Ứng dụng liệu pháp tế bào CAR T trong điều trị ung thư

Liệu pháp tế bào T biểu hiện thụ thể kháng nguyên dạng khảm (Chimeric Antigen Recepor T-cell – CAR T) là hướng điều trị mới dành cho một số bệnh ung thư máu. Trong phương pháp này, người ta thu nhận tế bào miễn dịch T từ bệnh nhân rồi tạo thụ thể đặc hiệu cho kháng nguyên của tế bào ung thư nhằm tiêu diệt khối u.

Cơ chế điều trị ung thư

Chức năng của tế bào T

Tế bào T là những tế bào bạch cầu lympho có chức năng quan trọng đối với hệ miễn dịch. Tế bào T có thể nhận diện các thành phần lạ như virus, vi khuẩn, nấm, kí sinh và tế bào ung thư thông qua liên kết giữa thụ thể trên bề mặt tế bào T với kháng nguyên của chất lạ.

Tương tác giữa thụ thể với kháng nguyên là tương tác đặc hiệu, nghĩa là mỗi thụ thể có thể liên kết với một loại kháng nguyên và ngược lại. Khi chất lạ xâm nhập vào cơ thể, kháng nguyên của chúng gắn vào phức hợp tương thích mô chính (Major Histocompatibility Complex – MHC). Phức hợp này có chức năng trình diện kháng nguyên lạ cho tế bào T. Phân tử MHC lớp I hiện diện trên bề mặt tất cả các tế bào có nhân trong cơ thể, phân tử MHC lớp II chỉ hiện diện trên bề mặt một số tế bào miễn dịch. Tế bào T không thể tương tác với kháng nguyên nếu không có MHC vận chuyển.

Khi thụ thể liên kết với kháng nguyên, tế bào T được hoạt hóa nhằm tiêu diệt những tế bào nhiễm trùng hoặc điều phối các phản ứng miễn dịch.

Tế bào ung thư cũng biểu hiện kháng nguyên. Tuy nhiên, vì tế bào ung thư có nguồn gốc từ cơ thể người bệnh nên trong một số trường hợp, tế bào T không thể nhận diện và loại bỏ chúng. Vì vậy, người ta đã phát triển liệu pháp tế bào CAR T nhằm giúp tế bào T nhận diện và tấn công tế bào ung thư hiệu quả hơn.

Chức năng của thụ thể kháng nguyên dạng khảm

Trong liệu pháp tế bào CAR T, người ta thu nhận tế bào T từ bệnh nhân rồi chuyển gen vào tế bào này để tạo thành thụ thể kháng nguyên dạng khảm. Gen này cung cấp hướng dẫn tạo ra thụ thể đặc hiệu giúp tế bào T liên kết với một loại kháng nguyên cụ thể. Ví dụ, tế bào T chứa thụ thể đặc hiệu cho kháng nguyên CD19 có thể nhận diện và tấn công những tế bào ung thư bạch cầu hoặc lympho biểu hiện kháng nguyên này.

Thụ thể kháng nguyên dạng khảm có thể trực tiếp liên kết với kháng nguyên mà không cần thông qua phân tử MHC. Do đó, chúng có thể tăng tín hiệu kích hoạt tế bào T và các phản ứng miễn dịch chống lại khối u.

Cấu trúc thụ thể kháng nguyên dạng khảm

Thụ thể kháng nguyên dạng khảm bao gồm 4 vùng với các điểm cấu trúc và chức năng như sau:

Vùng liên kết kháng nguyên ngoại bào

Vùng liên kết kháng nguyên nằm bên ngoài tế bào T, chúng có nguồn gốc từ chuỗi nucleotide của kháng thể đơn dòng đặc hiệu cho loại kháng nguyên mục tiêu đã được biến đổi. Vì vậy, vùng này giữ vai trò phát hiện và liên kết với kháng nguyên của tế bào ung thư.

Vùng nối

Vùng nối nằm giữa vùng liên kết kháng nguyên ngoại bào và vùng xuyên màng. Mỗi loại thụ thể có độ dài vùng nối khác nhau nhằm đảm bảo khoảng cách phù hợp giữa tế bào T với khối u, qua đó tăng hiệu quả hoạt hóa tế bào T và các phản ứng miễn dịch.

Vùng xuyên màng

Vùng xuyên màng nằm tại lớp màng của tế bào T. Vùng này giữ vai trò ổn định cấu trúc thụ thể và giúp thụ thể bám chặt vào màng tế bào. Bên cạnh đó, người ta nhận thấy vùng xuyên màng có thể tương tác với những thụ thể tế bào T nội sinh, qua đó tác động đến quá trình kích hoạt và hoạt động chức năng của tế bào T.

Vùng truyền tín hiệu nội bào

Vùng truyền tín hiệu nằm bên trong tế bào T, bao gồm một hoặc nhiều chuỗi protein tuỳ vào từng thế hệ tế bào. Vùng này có chức năng dẫn truyền tín hiệu kích hoạt tế bào T ngay khi vùng ngoại bào của thụ thể liên kết với kháng nguyên.

