Ngày 8 tháng 2 năm 2023 , bởi Sharon Reynold

Trong thập kỷ qua, ý tưởng chế tạo một phản ứng miễn dịch cá nhân đối với bệnh ung thư đã đi từ lý thuyết đến hiện thực. Các liệu pháp tế bào T CAR, được tạo ra bằng cách sử dụng các tế bào miễn dịch của chính bệnh nhân, đã được biến đổi đối với một số loại bệnh bạch cầu xâm lấn và các bệnh ung thư máu khác. Trong một số trường hợp, họ thậm chí đã chữa khỏi cho những người bị ung thư tái phát sau nhiều lần điều trị khác.

Nhưng các tế bào CAR T vẫn chưa dẫn đến sự tồn tại lâu dài cho hầu hết mọi người. Và thực hiện bước nhảy vọt từ điều trị ung thư máu sang điều trị các khối u rắn, như ung thư tuyến tụy, phổi hoặc đại trực tràng, đã được chứng minh là rất khó khăn.

Các tế bào miễn dịch phải đối mặt với một loạt thách thức khi tấn công các khối u rắn. Chúng bao gồm một môi trường chứa đầy các phân tử có thể ngăn chặn hoặc vô hiệu hóa các tế bào miễn dịch, sự cạnh tranh từ các tế bào khác đối với các chất dinh dưỡng khan hiếm và theo thời gian, khả năng tiêu diệt các tế bào khác bị suy giảm, một hiện tượng thường được gọi là cạn kiệt.

Hai nhóm nghiên cứu hiện đã phát triển những cách thức mới để vượt qua những thách thức này. Một nhóm đã tạo ra các tế bào CAR T có thể tự sản xuất nhiên liệu khi tiếp xúc với khối u. Các tế bào CAR T được thiết kế khác, trong đó một số chức năng của tế bào có thể được bật và tắt vào những thời điểm cụ thể để đáp ứng với việc sử dụng một số loại thuốc.

Ở chuột, cả hai loại tế bào CAR T được cải tiến đều làm co các khối u rắn, bao gồm ung thư tuyến tụy và khối u ác tính, hiệu quả hơn nhiều so với các tế bào CAR T tiêu chuẩn.

Điều đặc biệt thú vị, Grégoire Altan-Bonnet, Ph.D., thuộc Phòng thí nghiệm miễn dịch ung thư tích hợp của NCI, người đồng viết một bài xã luận về các nghiên cứu, giải thích, là khả năng kết hợp hai kỹ thuật này thành một liệu pháp duy nhất, có thể điều chỉnh được. ở mỗi người theo thời gian.

Tiến sĩ Altan-Bonnet cho biết một ứng dụng như vậy sẽ cần nhiều năm nghiên cứu hơn, nhưng “giờ đây chúng ta đã có những công cụ này, nó sẽ mở ra rất nhiều khả năng”.

Các hợp chất mới, dựa trên tự nhiên

Kể từ năm 2017, sáu liệu pháp tế bào T CAR đã được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm phê duyệt, tất cả đều dùng để điều trị ung thư máu.

Để tạo ra các tế bào CAR T, các tế bào miễn dịch được gọi là tế bào T được thu thập từ máu của bệnh nhân. Sau đó, chúng được thiết kế trong phòng thí nghiệm để tạo ra các protein trên bề mặt của chúng được gọi là thụ thể kháng nguyên chimeric, hay CAR. Các CAR này nhận biết và liên kết với các protein (kháng nguyên) cụ thể trên bề mặt tế bào ung thư. Các tế bào T đã được chỉnh sửa sau đó được phát triển thành hàng triệu trong phòng thí nghiệm và cuối cùng, được truyền trở lại vào máu của bệnh nhân để tìm và tiêu diệt các tế bào ung thư.

Wendell Lim, Ph.D., thuộc Đại học California, San Francisco, người đứng đầu một trong những nghiên cứu mới, giải thích rằng tế bào CAR T là một dạng của cái thường được gọi là sinh học tổng hợp. Sinh học tổng hợp đòi hỏi các tế bào kỹ thuật – hoặc thậm chí toàn bộ sinh vật – có những khả năng mà chúng thường không có.

Tiến sĩ Lim giải thích, mặc dù nó được gọi là “tổng hợp”, nhưng phần lớn bộ công cụ sinh học tổng hợp dựa trên cách các tế bào hoạt động một cách tự nhiên.

