Các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp biến đổi gen các tế bào miễn dịch chống ung thư ở động vật sống bằng cách sử dụng các hạt nano mang DNA. Nghiên cứu mới cho thấy các tế bào miễn dịch thu được, được gọi là tế bào CAR T, đã loại bỏ bệnh bạch cầu ở chuột.

Đối với điều trị lâm sàng, các tế bào CAR T thường được tạo ra bằng cách thu thập các tế bào T từ bệnh nhân, sửa đổi chúng trong phòng thí nghiệm để chúng nhắm mục tiêu vào các tế bào ung thư, cho phép chúng phát triển về số lượng và sau đó truyền chúng trở lại bệnh nhân. Cách tiếp cận này—mặc dù hiệu quả trong một số nghiên cứu lâm sàng nhỏ—tốn kém, có thể mất vài tuần để hoàn thành và đòi hỏi chuyên môn và thiết bị đặc biệt. Ngoài ra, nó phải được thực hiện cho từng bệnh nhân được điều trị bằng tế bào T CAR.

Để làm cho liệu pháp tế bào CAR-T có thể tiếp cận được với nhiều bệnh nhân hơn, Matthias Stephan, MD, Ph.D., thuộc Trung tâm Nghiên cứu Ung thư Fred Hutchinson, và các đồng nghiệp của ông đã bắt đầu phát triển một phương pháp hợp lý và rẻ tiền để sản xuất tế bào CAR-T. Để làm như vậy, họ đã tạo ra một hạt nano chứa các tế bào T và chứa các hướng dẫn DNA để tạo ra một thụ thể kháng nguyên khảm (CAR) nhận dạng các tế bào ung thư bạch cầu.

“Điều mới lạ thực sự là bạn không phải tạo tế bào CAR T bên ngoài bệnh nhân; bạn có thể cung cấp trực tiếp các hạt nano này cho bệnh nhân,” Terry Fry, MD, người đứng đầu Bộ phận Các khối u ác tính về huyết học của Trung tâm Nghiên cứu Ung thư của NCI, người không tham gia vào nghiên cứu cho biết.

Mục tiêu là tạo ra một “liệu pháp tế bào CAR T có sẵn… và có thể phương pháp này có thể thực hiện được điều đó,” anh ấy tiếp tục.

Kết quả nghiên cứu đã được báo cáo vào ngày 17 tháng 4 trên tạp chí Nature Nanotechnology .

Dạy tế bào T

Các tế bào T có khả năng tự nhiên để tấn công các tế bào ung thư, nhưng chúng thường cần trợ giúp để xác định mục tiêu và phát triển thành số lượng đủ lớn để khởi động một cuộc tấn công hiệu quả. Liệu pháp tế bào T CAR cung cấp thêm một cú hích, dạy các tế bào T của bệnh nhân cách tìm tế bào ung thư và tạo ra một số lượng lớn các tế bào T tiêu diệt ung thư này.

Một số thử nghiệm lâm sàng đang diễn ra đang đánh giá tính an toàn và hiệu quả của các liệu pháp tế bào T CAR ở những bệnh nhân mắc bệnh bạch cầu, các bệnh ung thư máu khác và gần đây là một số khối u rắn.

Tiến sĩ Stephan giải thích rằng việc mở rộng quy trình từng bệnh nhân này để điều trị cho một số lượng lớn người mắc bệnh ung thư là “không thực tế”. Tiến sĩ Fry đồng ý rằng việc mở rộng quy mô liệu pháp tế bào T CAR là một “rào cản lớn trong lĩnh vực này”.

Vì vậy, Tiến sĩ Stephan và các đồng nghiệp của ông đã chuyển sang sử dụng các hạt nano, loại hạt có thể đưa DNA đến các tế bào cụ thể, dễ chế tạo và lưu trữ, đồng thời không tốn kém để sản xuất.

Hạt nano mà họ thiết kế có một số yếu tố chính, chẳng hạn như gen của CAR liên kết với CD19—một phân tử hiện diện với số lượng cao hơn bình thường trên các tế bào ung thư bạch cầu. Nó cũng chứa các phân tử giúp gen chèn vào DNA của tế bào T, nơi nó có thể được biểu hiện một cách hiệu quả. Và các nhà nghiên cứu đã thêm các protein trên bề mặt hạt nano liên kết có chọn lọc với các tế bào T.

Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng hạt nano có thể được lưu trữ trong một năm, khiến cho một phương pháp điều trị “có sẵn” trở thành một lựa chọn tiềm năng.

Khi họ xử lý các tế bào T bằng các hạt nano này trong các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, họ phát hiện ra rằng các hạt nano liên kết và được các tế bào T hấp thụ. Một ngày sau khi điều trị, các tế bào T bắt đầu biểu hiện CAR, và khi được trộn lẫn với các tế bào ung thư bạch cầu, chúng đã tiêu diệt các tế bào này một cách hiệu quả.

Tiếp theo, Tiến sĩ Stephan và các đồng nghiệp của ông đã thêm một tín hiệu huỳnh quang vào hạt nano của họ để họ có thể theo dõi hoạt động của nó ở chuột. Phần lớn các hạt nano bám vào và được các tế bào T ở chuột hấp thụ. Các thí nghiệm riêng biệt cho thấy rằng một vài ngày sau khi được xử lý bằng các hạt nano, các tế bào T bắt đầu biểu hiện CAR.

