Liệu pháp tế bào CA R - T trong điều trị ung thư

Bài viết được tư vấn chuyên môn bởi Tiến sĩ Đặng Văn Đức - Viện nghiên cứu Tế bào gốc và Công nghệ gen - Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec Ti me s C i ty. Năm 2017, cơ quan thực phẩm và dược phẩm hoa kỳ (F DA) đã cấp phép cho 2 dạng điều trị sử dụng CA R - T là Ky mri a h của hãng No va r ti s cho điều trị bệnh bạch cầu ly m pho cấp ở trẻ em và Y e s ca r ta của hãng Ki te Pha r ma cho các bệnh ly m pho ma không phải Ho d g kin ở người lớn. Liệu pháp tế bào CA R - T đã mở ra kỷ nguyên mới trong điều trị ung thư bằng tế bào miễn dịch. 1. Giới thiệu chung về liệu pháp tế bào CA R - T Khi tỷ lệ tử vong do các bệnh truyền nhiễm có xu hướng giảm xuống thì ung thư lại tăng lên và trở thành nguyên nhân thứ 2 dẫn đến tử vong sau các bệnh về tim mạch. Người ta dự đoán rằng một nửa đàn ông và một phần ba phụ nữ sẽ phát triển ung thư ở một vài thời điểm trong cuộc đời của họ, và một phần năm trong số đó sẽ chết vì ung thư. Từ khía cạnh miễn dịch học, các tế bào ung thư xuất phát từ các tế bào tự thân bị biến đổi mà thoát khỏi các cơ chế điều hoà phát triển bình thường của cơ thể. Việc nhận dạng và tấn công các tế bào ung thư của hệ thống miễn dịch cũng như sự trốn thoát của tế bào ung thư xảy ra theo ba giai đoạn: (I) Giai đoạn một là các tế bào ung thư được nhận dạng bởi hệ thống miễn dịch thông qua các kháng nguyên khối u và bị tiêu diệt. (II) Giai đoạn 2 là các tế bào ung thư tìm cách cân bằng nhờ việc duy trì sự tăng sinh và trải rộng được kiểm soát bởi đáp ứng miễn dịch thích nghi (a da p ti ve). (I II) Giai đoạn 3 là sự trốn thoát của các tế bào ung thư khỏi sự kiểm soát của hệ thống miễn dịch nhờ tích luỹ thêm các đột biến làm cho các tế bào ung thư trở nên bất tử và di căn (O w en e t a l, 2018, Ku b y Im mu no lo g y, 8 t h e di t ion). Các tế bào ly m pho Ts ở hữu thụ thể tế bào T đặc hiệu, nhạy cảm và liên tục tìm kiếm các tín hiệu ung thư, qua đó kích thích đáp ứng miễn dịch liên tiếp khi xác định được các kháng nguyên ung thư. Do vậy tế bào T có khả năng giết tế bào ung thư tiềm tàng một cách chính xác. Tuy nhiên, tế bào T thông thường chỉ có thể tấn công yếu ớt hoặc không thể chống lại tế bào đã bị biến đổi do: (I) Tính sinh kháng nguyên nghèo nàn (an ti gen i c i ty). (II) Không biểu hiện kiểu hình rõ ràng. (II) Không biểu hiện kiểu hình rõ ràng. (I II) Khả năng tương tác và ức chế đáp ứng miễn dịch cao của các tế bào biến đổi. Do vậy thụ thể kháng nguyên khảm (Chi me ri c An ti gen Re c e p to r s, CA R s) đã được phát triển để kích thích và hoạt hoá đáp ứng của tế bào T chống lại tế bào ung thư (Me d le r e t a l, 2015, T ren ds Can c e r. B ra cc i e t a l, 2014, C e l l De a t h Di f f e r. D ’ A loi a e t a l, 2018, C e l l De a t h Di s). Các thụ thể này được gọi là khảm bởi vì CA R s kết hợp tính đặc hiệu của một vùng chức năng nhận dạng kháng nguyên ung thư có ái lực cao - thường có nguồn gốc từ một kháng thể đơn dòng - với các vùng chức năng hoạt hoá tế bào T trong cùng một thụ thể. Tế bào T biểu hiện CA R s (CA R - T c e l l s) có tiềm năng đáng kinh ngạc chống lại các bệnh ung thư máu. Hàng loạt các thử nghiệm lâm sàng sử dụng CD 19 - CA R - T cho thấy tỷ lệ đáp ứng từ 50 - 90 % đồi với ung thư tế bào ly m pho B không kiểm soát được bằng các liệu pháp thông thường (Mau de e t a l, 2014, N. Eng l. J. Me d. B re nt j en e t a l, 2013, S c i. Tran s l. Me d. G ru p p e t a l, 2013 N. Eng l. J. Me d. K o chen de r f e r e t a l, 2015, J. C lin. On co l. S chu s te r e t a l, 2015, B lo o d. Le e e t a l, 2015, Lan c e t, Ga r d ne r e t a l, 2017, B lo o d. Tu r t le e t a l, 2016, J. C lin. In ve s t. C lin. On co l. S chu s te r e t a l, 2015, B lo o d. Le e e t a l, 2015, Lan c e t, Ga r d ne r e t a l, 2017, B lo o d. Tu r t le e t a l, 2016, J. C lin. In ve s t. Tu r t le e t a l, 2016, S c i. Tran s l. Me d.). Năm 2017, cơ quan thực phẩm và dược phẩm hoa kỳ (F DA) đã cấp phép cho 2 dạng điều trị sử dụng CA R - T là Ky mri a h của hãng No va r ti s cho điều trị bệnh bạch cầu ly m pho cấp ở trẻ em và Y e s ca r ta của hãng Ki te Pha r ma cho các bệnh ly m pho ma không phải Ho d g kin ở người lớn. Vào tháng 5 năm 2018, F DA tiếp tục cấp phép cho liệu pháp tế bào CA R - T Ky mri a l của hãng No va ti s cho điều trị ly m pho ma không phải Ho d g kin trên người lớn (nguồn w w w. f da. go v). Theo dữ liệu đăng ký trên C e l l T ria l s. o r g, hiện có 190 thử nghiệm lâm sàng dùng tế bào CA R - T đang được thực hiện trên nước Mