Tế bào miễn dịch 'thông minh' mới: Một bước đột phá để tiêu diệt khối u lâu dài

Hãy tưởng tượng một tế bào miễn dịch siêu năng có thể phát động một cuộc tấn công tập trung vào các khối u rắn cứng đầu -- một chiến binh thông minh tiêu diệt các tế bào ung thư trong nhiều ngày mà không mệt mỏi. Các kỹ sư y sinh của USC đã biến khái niệm này thành hiện thực, chế tạo ra thứ mà họ gọi là "Tế bào T EchoBack CAR", có thể sớm trở thành một bước ngoặt trong lĩnh vực liệu pháp miễn dịch ung thư.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí khoa học Cell là một phương pháp tiếp cận mới mang tính đột phá có thể vượt qua những trở ngại lớn trong việc điều trị các khối u thường không phù hợp với liệu pháp miễn dịch, đồng thời vẫn đảm bảo an toàn cho các mô khỏe mạnh.

Liệu pháp tế bào T thụ thể kháng nguyên khảm (CAR) là một lĩnh vực điều trị ung thư đầy hứa hẹn đã cho thấy thành công lớn trong điều trị các bệnh ung thư lây truyền qua đường máu như bệnh bạch cầu. Đây là một liệu pháp được tùy chỉnh cao trong đó các tế bào T chống ung thư được lấy trực tiếp từ máu của bệnh nhân và được biến đổi gen để tăng cường khả năng nhắm mục tiêu và tiêu diệt các tế bào ung thư. Khoa Kỹ thuật Y sinh Alfred E. Mann của USC tiến hành nghiên cứu tiên phong trong lĩnh vực này, dưới sự lãnh đạo của Peter Yingxiao Wang, Chủ tịch Dwight C. và Hildagarde E. Baum về Kỹ thuật Y sinh.

Phát hiện mới nhất của Phòng thí nghiệm Wang chứng minh rằng các tế bào T EchoBack-CAR mới mạnh mẽ này có thể tấn công các tế bào khối u lâu hơn năm lần so với các tế bào T CAR thông thường, trong công nghệ đã sẵn sàng cho các ứng dụng y tế. Các tế bào có thể được điều khiển từ xa để nhắm mục tiêu vào các khối u bằng siêu âm tập trung, có khả năng làm cho các phương pháp điều trị an toàn hơn nhưng hiệu quả hơn.

Tác giả chính Longwei Liu, phó giáo sư tại Trường Kỹ thuật Viterbi của USC, cho biết trong khi tế bào T CAR thế hệ đầu tiên có thể kiểm soát bằng siêu âm đã chứng minh được tính an toàn được cải thiện đáng kể so với liệu pháp tiêu chuẩn, chúng thường chỉ tấn công các tế bào ung thư trong tối đa 24 giờ trước khi hết hiệu lực. Ngược lại, tế bào T CAR EchoBack của nhóm hoạt động bằng cách được kích hoạt bởi siêu âm tại vị trí khối u. Từ đó, tế bào T CAR tiếp tục tìm kiếm và tiêu diệt các tế bào ung thư trong ít nhất năm ngày mà không bị mệt mỏi.

"Bạn có thể tưởng tượng rằng khi bệnh nhân đến bệnh viện sử dụng tế bào thế hệ đầu tiên, bệnh nhân có thể cần phải đến bệnh viện mỗi ngày để điều trị. Nhưng khi sử dụng thế hệ mới, việc điều trị hiện nay chỉ cần ít lần thăm khám hơn, chẳng hạn như hai tuần một lần hoặc thậm chí ít thường xuyên hơn", Liu cho biết.

"Đây chắc chắn là một bước đột phá", Wang nói thêm. "Nó sẽ khiến toàn bộ CAR T có thể điều khiển bằng siêu âm trở nên hữu ích thực tế cho các ứng dụng y tế thực sự".