Phương pháp tiếp cận tế bào T CAR truyền thống bao gồm một bước “mở rộng”, trong đó các tế bào CAR T được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm cho đến khi chúng có số lượng hơn một tỷ tế bào. Ở những con chuột được điều trị bằng các hạt nano, các nhà nghiên cứu nhận thấy quần thể tế bào CAR-T mở rộng nhanh chóng, tăng gấp 5,5 lần sau 6 ngày.

Tiến sĩ Stephan giải thích: “Về cơ bản, những gì đang xảy ra là sự mở rộng chính xác như thường xảy ra trong lồng ấp trong phòng thí nghiệm, nhưng nó đang xảy ra bên trong những con chuột, nơi có khối u của chúng.

Sau đó, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm hạt nano trên mô hình chuột xenograft mắc bệnh bạch cầu lymphoblastic cấp tính. Những con chuột không được điều trị hoặc điều trị bằng các hạt nano thiếu yếu tố chính đã làm tăng sự phát triển của khối u và thời gian sống sót trung bình là khoảng 14 ngày.

Ngược lại, những con chuột được điều trị bằng các hạt nano hoạt động đầy đủ đã thuyên giảm hoặc giảm đáng kể số lượng và kích thước khối u. Những con chuột này sống lâu hơn trung bình 58 ngày so với những con chuột đối chứng. Các nhà nghiên cứu đã quan sát kết quả tương tự ở những con chuột được điều trị bằng tế bào CAR T được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm thông thường.

Mối quan tâm về an toàn

Các nhà nghiên cứu báo cáo rằng các hạt nano không gây ra phản ứng miễn dịch lan rộng trong máu của chuột hoặc dẫn đến bất kỳ tác dụng độc hại nào khác.

Họ phát hiện ra rằng một số hạt nano liên kết với các tế bào miễn dịch khác với tế bào T và một tỷ lệ rất nhỏ trong số các tế bào này tiếp nhận các hạt nano và biểu hiện CAR, nhưng biểu hiện này giảm dần theo thời gian. Các tác giả kết luận rằng “độc tính phát sinh từ biểu hiện CAR trong các tế bào không phải tế bào T sẽ ở mức tối thiểu và có thể kiểm soát được trong môi trường lâm sàng.”

Tuy nhiên, với thiết kế hạt nano hiện tại của họ, gen CAR chèn ngẫu nhiên vào DNA của tế bào T, điều này có khả năng dẫn đến đột biến có hại, các nhà điều tra chỉ ra. Họ đề xuất rằng có thể đạt được sự kiểm soát tốt hơn bằng cách kết hợp vào hạt nano một yếu tố di truyền tích hợp các gen CAR vào các điểm “an toàn”.

Tiến sĩ Fry lưu ý rằng một vấn đề an toàn khác là không thể kiểm soát được liều lượng tế bào CAR T bằng phương pháp này.

“Nếu bạn bắt đầu sử dụng liệu pháp này ở người, bạn sẽ không bao giờ biết được mình sẽ thu được bao nhiêu tế bào T trong cơ thể bệnh nhân. Và các tế bào CAR T chắc chắn có độc tính,” ông giải thích.

Hồ sơ an toàn của phương pháp này “vẫn phải được đánh giá, trong mô hình linh trưởng không phải người hoặc trực tiếp trong thử nghiệm tăng liều giai đoạn 1,” Tiến sĩ Stephan và các đồng nghiệp của ông viết.

Hướng tới điều trị tại phòng khám

Bước tiếp theo của nhóm là tìm kiếm một đối tác trong ngành để giúp họ sản xuất các hạt nano này trên quy mô lớn, sau đó có thể thử nghiệm chúng trong các nghiên cứu lâm sàng.

Tiến sĩ Stephan tin rằng những hạt nano này có thể được sử dụng để điều trị cho bệnh nhân theo nhiều cách khác nhau. Ví dụ, anh ấy nói, “chúng tôi có thể dễ dàng trộn các hạt nano khác nhau và lập trình lại các tế bào T để biểu hiện nhiều CAR để chúng tôi nhắm mục tiêu khối u từ nhiều góc độ khác nhau.” Ông giải thích rằng điều này có thể giúp ngăn chặn sự kháng cự.

Ngoài ra, các hạt nano có thể được kết hợp với các liệu pháp khác có khả năng tăng cường chức năng của chúng, chẳng hạn như chất ức chế điểm kiểm soát miễn dịch hoặc vắc-xin ung thư, ông nói.

Tiến sĩ Fry cho biết, công nghệ và phương pháp sản xuất liệu pháp tế bào T CAR thông thường cũng đang phát triển nhanh chóng. Ông lưu ý rằng hạt nano này có thể được kết hợp với những tiến bộ này.

Tiến sĩ Stephan cho biết: “Với lĩnh vực trị liệu bằng tế bào T CAR đang phát triển, hy vọng đó là một môi trường tuyệt vời để chúng tôi áp dụng phương pháp tiếp cận của mình vào môi trường lâm sàng.”