“Nó đòi hỏi phải tạo ra các protein và mạch phân tử mới không có trong tự nhiên. Nhưng cách chúng hoạt động, quy tắc hoạt động của chúng và cách chúng kết hợp với nhau tương tự như những gì chúng ta thấy trong tự nhiên.” Ví dụ: mặc dù CAR trên tế bào CAR T được thiết kế trong phòng thí nghiệm, nhưng chúng dựa trên các protein được tìm thấy trên các tế bào miễn dịch thường nhận ra các mối đe dọa như vi rút và vi khuẩn.

Trong nghiên cứu mới, được tài trợ một phần bởi NCI, Tiến sĩ Lim và các đồng nghiệp của ông đã tìm cách mở rộng khả năng của tế bào CAR T hơn nữa so với những nỗ lực trước đây. Cụ thể, họ muốn xem liệu các tế bào có thể được biến đổi kỹ thuật không chỉ để nhận biết và tiêu diệt tế bào khối u mà còn tạo ra các hợp chất để tăng tỷ lệ sống sót của chính chúng khi chúng tiếp cận khối u.

Các nhà nghiên cứu tập trung vào một phân tử gọi là interleukin-2 (IL-2). IL-2 là một loại hợp chất mạnh được gọi là cytokine giúp tế bào T phát triển và tồn tại. Từ lâu, người ta đã biết rằng truyền IL-2 trực tiếp vào máu có thể tăng cường khả năng tiêu diệt tế bào khối u của hệ thống miễn dịch. Nhưng phản ứng viêm mạnh do truyền IL-2 tỏ ra cực kỳ độc hại, hạn chế đáng kể việc sử dụng nó như một chiến lược điều trị, Tiến sĩ Lim giải thích.

Ngoài ra, các nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng, để IL-2 hỗ trợ các tế bào T, việc phân phối phải chính xác. Nếu IL-2 được thả lỏng trong vùng lân cận chung của khối u, các loại tế bào miễn dịch khác có thể tiếp nhận nó trước khi nó đến được những tế bào cần thiết để tiêu diệt tế bào ung thư.

Thành lập trại căn cứ

Để khắc phục những vấn đề này, Tiến sĩ Lim và nhóm của ông đã thiết kế một tế bào CAR T với hai thụ thể tổng hợp riêng biệt. Một thụ thể bao gồm một CAR có thể nhận ra một loại protein gọi là mesothelin, có nhiều trên bề mặt tế bào ung thư tuyến tụy.

Cái đầu thứ hai bao gồm một hệ thống thụ thể (được gọi là synNotch) được chế tạo từ đầu trong phòng thí nghiệm. Khi synNotch nhận ra và liên kết với một loại protein khác trên cùng một tế bào ung thư, được gọi là CD19, nó sẽ khiến các tế bào T sản xuất IL-2 của riêng chúng.

Tiến sĩ Lim giải thích rằng việc tách hai chức năng khác nhau này thành hai thụ thể khác nhau có một số lợi thế tiềm năng. Bởi vì CAR T hai đầu sẽ chỉ mạnh nhất nếu cả hai thụ thể liên kết với các tế bào khối u, nên khả năng các tế bào CAR T gây ra tổn thương phụ cho các mô bình thường sẽ giảm đi. Phương thức phân phối này cũng hạn chế đáng kể khả năng xảy ra các tác dụng phụ khi IL-2 được truyền một cách có hệ thống.

Và việc tách các tế bào CAR T sản xuất IL-2 khỏi quá trình kích hoạt mà chúng trải qua khi CAR liên kết với mesothelin cho phép cytokine mạnh mở đường cho phản ứng miễn dịch mạnh mẽ hơn trực tiếp trong khối u.

Đó là bởi vì, ngay cả khi các tế bào CAR-T liên kết thành công với khối u, một môi trường vi mô khối u khắc nghiệt có thể ngăn chúng hoạt động, Tiến sĩ Lim giải thích.

Nhưng nếu quá trình sản xuất IL-2 có thể xảy ra tách biệt với việc kích hoạt tế bào T, thì “chúng tôi tin rằng điều đó có thể ‘lật công tắc’ và chuyển đổi môi trường của khối u trở nên ít ức chế hơn và cho phép các tế bào T sinh sôi nảy nở. Và sau đó, những tế bào đó có thể tạo ra nhiều IL-2 hơn,” tạo ra một vòng phản hồi tích cực, ông nói.