Công nghệ siêu âm tập trung của Phòng thí nghiệm Wang hoạt động như một "công tắc bật" cho các tế bào T CAR, được thiết kế để phản ứng với xung siêu âm ngắn 10 phút. Sau đó, xung này kích hoạt các tế bào cảm nhận các tế bào ung thư trong môi trường xung quanh.

"Chúng cũng có chức năng lâu dài này khi có kích thích siêu âm ngắn, và do đó, chúng có thể làm tốt hơn nhiều trong việc tiêu diệt khối u ở khu vực cục bộ. Vì vậy, đó chắc chắn là một cột mốc và một bước đột phá trong lĩnh vực này. Để thực sự, bạn biết đấy, chuyển từ thiết kế khái niệm sang hệ thống ứng dụng thực tế thực tế", Wang cho biết.

Nhóm nghiên cứu đặt tên cho các tế bào là 'EchoBack-CAR' do các cơ chế độc đáo phản hồi lại kích thích siêu âm kích hoạt chúng. Các tế bào có chức năng phản hồi giống như gọi và trả lời độc đáo (chữ 'back' trong EchoBack) cho phép chúng phản ứng với các tế bào khối u, kích hoạt các tế bào T CAR kích hoạt và tấn công.

"Bất cứ khi nào có một tế bào khối u ở gần, tế bào khối u sẽ gửi tín hiệu đến tế bào CAR T của chúng tôi, sau đó tế bào này sẽ sản xuất nhiều phân tử tiêu diệt hơn để tiêu diệt các tế bào khối u đó", Liu cho biết. "Đó cũng là lý do tại sao nó an toàn, vì khi các tế bào CAR T đó di chuyển ra khỏi khối u, phân tử CAR sẽ dần dần phân hủy, do đó chúng sẽ không tiêu diệt các mô bình thường. Chúng tôi đã thiết kế chúng thành các tế bào CAR T thông minh".

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm trên mô hình chuột để thử nghiệm tế bào T CAR mới trên một số tế bào khối u bao gồm ung thư tuyến tiền liệt và u nguyên bào thần kinh đệm.

"Chúng tôi có thể thấy rõ ràng rằng CAR có thể kiểm soát bằng siêu âm cộng với hai vòng kích thích siêu âm đã vượt trội hơn các tế bào T CAR tiêu chuẩn", Liu cho biết. "Ngoài ra, khi chúng tôi tiếp tục thử thách các tế bào T CAR của mình bằng các tế bào khối u, CAR tiêu chuẩn đã cạn kiệt và ở trạng thái rối loạn chức năng, nhưng CAR có thể kiểm soát bằng siêu âm của chúng tôi có chức năng tốt hơn, ít kiệt sức hơn và tăng cường tiêu diệt hơn".

Các nghiên cứu sinh tiến sĩ của USC Viterbi, Peixiang He và Yuxuan Wang đã đóng góp đáng kể cho dự án. Nhóm nghiên cứu đã hợp tác chặt chẽ với các đồng nghiệp tại Khoa Kỹ thuật Y sinh của Đại học Yale và Đại học Bắc Carolina tại Chapel Hill về giải trình tự tế bào đơn lẻ cho nghiên cứu này. Nghiên cứu viên Zohrab A. Kaprielian về Kỹ thuật của USC, Qifa Zhou cũng cung cấp thông tin chi tiết về công nghệ siêu âm được sử dụng để phát triển các tế bào.

Bước đột phá này mở ra cánh cửa cho các phương pháp điều trị ung thư mạnh mẽ hơn, chính xác hơn và thân thiện hơn với bệnh nhân. Liu cho biết tế bào CAR-T EchoBack không chỉ là một ý tưởng -- chúng là một bước tiến thực sự hướng tới tương lai của liệu pháp miễn dịch an toàn và hiệu quả, mang lại hy vọng mới cho những bệnh nhân mắc các khối u khó điều trị. Nhóm nghiên cứu hiện hy vọng công nghệ mới này có thể là một công cụ mô-đun có thể được điều chỉnh thành công cho các loại khối u rắn khác để điều trị miễn dịch, chẳng hạn như ung thư vú và u nguyên bào võng mạc.

 Đại học Nam California