Các thế hệ tế bào CAR T

Qua nhiều lần cải tiến, người ta đã bổ sung các phân tử đồng hoạt hoá và một số thành phần khác vào vùng truyền tín hiệu của tế bào CAR T nhằm cải thiện khả năng kích hoạt, tăng sinh và chức năng của tế bào.

Thế hệ thứ nhất

Tế bào CAR T thế hệ thứ nhất chứa chuỗi CD3ζ có nguồn gốc từ thụ thể tế bào T. Chuỗi này chứa 3 vùng hoạt hoá dựa trên motif tyrosine của thụ thể miễn dịch (ITAM). Motif là chuỗi lặp ADN hoặc axit amin ngắn, chúng thường kết hợp với các cấu trúc khác để tạo ra chức năng sinh học cụ thể cho một protein.

Tương tác giữa vùng ngoại bào của thụ thể với kháng nguyên tế bào ung thư làm phosphoryl hoá amino axit tyrosine trong chuỗi ITAM, đồng thời truyền tín hiệu cho protein ZAP70. Tín hiệu này kích thích tế bào T tăng sinh, giải phóng perforin và enzyme granzyme nhằm tấn công khối u. Perforin là cấu trúc ống nối tế bào T với tế bào ung thư, qua đó enzyme granzyme có thể đi vào khối u và tham gia quá trình gây chết tế bào.

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

Ảnh: Axit amin
Nguồn: Darryl Leja, NHGRI

Thế hệ thứ hai

Người ta gắn phân tử đồng hoạt hoá (CD28 hoặc 4-1BB) vào vùng truyền tín hiệu của chuỗi CD3ζ để tạo ra tế bào CAR T thế hệ thứ hai. Phân tử CD28 làm tăng tốc độ tăng sinh của tế bào T, phân tử 4-1BB cải thiện khả năng tập hợp tế bào T.

Tất cả tế bào CAR T được Cục quản lý thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (Food and Drug Administration—FDA) phê duyệt hiện nay đều thuộc thế hệ thứ hai.

Thế hệ thứ ba

Tế bào CAR T thế hệ thứ ba chứa chuỗi CD3ζ và bổ sung thêm hai phân tử đồng hoạt hoá gồm CD28 và OX40 hoặc CD28 và 4-1BB nhằm cải thiện tín hiệu kích hoạt, khả năng tăng sinh, mức độ sản xuất cytokine và các chức năng khác.

Ngoài ra, một số tế bào CAR T thế hệ thứ ba có khả năng ghi nhớ kháng nguyên, vì vậy chúng có thể ngăn chặn khối u tái phát. Tuy nhiên, những tế bào này khó ức chế nên có thể dẫn đến tiết cytokine tiền viêm quá mức, do đó gây tổn hại chức năng của các cơ quan, suy phổi và tử vong.

Thế hệ thứ tư

Người ta bổ sung vùng cảm ứng protein miễn dịch interleukin 12 (IL-12) vào cấu trúc tế bào CAR T thế hệ thứ hai nhằm tạo ra thế hệ thứ tư. IL-12 là loại cytokine có chức năng hoạt hóa các tế bào miễn dịch bẩm sinh và tăng cường kích hoạt tế bào T. Vì vậy, thế hệ thứ 4 có thể tiêu diệt các tế bào ung thư không biểu hiện kháng nguyên bề mặt.

Ảnh: Tế bào tham gia vào đáp ứng miễn dịch
Nguồn: MDPI Journal List

Thế hệ thứ năm

Hiện nay, người ta đang nghiên cứu tạo ra tế bào CAR T thế hệ thứ năm bằng cách bổ sung chuỗi β từ thụ thể IL-2 vào cấu trúc của tế bào thế hệ thứ hai. Chuỗi β này chứa vị trí liên kết với yếu tố phiên mã STAT3 (thành phần của con đường tín hiệu JAK/STAT), qua đó quá trình kích hoạt và tăng sinh của tế bào T được hoàn thiện.

Ứng dụng tế bào CAR T trong điều trị ung thư

Hiện nay, FDA đã phê duyệt 6 liệu pháp tế bào CAR T dùng trong điều trị một số bệnh ung thư máu. Đối với mỗi liệu pháp, tế bào CAR T nhận diện một loại kháng nguyên mục tiêu cụ thể.

Liệu pháp	Kháng nguyên mục tiêu	Ứng dụng điều trị
Tisagenlecleucel	CD19	Bạch cầu cấp dòng lympho tế bào B U lympho tế bào B không Hodgkin
Axicabtagene ciloleucel	CD19	U lympho tế bào B không Hodgkin U lympho thể nang
Brexucabtagene autoleucel	CD19	U lympho tế bào áo nang Bệnh bạch cầu cấp dòng lympho tế bào B
Lisocabtagene maraleuce	CD19	U lympho tế bào B không Hodgkin
Idecabtagene vicleucel	BCMA	Đa u tuỷ xương
Ciltacabtagene autoleucel	BCMA	Đa u tuỷ xương

Bảng-1. Các liệu pháp tế bào CAR T đã được FDA phê duyệt dùng trong điều trị

Quy trình điều trị

Thu máu và tách bạch cầu

Bác sĩ đặt ống thông tĩnh mạch tại hai tay của bệnh nhân. Ống thứ nhất có vai trò thu và chuyển máu đến thiết bị phân tách. Thiết bị này sẽ giữ lại tế bào bạch cầu và chuyển các thành phần khác trong máu về cơ thể người bệnh thông qua ống thứ hai.

