Tiềm năng của exosome trong chẩn đoán và điều trị ung thư

Exosome là gì?

Exosome là túi ngoại bào do tế bào tiết ra, chúng có chức năng vận chuyển chất giữa các tế bào khác nhau. Lớp màng đôi lipid cùng với protein tạo thành lớp màng bên ngoài có chức năng bảo vệ những thành phần bên trong exosome không bị phân huỷ khi chúng di chuyển khắp cơ thể.

Thành phần chính của exosome bao gồm:

• ADN
• ARN thông tin (messenger RNA—mRNA)
• ARN nhỏ (microRNA – miRNA)
• Protein

Ảnh: Cấu trúc ADN
Nguồn: U.S. National Library of Medicine

Quá trình hình thành exosome

Exosome hình thành thông qua con đường nhập bào. Đầu tiên, màng tế bào chất lõm vào tạo thành thể nội bào. Tiếp theo, các phân tử xâm nhập vào thể nội bào tạo thành các túi nội mạc, hay còn gọi là thể đa túi. Một số thể đa túi trải qua quá trình phân huỷ tại thể tự thực bào hoặc lysome—cấu trúc chứa enzyme phân giải. Những thể đa túi khác di chuyển dọc theo khung xương đến màng tế bào, chúng dung hợp với màng nhằm giải phóng những túi nội mạc vào không gian ngoại bào dưới dạng exosome.

Exosome sau khi được giải phóng sẽ di chuyển đến tế bào đích để tương tác với những tế bào này theo nhiều cách khác nhau. Ví dụ, protein trên màng exosome có thể liên kết với thụ thể trên màng tế bào đích. Mặt khác, màng exosome có thể dung hợp với màng tế bào nhằm giải phóng các thành phần bên trong exosome vào tế bào chất thông qua hình thức nhập bào hoặc thực bào. Tại tế bào đích, exosome giải phóng các thành phần có thể tham gia vào quá trình hình thành khối u.

Vai trò của exosome

Trong vi môi trường của khối u, tế bào ung thư, tế bào nền và tế bào miễn dịch tương tác với nhau thông qua exosome.

Ảnh: Các loại tế bào miễn dịch
Nguồn: ihope.vn

Exosome từ tế bào nền

Tế bào nền tham gia vào cấu trúc mô hỗ trợ các cơ quan, chúng chứa nguyên bào sợi và tế bào nội mô. Exosome có nguồn gốc từ nguyên bào sợi trong tế bào ung thư có chức năng điều hoà hoạt động khối u, kiểm soát quá trình biệt hoá và di chuyển của nguyên bào sợi lành tính cũng như hướng dẫn tế bào miễn dịch. Trong điều kiện thiếu oxy máu hoặc thiếu chất dinh dưỡng, tế bào nền trung mô và nguyên bào sợi khối u có thể tiết exosome nhằm điều hoà tăng sinh khối u cũng như gây chết tế bào.

Exosome từ tế bào miễn dịch

Tế bào miễn dịch trong vi môi trường khối u có thể khởi phát từ khối u nguyên phát hoặc từ tuỷ xương và máu. Tế bào miễn dịch có chức năng quan trọng nhằm nhận diện và loại bỏ tế bào ung thư. Tuy nhiên, khối u có thể điều khiển những tế bào này lẩn tránh khỏi hệ miễn dịch. Exosome có nguồn gốc từ các tế bào miễn dịch mang nhiều đặc điểm khác nhau.

Ví dụ, tế bào tua và đại thực bào là những thành phần trung gian giúp xử lý, trình diện kháng nguyên. Vì vậy, exosome có nguồn gốc từ tế bào tua có thể ức chế quá trình tiến triển của khối u. Hiện nay, người ta đang thử nghiệm lâm sàng những exosome này trong điều trị ung thư.

Một số chức năng của tế bào tua như

• Kích hoạt tế bào miễn dịch T tiêu diệt khối u
• Kích hoạt quá trình biệt hoá bạch cầu đơn nhân
• Hoàn thiện chức năng và giải phóng exosome
• Tăng cường hoạt động của tế bào giết tự nhiên để làm chết tế bào ung thư

Bên cạnh đó, đại thực bào liên quan đến khối u gồm dạng chống ung thư (M1) và sinh ung thư (M2). Exosome từ đại thực bào M2 liên quan đến khả năng kháng thuốc, tăng sinh mạch máu, khối u và di cănn. Vì vậy, người ta có thể ức chế những exosome này nhằm điều trị ung thư.

