Liệu pháp tế bào T mang thụ thể kháng nguyên khảm mô phỏng TCR (TCR-like CAR-T cell)

Liệu pháp tế bào T là một trong những bước tiến quan trọng trong điều trị ung thư. Nguyên lí cốt lõi của liệu pháp này là tận dụng chính hệ miễn dịch của bệnh nhân để nhận diện và tiêu diệt tế bào ung thư. Trong đó, hai công nghệ được nghiên cứu nhiều nhất hiện nay là CAR-T (Chimeric Antigen Receptor T cell) và TCR-T (T Cell Receptor-engineered T cell).

CAR-T sử dụng thụ thể nhân tạo có khả năng nhận diện trực tiếp các protein trên bề mặt tế bào ung thư mà không phụ thuộc vào phân tử MHC. Nhờ đặc điểm này, CAR-T mang lại hiệu quả vượt trội trong điều trị một số bệnh ung thư máu, chủ yếu là các bệnh lí liên quan đến tế bào B. Tuy nhiên, phần lớn kháng nguyên đặc hiệu ung thư lại nằm bên trong tế bào mà không biểu hiện trên bề mặt. Do đó, CAR-T truyền thống không thể tiếp cận được nhóm kháng nguyên này.

TCR-T được phát triển nhằm giải quyết hạn chế trên. Công nghệ này chuyển gen mã hóa TCR đặc hiệu vào tế bào T để tế bào T có khả năng nhận diện các peptide kháng nguyên nội bào, vốn được trình diện trên một thụ thể chuyên biệt trên bề mặt tế bào—được gọi là MHC lớp I. Tuy nhiên, TCR-T cũng tồn tại một số nhược điểm đáng kể. Đầu tiên, ái lực của TCR với phức hợp peptide-MHC thường khá thấp. Ngoài ra, TCR gồm hai chuỗi alpha và beta, khi được đưa vào tế bào T, chúng có thể ghép cặp sai với các chuỗi TCR nội sinh, nên hiệu quả suy giảm hoặc phản ứng tự miễn không mong muốn phát sinh.

Do đó, TCR-like CAR-T ra đời như một giải pháp kết hợp ưu điểm của cả hai công nghệ trên.

Vai trò của tế bào T trong miễn dịch chống ung thư

Tế bào T là một thành phần quan trọng của hệ thống miễn dịch thích ứng. Chức năng chính của tế bào T là nhận diện và tiêu diệt các tế bào bất thường trong cơ thể, bao gồm tế bào bị nhiễm virus, tế bào ung thư. Trên bề mặt mỗi tế bào T có một cấu trúc protein được gọi là thụ thể tế bào T (T cell receptor, TCR). TCR có khả năng nhận diện các đoạn peptide kháng nguyên được trình diện trên phân tử MHC (Major histocompatibility complex) của tế bào đích.

Những năm 1990, các nhà khoa học đã phát triển một khái niệm mới được gọi là chimeric antigen receptor (CAR)—một receptor nhân tạo kết hợp các đặc điểm của kháng thể với khả năng kích hoạt tế bào T. Receptor này có thể được thiết kế để nhận diện những kháng nguyên cụ thể trên bề mặt tế bào ung thư mà không cần sự giúp đỡ từ những tế bào khác trong hệ miễn dịch. Kĩ thuật CAR-T đã cho thấy hiệu quả đáng kể đối với các khối u huyết học, nhưng lại gặp khó khăn với các ung thư rắn.

Từ những giới hạn của CAR-T truyền thống, các nhà khoa học đã phát triển một hướng tiếp cận mới: tạo ra những receptor có khả năng mô phỏng hoạt động của TCR tự nhiên nhưng có ưu điểm của CAR. Do đó, TCR-like CAR-T ra đời như một công nghệ kết hợp những điểm mạnh của cả hai phương pháp.

Cấu trúc

TCR-like CAR-T có cấu trúc gồm hai phần chính.

