Nhiễm sắc thể từ các tế bào u nguyên bào thần kinh đệm được phát triển từ một mẫu khối u ở người bằng kỹ thuật tái lập trình có điều kiện.

Tín dụng: Viện Ung thư Quốc gia

Vào tháng 1, các nhà nghiên cứu đã công bố giao thức hoàn chỉnh cho một phương pháp mới để phát triển các tế bào khối u và bình thường từ các mẫu bệnh phẩm trong phòng thí nghiệm. Được gọi là tái lập trình có điều kiện, kỹ thuật này được phát triển lần đầu tiên vào năm 2012 như một cách mới để thiết lập các tế bào nuôi cấy và giữ cho chúng tồn tại vô thời hạn.

Richard Schlegel, MD, Ph.D., người chỉ đạo Trung tâm Tái lập trình Tế bào tại Trung tâm Y tế Đại học Georgetown, thảo luận về phương pháp mà ông đồng phát triển và cách nó được sử dụng trong nghiên cứu ung thư.

Lập trình lại có điều kiện là gì?

Lập trình lại có điều kiện (CR) là một kỹ thuật nuôi cấy tế bào có thể được sử dụng để thiết lập nhanh chóng và hiệu quả quá trình nuôi cấy tế bào có nguồn gốc từ bệnh nhân từ cả tế bào bình thường và tế bào bị bệnh, bao gồm cả tế bào khối u. Với kỹ thuật này, chúng tôi có thể phát triển một triệu tế bào mới trong một tuần và giữ cho chúng tồn tại trong thời gian cần thiết. Phương pháp này cũng có thể được áp dụng cho các mô hình động vật, bao gồm chuột nhắt, chuột cống, chồn sương, chó, ngựa và thậm chí cả cá.

Tại sao điều quan trọng là có thể nuôi cấy các tế bào có nguồn gốc từ bệnh nhân?

Hầu hết các dòng tế bào ung thư hiện có không bắt chước chính xác những thay đổi về di truyền, phân tử và kiểu hình được quan sát thấy trong các tế bào khối u có nguồn gốc từ những bệnh nhân cụ thể. Phương pháp của chúng tôi là định nghĩa hoàn hảo về y học chính xác. Nó cho phép mở rộng khối u của bệnh nhân, do đó có thể xác định các đột biến cụ thể trong các tế bào này và sàng lọc các tế bào nhạy cảm với thuốc.

Làm thế nào để phương pháp làm việc trong thực tế?

Kỹ thuật này tương đối đơn giản. Nó liên quan đến việc nuôi cấy các tế bào từ các mẫu của bệnh nhân với các tế bào chuột được chiếu xạ và một hợp chất được gọi là chất ức chế Rho kinase (ROCK). Mặc dù phương pháp CR tương đối đơn giản, nhưng các phòng thí nghiệm sử dụng kỹ thuật này cần hiểu cách nuôi cấy tế bào chuột được chiếu xạ cùng với tế bào khối u của bệnh nhân. Chúng tôi đã đào tạo gần 50 phòng thí nghiệm về cách sử dụng CR.

Tại sao kỹ thuật này được gọi là lập trình lại có điều kiện?

Chúng tôi gọi phương pháp này là lập trình lại có điều kiện vì hai lý do. Đầu tiên, khi các tế bào biểu mô bình thường được chuyển từ điều kiện môi trường nuôi cấy tế bào tiêu chuẩn sang điều kiện tế bào CR, các tế bào này nhanh chóng được lập trình lại để chúng mang các đặc tính của tế bào gốc trưởng thành, như chúng tôi đã báo cáo vào năm 2012. Trong quá trình này, các tế bào trở nên ít hơn khác biệt và bắt đầu phân chia nhanh chóng .

Thứ hai, khi các tế bào trong môi trường nuôi cấy CR—không biệt hóa và giống như thân cây—được chuyển sang các điều kiện bắt chước môi trường in vivo , chúng trở lại trạng thái biệt hóa bình thường và tổ chức thành các cấu trúc tương tự như mô mà từ đó chúng được tạo ra. Do đó, việc lập trình lại có thể đảo ngược hoặc có điều kiện .

ấn phẩm mới của bạn bao gồm những gì?

Bản tóm tắt mà chúng tôi vừa công bố trên tạp chí Nature Protocols cung cấp các hướng dẫn chi tiết và cụ thể để thực hiện kỹ thuật này. Phương pháp cập nhật này mô tả một số bước quan trọng để đạt được kết quả thành công, cũng như một số sửa đổi nhỏ cho phép phát triển các tế bào không phải biểu mô, chẳng hạn như các tế bào có nguồn gốc thần kinh, thần kinh nội tiết, nội tiết và trung mô.

Một số lợi thế của việc sử dụng lập trình lại có điều kiện trong nghiên cứu ung thư là gì?

Ưu điểm lớn nhất của CR là mở rộng nhanh chóng và hiệu quả việc nuôi cấy tế bào từ các mẫu mô của bệnh nhân. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu sàng lọc các khối u về độ nhạy cảm với thuốc chống ung thư hoặc liệu pháp miễn dịch đủ nhanh để thông tin được sử dụng trong lâm sàng. Ví dụ: chúng tôi đã sử dụng các tế bào được lập trình lại để mở rộng sinh thiết từ khối u phổi của bệnh nhân và trong vòng một tuần, sử dụng các tế bào nuôi cấy để xác định phương pháp điều trị thành công cho bệnh nhân.

