Đại thực bào được chỉnh sửa có thể tăng cường khả năng thực bào và trình diện kháng nguyên, hỗ trợ tiêu diệt tế bào ung thư. Tế bào đuôi gai được chỉnh sửa có thể được sử dụng trong liệu pháp vắc-xin ung thư, kích hoạt phản ứng miễn dịch mạnh mẽ hơn. Tế bào B được chỉnh sửa có thể sản xuất kháng thể đặc hiệu nhắm vào tế bào ung thư hoặc các mầm bệnh.

Làm thế nào để vượt qua những thách thức về độ an toàn của liệu pháp tế bào miễn dịch, đặc biệt là hội chứng giải phóng cytokine (CRS)?

Trả lời: Một số chiến lược đang được nghiên cứu để giảm thiểu CRS, bao gồm: thiết kế CAR thế hệ mới với tín hiệu hoạt hóa được kiểm soát tốt hơn; phát triển các loại thuốc ức chế cytokine (ví dụ: tocilizumab); theo dõi chặt chẽ bệnh nhân sau khi truyền tế bào và can thiệp kịp thời khi có dấu hiệu CRS. Nghiên cứu cũng đang tập trung vào việc xác định các dấu ấn sinh học dự đoán nguy cơ CRS để có thể phân tầng bệnh nhân và đưa ra các biện pháp phòng ngừa phù hợp.

Chi phí cao của liệu pháp tế bào miễn dịch là một rào cản lớn. Có những hướng tiếp cận nào để giảm chi phí này và làm cho liệu pháp này dễ tiếp cận hơn với bệnh nhân?

Trả lời: Giảm chi phí sản xuất thông qua tự động hóa quy trình sản xuất tế bào, sử dụng các vector virus hiệu quả hơn và tối ưu hóa quy trình nuôi cấy tế bào. Phát triển các liệu pháp tế bào “off-the-shelf” từ nguồn tế bào allogeneic (từ người hiến tặng) cũng có thể giảm chi phí đáng kể so với việc sản xuất tế bào tự thân (từ chính bệnh nhân).

Kỹ thuật chỉnh sửa epigenome có thể đóng vai trò như thế nào trong việc cải thiện hiệu quả của liệu pháp tế bào miễn dịch?

Trả lời: Chỉnh sửa epigenome có thể được sử dụng để tăng cường biểu hiện của các gen quan trọng cho chức năng tế bào miễn dịch, chẳng hạn như các gen mã hóa cho cytokine hoặc các thụ thể bề mặt. Ngược lại, nó cũng có thể được sử dụng để ức chế biểu hiện của các gen ức chế miễn dịch. Bằng cách điều chỉnh biểu hiện gen mà không làm thay đổi trình tự DNA, kỹ thuật này có thể tối ưu hóa hoạt động của tế bào miễn dịch và tăng cường hiệu quả điều trị.

Liệu pháp tế bào miễn dịch có thể được kết hợp với các phương pháp điều trị ung thư khác như hóa trị, xạ trị, hoặc liệu pháp nhắm mục tiêu không? Và lợi ích của việc kết hợp này là gì?

Trả lời: Có, liệu pháp tế bào miễn dịch có thể được kết hợp với các phương pháp điều trị ung thư khác. Việc kết hợp này có thể tạo ra hiệu ứng hiệp đồng, tăng cường hiệu quả điều trị. Ví dụ, hóa trị hoặc xạ trị có thể làm giảm kích thước khối u, tạo điều kiện thuận lợi cho tế bào miễn dịch xâm nhập và tiêu diệt tế bào ung thư. Liệu pháp nhắm mục tiêu có thể ức chế các cơ chế ức chế miễn dịch của khối u, tăng cường hoạt động của tế bào miễn dịch. Tuy nhiên, cần phải nghiên cứu kỹ lưỡng để xác định liều lượng và thời gian tối ưu cho việc kết hợp các liệu pháp này.