Phần ngoại bào chứa vùng nhận diện có nguồn gốc từ kháng thể TCR-mimic. Đây là loại kháng thể chuyên biệt, nó được thiết kế nhằm nhận diện phức hợp peptide–MHC trên bề mặt tế bào, mô phỏng cách thức hoạt động của TCR tự nhiên. Nhờ khả năng nhắm vào MHC, TCR-like CAR-T có thể nhận diện được những protein đặc trưng cho ung thư nằm sâu trong tế bào.

Phần nội bào của TCR-like CAR-T chứa các miền truyền tín hiệu với vai trò khởi phát quá trình kích hoạt tế bào T, cùng với các miền đồng kích thích. Các miền đồng kích thích này tăng cường khả năng tăng sinh, đồng thời kéo dài thời gian tồn tại của tế bào T sau khi được kích hoạt.

Nguyên lí hoạt động

Khi vùng nhận diện của TCR-like CAR-T gắn kết với phức hợp peptide–MHC trên bề mặt tế bào ung thư, các miền tín hiệu nội bào được kích hoạt, từ đó tế bào T được hoạt hóa toàn diện.

Tế bào T được hoạt hóa sẽ thực hiện hai chức năng chính, bao gồm:

• Tiết ra các cytokine như interferon-gamma và interleukin-2 nhằm góp phần tăng cường phản ứng miễn dịch tại vị trí khối u.
• Giải phóng các phân tử gây độc tế bào bao gồm perforin và granzyme. Perforin tạo các lỗ nhỏ trên màng tế bào ung thư để granzyme xâm nhập vào bên trong tế bào đích. Granzyme sau đó kích hoạt quá trình chết tế bào theo chương trình (apoptosis), dẫn đến tế bào ung thư bị tiêu diệt.

Một đặc điểm quan trọng của TCR-like CAR-T là độ nhạy cao trong nhận diện mục tiêu. Tế bào T mang TCR-like CAR có thể được kích hoạt bởi số lượng nhỏ phức hợp peptide–MHC trên bề mặt tế bào đích, tương tự với đặc tính của TCR tự nhiên. Điều này có ý nghĩa cực kì quan trọng để nhận diện các tế bào ung thư có mật độ kháng nguyên thấp.

So sánh giữa TCR-like CAR-T với các phương pháp khác

Liệu pháp CAR-T truyền thống được phê duyệt đầu tiên cho điều trị bệnh bạch cầu cấp tính và lymphoma B đã cho thấy tỉ lệ khỏi bệnh hoàn toàn lên đến 81–90% trên những bệnh nhân trẻ. Tuy nhiên, phạm vi ứng dụng của CAR-T bị giới hạn bởi vì chúng chỉ có thể nhận diện những kháng nguyên nằm trên bề mặt ngoài của tế bào. Ngoài ra, CAR-T thường gây ra những tác dụng phụ nghiêm trọng, chủ yếu là hội chứng giải phóng cytokine (Cytokine Release Syndrome – CRS) và hội chứng neurotoxicity liên quan đến tế bào miễn dịch (Immune effector Cell-Associated Neurotoxicity Syndrome – ICANS).

Ngược lại, liệu pháp TCR-T truyền thống sử dụng những receptor T tự nhiên được cải thiện có khả năng nhận diện những kháng nguyên bên trong tế bào thông qua HLA. Điểm mạnh này cho phép TCR-T có thể được ứng dụng trên một phạm vi rộng lớn hơn các khối u, chủ yếu là ung thư rắn. Tuy nhiên, TCR-T phụ thuộc vào sự tương hợp MHC, nghĩa là một loại TCR chỉ hoạt động tốt trên những bệnh nhân có những phân tử MHC cụ thể, nên tính khả dụng bị hạn chế.