Khi thử nghiệm trên những con chuột có khối u tụy, nhóm nghiên cứu đã báo cáo vào ngày 16 tháng 12 trên tạp chí Science , phương pháp này đã hoạt động như họ mong đợi. Ngay cả ở những con chuột có hệ thống miễn dịch đang hoạt động — nghĩa là chúng có các tế bào có khả năng tiêu thụ IL-2 trước khi các tế bào CAR T có thể — các tế bào CAR T synNotch đã loại bỏ các khối u tuyến tụy ở mỗi con chuột nhận chúng, so với không có tế bào nào nhận được chúng. những con chuột được điều trị bằng tế bào CAR T tiêu chuẩn.

“Giống như một đội trinh sát mà bạn muốn chui vào một khối u. Họ cần được trang bị và tự túc,” Tiến sĩ Lim nói. Với việc sản xuất IL-2 được tích hợp sẵn, “[các tế bào CAR T] có những gì chúng cần để thiết lập căn cứ của chúng, sau đó tồn tại và phát triển,” ông nói.

Khi các nhà nghiên cứu kiểm tra xem liệu chiến lược này có thể được chia thành hai quần thể tế bào khác nhau hay không—một quần thể có các đặc tính của tế bào CAR-T và một quần thể khác tạo ra IL-2—nó không hoạt động. Tiến sĩ Lim giải thích: “Các tế bào T khác cuối cùng đã tiêu thụ IL-2” trước khi nó có thể cung cấp năng lượng cho các tế bào CAR T.

Và, như đã thấy trong các nghiên cứu trước đây, tiêm IL-2 vào chuột cùng với các tế bào CAR T tiêu chuẩn làm tăng tác dụng phụ nghiêm trọng mà không cải thiện hiệu quả của các tế bào CAR T.

Hoạt động của tế bào T được kiểm soát theo thời gian

Trong một nghiên cứu thứ hai được công bố trên cùng số báo Khoa học , một nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Ahmad Khalil của Đại học Boston đứng đầu đã thử nghiệm một chiến lược khác để tinh chỉnh hoạt động của các tế bào T đã được thiết kế.

Các nhà nghiên cứu đã xây dựng một bộ điều chỉnh gen tổng hợp cực nhỏ, là những cấu trúc có thể bật và tắt gen. Các chất điều chỉnh tổng hợp được thiết kế để kiểm soát sự biểu hiện của các gen cụ thể và được thiết kế để chúng có thể được kích hoạt khi có mặt một số loại thuốc.

Với mục đích này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng các loại thuốc đã được chứng minh là an toàn và được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm phê duyệt, bao gồm một loại thuốc kháng vi-rút thường được sử dụng có tên là grazoprevir và tamoxifen, một liệu pháp tiêu chuẩn cho bệnh ung thư vú.

Sử dụng phương pháp này có nghĩa là bất kỳ tế bào nào chứa bộ điều hòa đã được thao tác di truyền đều có thể được thao tác theo thời gian để kiểm soát sự biểu hiện của gen được điều hòa.

Để kiểm tra ý tưởng này, Tiến sĩ Khalil và các đồng nghiệp của ông đã tạo ra các tế bào CAR T chứa các chất điều chỉnh tổng hợp kiểm soát sự biểu hiện của chính CAR và truyền chúng vào những con chuột đã được cấy tế bào ung thư máu. Các tế bào ung thư đã bị tiêu diệt ở những con chuột được cung cấp tế bào CAR T cộng với thuốc để kích hoạt bộ điều chỉnh tổng hợp, nhưng không phải ở những con chuột chỉ được cung cấp tế bào CAR T.

Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng hệ thống của họ có thể được sử dụng để kích hoạt biểu hiện gen IL-2 trong tế bào CAR T, thúc đẩy khả năng sinh sôi nảy nở của tế bào T trong máu.

Cuối cùng, họ đã chỉ ra rằng có thể tích hợp nhiều hơn một mạch tổng hợp vào cùng một tế bào—ví dụ: họ quản lý để bật cả quá trình sản xuất IL-2 và biểu thức CAR. Trong các thí nghiệm này, họ đã sử dụng hai loại thuốc khác nhau và hai chất điều chỉnh gen tổng hợp khác nhau, có khả năng cho phép kiểm soát riêng biệt hai chức năng khác nhau này theo thời gian.