Bệnh nhân cần ngồi hoặc nằm trong 2–3 giờ thu máu. Một số bệnh nhân có biểu hiện hạ canxi trong quá trình này, dẫn đến các triệu chứng như tê, ngứa hoặc co thắt cơ. Khi đó, bác sĩ có thể cho bệnh nhân uống hoặc truyền canxi.

Ảnh: Các loại bạch cầu
Nguồn: Designua/Shutterstock.com

Tạo tế bào CAR T

Bác sĩ tách tế bào T từ bạch cầu của bệnh nhân rồi gửi đến phòng thí nghiệm. Các kĩ thuật viên sẽ chuyển gen vào tế bào T nhằm tạo ra thụ thể mới có khả năng nhận diện và liên kết với kháng nguyên mục tiêu. Quá trình nuôi cấy tế bào CAR T diễn ra trong vài tuần để tạo ra đủ số lượng tế bào cần thiết cho điều trị.

Người ta sử dụng một số phương pháp sau nhằm đưa gen mục tiêu vào tế bào T:

• Vector virus
• Nhân tố chuyển vị (transposon)
• Điện biến nạp
• Hạt nano

Hoá trị và xạ trị

Trong thời gian kĩ thuật viên nuôi tế bào CAR T, bệnh nhân có thể sử dụng liệu pháp hoá trị hoặc xạ trị để kiểm soát quá trình tăng sinh khối u. Ngoài ra, trước khi truyền tế bào CAR T vài ngày, bác sĩ chỉ định hoá trị liều thấp nhằm làm giảm lượng tế bào T và các tế bào miễn dịch khác trong cơ thể người bệnh. Bước này giúp tế bào CAR T tồn tại, tăng sinh và tiêu diệt khối u hiệu quả hơn.

Truyền tế bào CAR T

Quá trình truyền tế bào CAR T diễn ra trong khoảng 30 phút. Đầu tiên, bác sĩ tiêm thuốc chống dị ứng, sau đó truyền tế bào CAR T qua ống thông tĩnh mạch vào máu của bệnh nhân. Người bệnh được theo dõi cẩn thận suốt quá trình truyền tế bào và trong 2 tuần sau điều trị.

Tác dụng phụ của liệu pháp tế bào CAR T

Liệu pháp tế bào CAR T rất hiệu quả đối với một số dạng ung thư khó điều trị nhưng nó cũng có thể dẫn đến những tác dụng phụ nguy hiểm cho người bệnh như hội chứng giải phóng cytokine và các vấn đề với hệ thần kinh .

Ảnh: Hệ thần kinh người
Nguồn: Encyclopædia Britannica, Inc.

Hội chứng giải phóng cytokine

Quá trình tăng sinh của tế bào CAR T có thể giải phóng số lượng lớn cytokine vào máu, dẫn đến hệ miễn dịch hoạt động quá mức.

Vì vậy, người bệnh xuất hiện những triệu chứng như:

• Sốt cao và ớn lạnh
• Khó thở
• Buồn nôn, tiêu chảy
• Chóng mặt, choáng váng
• Đau đầu
• Tim đập nhanh
• Mệt mỏi
• Đau cơ, khớp

Các vấn đề thần kinh

Một số tế bào CAR T có thể ảnh hưởng đến hệ thần kinh, dẫn đến những biểu hiện sau:

• Đau đầu
• Co giật
• Rung tay, chân
• Dễ nhầm lẫn, kích động
• Mất thăng bằng
• Suy giảm nhận thức và khả năng ngôn ngữ

Những tác dụng phụ khác

Liệu pháp tế bào CAR T có thể gây ra những tác dụng phụ khác như:

• Dị ứng
• Suy nhược cơ thể
• Dễ nhiễm trùng
• Dễ bầm và chảy máu
• Nồng độ kali, natri trong máu giảm
• Nồng độ axit uric trong máu tăng

Lời kết

Liệu pháp tế bào CAR T có thể điều trị một số dạng ung thư máu dựa trên cơ chế: tế bào miễn dịch T chứa thụ thể đặc hiệu cho kháng nguyên của tế bào ung thư. Hiện nay, người ta đang tiến hành nghiên cứu và thử nghiệm lâm sàng để tạo ra nhiều dạng tế bào CAR T khác cho mục đích điều trị những khối u dạng rắn. Ngoài ra, người ta cũng như tìm kiếm các nguồn tế bào miễn dịch và phương pháp chuyển gen mới hiệu quả hơn.