Exosome từ những tế bào miễn dịch khác trong khối u có chức năng cụ thể bao gồm:

• Bạch cầu trung tính: kích hoạt tín hiệu gây ung thư
• Tế bào T gây độc và tế bào giết tự nhiên: tiêu diệt tế bào ung thư
• Tế bào ức chế có nguồn gốc tuỷ xương: kích hoạt con đường tín hiệu NF-kB nhằm lẩn tránh hệ miễn dịch
• Tế bào T điều hoà: ức chế tế bào T độc và hệ miễn dịch

Exosome từ tế bào khối u

Exosome được giải phóng từ tế bào khối u có thể chuyển chất gây ung thư đến tế bào đích. Tế bào ung thư có mức độ di căn cao có thể làm tăng khả năng di căn của tế bào có nguy cơ di căn thấp thông qua exosome.

Những chức năng khác của exosome từ tế bào ung thư gồm:

• Trao đổi thông tin với các cơ quan
• Tạo vi môi trường khối u nhằm ức chế miễn dịch
• Điều hoà tương tác giữa khối u và tế bào nền

Các nguồn exosome trong cơ thể

Bác sĩ thường lấy máu, huyết tương hoặc nước tiểu của bệnh nhân nhằm thu exosome, qua đó phát hiện các dấu ấn sinh học ung thư. Hiện nay, người ta có thể xác định dấu ấn sinh học exosome trong nhiều loại dịch cơ thể khác nhau.

Những nguồn dịch này bao gồm:

• Nước bọt
• Dịch rửa phế quản–phế nang
• Dịch não tủy
• Dịch ối
• Sữa mẹ
• Tinh dịch
• Dịch bao hoạt dịch
• Dịch mật
• Dịch chứa tế bào ung thư trong bụng

Ảnh: Dịch não tủy
Nguồn: U.S. National Library of Medicine

Ảnh: Bao hoạt dịch trong khớp
Nguồn: Wikipedia

Ứng dụng exosome trong chẩn đoán ung thư

Thông thường, bác sĩ sử dụng mẫu mô của bệnh nhân nhằm thực hiện chẩn đoán lâm sàng, dự đoán tiên lượng bệnh và đánh giá thay đổi về mặt phân tử. Tuy nhiên, các tế bào ung thư trong cùng khối u có thể biểu hiện những đặc điểm khác nhau, dẫn đến kết quả chẩn đoán không chính xác. Ngoài ra, một số mô có thể nằm tại ví trí khó sinh thiết.

Sinh thiết lỏng có thể khắc phục những hạn chế của sinh thiết mô truyền thống. Sinh thiết lỏng là kĩ thuật không xâm lấn, có thể thực hiện nhiều lần và giúp chẩn đoán sớm các bệnh ung thư. Người ta nhận thấy đối với bệnh nhân ung thư, quá trình tiết exosome sẽ tăng cao. Exosome có nguồn gốc từ khối u có thể cung cấp thông tin về đột biến gen hoặc kiểu hình bất thường trong tế bào ung thư. Vì vậy, sinh thiết lỏng chứa exosome có chức năng như dấu ấn sinh học giúp phát hiện ung thư sớm.

Những dấu ấn sinh học ung thư phổ biến trong exosome bao gồm

Protein trong exosome

Protein exosome có nguồn gốc từ khối u có vai trò quan trọng đối với quá trình phát triển ung thư và đáp ứng miễn dịch. Người ta thường sử dụng kĩ thuật phân tích khối phổ nhằm xác định các protein khác nhau tồn tại trong exosome được lấy từ máu bệnh nhân ung thư và người khỏe mạnh, qua đó những dấu hiệu giúp chẩn đoán ung thư có thể được phát hiện.