TCR-like CAR-T chính là sự kết hợp tuyệt vời những lợi thế của cả hai phương pháp. Liệu pháp này có khả năng nhận diện những kháng nguyên bên trong tế bào như TCR-T, nhưng lại có cấu trúc thụ thể độc lập hơn và có hiệu suất cao hơn trong kích hoạt tế bào T. Một số nghiên cứu gần đây cho thấy rằng những kháng thể mô phỏng TCR (TCR-mimic antibody) có độ nhạy cao hơn và khả năng nhận diện mục tiêu tốt hơn những thụ thể khảm truyền thống, chủ yếu khi đối mặt với những tế bào ung thư có mật độ kháng nguyên thấp. Ngoài ra, vì có tính chuyên biệt cao, TCR-like CAR-T ít có khả năng tấn công các tế bào khỏe mạnh, từ đó những tác dụng phụ không mong muốn được giảm bớt.

Qui trình sản xuất và triển khai lâm sàng

Qui trình sản xuất TCR-like CAR-T là một quá trình phức tạp, đòi hỏi công nghệ cao và tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn sản xuất thuốc (GMP – Good Manufacturing Practice). Qui trình này bao gồm nhiều giai đoạn chính:

• Thu thập tế bào: tế bào T từ máu của bệnh nhân được lấy bằng kĩ thuật leukapheresis. Tế bào T được tách từ máu ngoại vi của bệnh nhân, sau đó các thành phần máu còn lại được trả về cho bệnh nhân. Sau đó, tế bào T được vận chuyển đến phòng thí nghiệm chuyên biệt để tiến hành các bước biến đổi gen.
• Biến đổi gen và nuôi cấy: tế bào T được kích hoạt và nuôi cấy trong môi trường chứa các cytokine chuyên biệt nhằm tăng cường khả năng phân chia. Sau đó, gen mã hóa TCR-like CAR được đưa vào tế bào T thông qua kĩ thuật chuyển gen sử dụng virus. Các virus được sử dụng (thường là lentivirus hoặc retrovirus) đã được biến đổi để chỉ mang gen mong muốn mà không còn khả năng gây bệnh.
• Kiểm tra chất lượng và nhân rộng: tế bào T sau khi được chuyển gen sẽ được nuôi cấy thêm để biểu hiện thụ thể mới và tăng số lượng. Trong giai đoạn này, các tế bào được kiểm tra nghiêm ngặt về độ tinh sạch, khả năng biểu hiện thụ thể, hoạt tính sinh học và độ an toàn. Số lượng tế bào cuối cùng cần đạt hàng tỉ tế bào để đảm bảo hiệu quả điều trị. Toàn bộ quá trình sản xuất thường kéo dài từ 7 đến 14 ngày.
• Điều trị và truyền tế bào: trước khi truyền tế bào TCR-like CAR-T, bệnh nhân được điều trị bằng hóa trị liệu làm giảm lympho bào (lymphodepleting chemotherapy). Phương pháp này làm giảm tạm thời số lượng tế bào lympho trong cơ thể nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho tế bào TCR-like CAR-T phát triển và hoạt động hiệu quả sau khi được truyền vào cơ thể bệnh nhân qua đường tĩnh mạch.

Qui trình này đòi hỏi cơ sở vật chất chuyên biệt và đội ngũ nhân viên kĩ thuật cao. Do yêu cầu nghiêm ngặt về điều kiện sản xuất, kiểm soát chất lượng và tính cá thể hóa của sản phẩm, chi phí sản xuất TCR-like CAR-T có thể lên đến hàng trăm nghìn đến hàng triệu đô la cho mỗi bệnh nhân.

Hiện trạng nghiên cứu lâm sàng

TCR-like CAR-T hiện vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu tiền lâm sàng và thử nghiệm lâm sàng giai đoạn sớm. Các thử nghiệm lâm sàng ban đầu của TCR-like CAR-T tập trung vào các kháng nguyên như WT1 trong bạch cầu cấp dòng tủy, AFP trong ung thư gan và PRAME trong u hắc tố. Trong đó, WT1 (Wilms Tumor 1) là kháng nguyên được nghiên cứu nhiều nhất. Nhiều nghiên cứu đã phát triển thành công kháng thể TCR-mimic nhận diện phân tử MHC mang protein này. Kết quả thử nghiệm cho thấy liệu pháp có khả năng nhận diện và tiêu diệt tế bào ung thư với độc tính nằm trong phạm vi kiểm soát.