Kỹ thuật này cũng có thể tạo ra số lượng lớn tế bào để sử dụng trong các mô hình ung thư có nguồn gốc từ bệnh nhân khác, chẳng hạn như mô hình xenograft và nuôi cấy cơ quan. Cuối cùng, phương pháp CR có thể được sử dụng để mở rộng các tổn thương lành tính hoặc có khả năng tiền ung thư từ bệnh nhân, điều không thể đạt được với mô hình xenograft có nguồn gốc từ bệnh nhân. Điều này có thể giúp các nhà nghiên cứu điều tra những thay đổi sớm nhất xảy ra trong bệnh ung thư.

Cho đến nay, các nhà nghiên cứu ung thư đã sử dụng lập trình lại có điều kiện như thế nào?

Các nhà nghiên cứu ung thư chủ yếu tập trung vào hai khía cạnh của phương pháp. Đầu tiên là phát triển các tế bào khối u có thể sàng lọc phản ứng với thuốc chống ung thư. Thứ hai là dành cho các nghiên cứu khoa học cơ bản để xác định sự thay đổi di truyền, biểu sinh, sinh hóa và trao đổi chất trong các tế bào khối u từ bệnh nhân ung thư và mô hình động vật.

Có ứng dụng nào cho phương pháp này trong lĩnh vực y học chính xác mới nổi không?

Chắc chắn có những khả năng thú vị cho CR trong y học chính xác. Phương pháp này đã được trích dẫn trong Precision Medicine Initiative® in Oncology như một cách để phát triển các mô hình phòng thí nghiệm mới cho nghiên cứu. Ngoài ra, CR đã được sử dụng để xác định các kết hợp thuốc mới tiềm năng cho bệnh ung thư phổi và để xác định các con đường phân tử đề kháng với các liệu pháp. Hiện tại, các nhà nghiên cứu đang sử dụng CR trong một thử nghiệm lâm sàng đang thử nghiệm các liệu pháp cá nhân hóa cho bệnh nhân ung thư tuyến tụy.

Có phải một số loại ung thư hoặc tế bào bình thường dễ phát triển hơn những loại khác?

Trên thực tế, hầu hết các loại tế bào khối u có thể được phát triển bằng CR. Và với sự thích nghi mà chúng tôi mô tả trong bài báo mới của mình, các khối u có nguồn gốc không phải biểu mô—chẳng hạn như thần kinh, thần kinh nội tiết và mô đệm—giờ đây có thể được nhân giống. Tuy nhiên, chúng tôi vẫn chưa thể truyền các khối u ác tính về huyết học.

Richard Schlegel, MD, Ph.D., Trung tâm Y tế Đại học Georgetown

Kỹ thuật này có thể được áp dụng rộng rãi ngay bây giờ không?

Đúng. Với mục tiêu này, gần đây chúng tôi đã tham gia khóa học Phòng thí nghiệm Cold Spring Harbor nhằm cung cấp cho sinh viên cả phương pháp đào tạo phòng thí nghiệm mô phạm và phòng thí nghiệm ướt. Ngoài ra, một số cơ sở đã được thành lập gần đây để sử dụng CR để tạo ra các tế bào nuôi cấy tế bào khối u mới, bao gồm cả Viện Broad và Đại học Duke.

Cuối cùng, NCI gần đây đã công bố một cơ hội tài trợ được thiết kế để hỗ trợ so sánh sinh học các mô hình ung thư có nguồn gốc từ bệnh nhân. Điều này sẽ tài trợ cho việc so sánh toàn diện các mô hình ung thư thế hệ tiếp theo, bao gồm cả tế bào CR.

Việc lập trình lại có điều kiện có nắm bắt được sự đa dạng di truyền hay tính không đồng nhất của các khối u không?

Mặc dù kỹ thuật CR giữ lại tính không đồng nhất của các loại tế bào từ các mô bình thường, chẳng hạn như phổi, nhưng liệu nó có làm như vậy trong các khối u hay không thì vẫn chưa được biết. Tuy nhiên, chúng tôi biết rằng việc nuôi cấy tế bào khối u giữ lại những thay đổi di truyền cụ thể được tìm thấy trong khối u nguyên phát. Chúng tôi hy vọng rằng các nghiên cứu trong tương lai sẽ có thể sử dụng CR để giúp xác định phổ thay đổi di truyền có trong các tế bào khối u bị cô lập.

Phát triển các mô hình khối u tốt hơn
NCI và một số tổ chức nghiên cứu ung thư quốc tế khác là một phần của Human Cancer Models Initiative (HCMI), một tập đoàn tập trung vào việc phát triển các mô hình ung thư mới được tạo ra từ các khối u ở người. Là một phần của nỗ lực này, NCI đang tài trợ và hỗ trợ cho hai Trung tâm Phát triển Mô hình Ung thư (CMDC). Một số mô hình ung thư do hai trung tâm CMDC này phát triển sẽ dành cho các bệnh ung thư hiếm gặp và ở trẻ em, cũng như những bệnh nhân thường thấy ở những bệnh nhân thuộc nhóm dân số ít được đại diện hoặc những bệnh nhân có tiến bộ điều trị hạn chế.