Để tất cả chúng cùng nhau

Emanuel Salazar-Cavazos, Tiến sĩ, cũng thuộc Phòng thí nghiệm Miễn dịch Ung thư Tích hợp của NCI và là đồng tác giả của bài xã luận trên cả hai bài báo cho biết, hai công nghệ mới này có khả năng có thể được kết hợp để tạo ra một loạt phương pháp điều trị mới.

Thụ thể synNotch được thử nghiệm bởi Tiến sĩ Lim và các đồng nghiệp của ông cung cấp nhiên liệu mà các tế bào CAR-T cần để hoạt động hiệu quả, đặc biệt là trong các khối u rắn. Và hệ thống do phòng thí nghiệm của Tiến sĩ Khalil thiết kế cho phép kiểm soát các lộ trình biểu hiện gen, “vì vậy bạn thực sự có thể tính thời gian [các chức năng của tế bào T CAR] bằng cách bôi hoặc loại bỏ một loại thuốc,” Tiến sĩ Salazar-Cavazos giải thích.

Ông nói thêm, sự kết hợp như vậy cũng có thể giải quyết những thách thức khác trong liệu pháp miễn dịch, chẳng hạn như cạn kiệt tế bào T. Các nghiên cứu khác trên chuột đã chỉ ra rằng khả năng tiêu diệt tế bào ung thư của tế bào CAR T có thể được cải thiện bằng cách cho chúng thời gian nghỉ ngơi.

“Nhưng nếu bạn ức chế tất cả các tế bào miễn dịch [cùng một lúc], khối u có thể phát triển trở lại,” Tiến sĩ Salazar-Cavazos giải thích.

Nếu các quần thể tế bào T khác nhau — có thể có khả năng tạo ra các phân tử hỗ trợ khác nhau — có thể được bật và tắt vào những thời điểm khác nhau bằng các loại thuốc khác nhau, thì “nó sẽ giống như luân phiên quân đội của bạn,” hoặc cho các cầu thủ bóng đá kiệt sức nghỉ thi đấu, đồng ý Tiến sĩ Altan-Bonnet.

Ông nói thêm, tương lai hơn nữa là ý tưởng rằng hoạt động của tế bào T CAR có thể được điều chỉnh trong thời gian thực để đáp ứng với các phép đo về cách khối u hoạt động trong quá trình điều trị, thay đổi các loại chức năng tăng cường miễn dịch mà tế bào T thể hiện theo thời gian.

Tiến sĩ Altan-Bonnet cho biết sự tương tác giữa hệ thống miễn dịch và khối u “là một quá trình rất năng động”. “Và trong nhiều trường hợp, cuối cùng khối u chiến thắng, bởi vì nó có cơ chế trốn tránh phản ứng miễn dịch. Vì vậy, nếu một người có thể theo dõi cách thức hoạt động của nó và thực sự sửa đổi hoặc điều khiển chức năng [của các tế bào miễn dịch], thì bạn có thể đi trước khối u một bước,” ông giải thích.

Tiến sĩ Altan-Bonnet cho biết mức độ cá nhân hóa như vậy sẽ đòi hỏi nhiều công việc trong tương lai.

Tiến sĩ Lim và nhóm của ông hy vọng sẽ bắt đầu thử nghiệm trên người các tế bào T mới của họ ở những người bị ung thư tuyến tụy trong vòng 2 năm tới. Ông nói: “Và chúng tôi nghĩ rằng việc cung cấp IL-2 là một thành phần có thể được đưa vào rất nhiều CAR khác nhau cho bệnh ung thư rắn.

Ông nói thêm rằng IL-2 không phải là phân tử có khả năng hữu ích duy nhất có thể được thiết kế thành các tế bào miễn dịch. “Có một số loại cytokine gây viêm thú vị khác, hoặc thậm chí những thứ như kháng thể, có thể được phân phối theo cùng một cách được nhắm mục tiêu.”

Tiến sĩ Lim cho biết những nghiên cứu này được xây dựng dựa trên một lịch sử lâu dài nhằm hiểu rõ hơn về cách hệ thống miễn dịch có thể được kích thích để chống lại bệnh ung thư. “Chúng ta không thể tăng cường phản ứng miễn dịch. Chúng ta phải học cách bật nó lên đúng lúc, đúng chỗ,” anh nói.