Hạn chế

Về kĩ thuật

• Tính đặc hiệu của HLA: TCR-like CAR-T phụ thuộc vào nhận diện phức hợp peptide-MHC đặc hiệu. Mỗi kháng thể TCR-mimic thường chỉ nhận diện được peptide nằm trên các phân tử MHC cụ thể. Do đó, chỉ một số lượng giới hạn bệnh nhân có thể được điều trị bằng một sản phẩm TCR-like CAR-T.
• Độ nhạy và độ đặc hiệu: cân bằng giữa độ nhạy cao để nhận diện được số lượng phức hợp peptide-MHC thấp trên tế bào ung thư và độ đặc hiệu để tránh nhận diện chéo với các peptide tương tự trên tế bào lành là một thách thức lớn trong thiết kế kháng thể TCR-mimic.

Về sản xuất và ứng dụng lâm sàng

• Chi phí cao: qui trình sản xuất TCR-like CAR-T đòi hỏi công nghệ cao và nhiều bước phức tạp. Mỗi sản phẩm được sản xuất riêng cho từng bệnh nhân, dẫn đến chi phí điều trị rất cao.
• Thời gian sản xuất: quá trình từ thu thập tế bào đến sản phẩm cuối cùng có thể kéo dài 2–3 tuần. Thời gian này có thể là quá dài đối với một số bệnh nhân có bệnh tiến triển nhanh.
• Cơ sở hạ tầng: triển khai TCR-like CAR-T đòi hỏi cơ sở y tế có đủ năng lực về kĩ thuật và nhân lực được đào tạo chuyên sâu.

Về hiệu quả điều trị

• Tính không đồng nhất của khối u: tế bào ung thư có thể giảm biểu hiện kháng nguyên hoặc thay đổi cách trình diện peptide, dẫn đến kháng trị với liệu pháp.
• Suy kiệt tế bào T: tế bào TCR-like CAR-T có thể mất dần hoạt tính sau một thời gian trong cơ thể, hiện tượng này được gọi là suy kiệt tế bào T.
• Hạn chế xâm nhập khối u: trong các khối u rắn, tế bào TCR-like CAR-T có thể khó xâm nhập và duy trì hoạt động trong vi môi trường ức chế miễn dịch của khối u.

Về tính an toàn

• Độc tính ngoài mục tiêu: mặc dù được thiết kế để nhận diện đặc hiệu, vẫn tồn tại nguy cơ TCR-like CAR-T tấn công các tế bào lành mạnh biểu hiện các phức hợp peptide-MHC tương tự.
• Hội chứng giải phóng cytokine: mặc dù thường nhẹ hơn so với CAR-T truyền thống, biến chứng này vẫn cần được theo dõi và kiểm soát chặt chẽ.

Tiềm năng phát triển

Các chiến lược đang được nghiên cứu để cải thiện hiệu quả của TCR-like CAR-T:

• Điều chỉnh độ bám của kháng thể TCR-mimic nhằm cân bằng giữa hiệu quả và độ an toàn
• Tích hợp khả năng tiết cytokine hoặc kháng thể để tăng cường đáp ứng miễn dịch tại vi môi trường khối u
• Phát triển TCR-like CAR-T có khả năng nhận diện nhiều phức hợp peptide-MHC khác nhau, giảm nguy cơ kháng trị

Lời kết

TCR-like CAR-T là bước tiến lớn trong liệu pháp miễn dịch điều trị ung thư. Công nghệ này kết hợp khả năng nhận diện kháng nguyên nội bào như TCR tự nhiên cùng với cấu trúc đơn giản, ổn định của thụ thể kháng nguyên khảm (CAR). Mặc dù còn nhiều thách thức cần giải quyết, TCR-like CAR-T đã cho thấy tiềm năng lớn trong điều trị nhiều loại ung thư rắn. TCR-like CAR-T không chỉ là một công cụ điều trị mới mà còn mở ra hướng phát triển cho thế hệ liệu pháp miễn dịch tiếp theo, góp phần quan trọng trong cuộc chiến chống lại bệnh ung thư.