Các loại protein trong exosome bao gồm:

• Protein vận chuyển trên màng tế bào
• Protein liên quan đến chức năng dung hợp
• Protein liên quan đến thể đa túi
• Tetraspanin hỗ trợ vận chuyển các chất vào exosome
• Integrin giúp liên kết với tế bào
• Actin và myosin tham gia cấu trúc khung xương tế bào

Bên cạnh đó, phương pháp phát hiện protein phosphoryl hoá có thể hỗ trợ sàng lọc và theo dõi ung thư. Phosphoryl hoá protein là quá trình gắn gốc hoá học phosphoryl lên axit amin nhằm kiểm soát chức năng của protein.

Ảnh: Các thành phần của khung xương tế bào
Nguồn: Aakash Educational Services Limited 2024

miRNA trong exosome

miRNA thuộc nhóm ARN không mã hoá. Các đoạn miRNA có thể liên kết với một số vùng đặc biệt trên mRNA nhằm bất hoạt gen sau phiên mã. Người ta ghi nhận nhiều khối u ác tính mất khả năng điều hoà mức độ biểu hiện của miRNA. Vì vậy, miRNA có nguồn gốc từ khối u có thể trở thành dấu ấn sinh học để chẩn đoán, tiên lượng, theo dõi và điều trị ung thư.

Một số dấu ấn sinh học khác

ARN dài không mã hoá

Trong exosome, ARN dài không mã hoá (Long non-coding RNA – lncRNA) hoạt động như chất truyền tín hiệu giữa các tế bào nhằm điều hoà quá trình phát triển khối u, di căn, tăng sinh mạch máu và tái tạo vi môi trường khối u. Một số lncRNA có khả năng ức chế khối u. Mức độ biểu hiện lncRNA bất thường có thể dẫn đến hình thành khối u và di căn. Vì vậy, phương pháp xác định lncRNA trong exosome có thể hỗ trợ quá trình chẩn đoán ung thư.

ARN mạch vòng

ARN mạch vòng (circular RNA – circRNA) thuộc nhóm ARN không mã hoá. Phân tử này có thể liên kết với miRNA để ngăn miRNA tương tác với mRNA. Nhiều circRNA tham gia điều hoà biểu hiện gen cũng như điều hòa quá trình tăng sinh, xâm lấn, di căn và phát triển của khối u.

ADN mạch đôi

Bên cạnh đó, người ta phát hiện các đoạn ADN mạch đôi trong exosome có nguồn gốc từ khối u. Các đoạn ADN này mang cả hai đặc điểm của bộ gen và tế bào ung thư đột biến. Ngoài ra, phospholipid trong exosome cũng là dấu ấn sinh học ung thư tiềm năng vì nhiều tế bào ung thư biểu hiện phosphatidylserine—một loại phospholipid trên bề mặt.

Ứng dụng exosome trong điều trị ung thư

Exosome có cấu trúc màng đôi, kích thước nhỏ, không chứa tế bào và có nguồn gốc tự thân nên chúng có thể vận chuyển chất đến tế bào đích với độ chính xác cao và ít gây đáp ứng miễn dịch. Vì vậy, người ta ứng dụng cơ chế hoạt động của exosome để nghiên cứu những liệu pháp điều trị ung thư tiềm năng.

Sử dụng thuốc ức chế exosome

Các exosome có nguồn gốc từ tế bào ung thư có thể thúc đẩy khối u di căn và kháng thuốc. Vì vậy, người ta đã phát triển các chất ức chế exosome nhắm vào con đường tổng hợp hoặc vận chuyển exosome.

Một số thuốc ức chế quá trình hình thành exosome bao gồm:

• D-pantethine: ức chế tổng hợp cholesterol
• GW4869: ức chế sphingomyelinase trung hoà
• Tipifarnib: ức chế Rab27A

Một số thuốc ức chế quá trình vận chuyển exosome bao gồm:

• Manumycin: ức chế Ras
• Y27632: ức chế quá trình sắp xếp lại khung xương tế bào
• Calpeptin: ức chế cysteine proteinase

Tuy nhiên, người ta nhận thấy thuốc ức chế trực tiếp exosome có thể gây độc cho cơ thể con người nên chúng chưa được ứng dụng trong lâm sàng. Chất ức chế protein bơm proton có thể gián tiếp ngăn chặn quá trình tiết exosome và tăng thời gian thuốc hoá trị hoạt động trong khối u. Bên cạnh đó, bác sĩ có thể sử dụng kĩ thuật lọc máu nhằm loại bỏ exosome từ tế bào ung thư trong máu.

Tiêm exosome miễn dịch

Exosome có nguồn gốc từ tế bào khoẻ mạnh có thể sử dụng như thuốc điều trị ung thư. Người ta sử dụng yếu tố hoại tử khối u alpha (TNF-α), yếu tố kích thích bạch cầu hạt-đại thực bào và interleukin 4 (IL-4) nhằm kích thích tế bào tua giải phóng exosome. Exosome giải phóng từ những tế bào này biểu hiện protein miễn dịch (MHC và CD86) trên bề mặt, do đó, chúng có khả năng kích hoạt tế bào T. Ngoài ra, người ta có thể bổ sung kháng thể bề mặt liên kết với kháng nguyên khối u cho tế bào tua nhằm tăng cường hiệu quả trình diện kháng nguyên.

Phương pháp tiêm exosome có khả năng dung nạp tốt, nhiều thử nghiệm lâm sàng cho thấy sau khi tiêm exosome, bệnh nhân tăng cường khả năng đáp ứng miễn dịch. Tuy nhiên, người ta cần cải thiện độ đặc hiệu của exosome đối với tế bào ung thư hoặc kết hợp tiêm exosome với thuốc ức chế điểm kiểm soát miễn dịch nhằm giảm nguy cơ dung nạp tế bào T và tăng hiệu quả điều trị.

Tế bào gốc trung mô giúp điều hoà miễn dịch và cho hiệu quả sản xuất exosome cao. Thông qua các thử nghiệm lâm sàng, người ta nhận thấy exosome có nguồn gốc từ tế bào gốc trung mô có mức độ an toàn cao và dung nạp tốt.

Vận chuyển thuốc bằng exosome

Hiện nay, người ta đang nghiên cứu sử dụng exosome tự nhiên hoặc nhân tạo làm chất vận chuyển thuốc hoá trị, phân tử ARN và protein nhắm vào khối u.

Các nguồn tổng hợp exosome bao gồm:

• Tế bào tua
• Tế bào gốc trung mô
• Đại thực bào
• Sữa bò
• Tế bào ung thư

Exosome từ những nguồn này có thể trình diện kháng nguyên khối u, điều hoà phản ứng miễn dịch, có độ bền cao và có khả năng xâm nhập tốt.

Người ta đưa thuốc hóa trị vào exosome bằng kĩ thuật trộn, sau đó tạo lỗ trên màng exosome bằng điện hoặc sóng siêu âm. Ngoài ra, phương pháp dung hợp exosome với liposome (cấu trúc túi hình cầu chứa một hoặc nhiều lớp đôi phospholipid) có thể duy trì đặc điểm của exosome, đồng thời tăng hiệu quả vận chuyển và giải phóng thuốc. Gần đây, người ta đã tăng cường độ đặc hiệu của exosome thành công bằng cách biểu hiện một số protein bề mặt chuyên biệt cho tế bào đích hoặc gắn thêm các hạt nano.

Lời kết

Exosome có nguồn gốc từ tế bào ung thư, tế bào gốc ung thư hoặc những tế bào khác trong vi môi trường khối u chứa protein, ADN và nhiều loại ARN như mRNA, miRNA, lncRNA, circRNA. Các phân tử này có chức năng như dấu ấn sinh học giúp chẩn đoán sớm, tiên lượng bệnh và đánh giá hiệu quả điều trị ung thư. Một số thành phần khác tham gia vào quá trình khối u phát triển, xâm lấn, di căn và kháng thuốc. Vì vậy, hiện nay người ta đang phát triển những liệu pháp điều trị ung thư dựa trên cơ chế hoạt động của exosome. Tuy nhiên, các hướng điều trị này cần được tiếp tục nghiên cứu và thử nghiệm lâm sàng nhằm tăng cường hiệu quả cũng như khắc phục hạn chế.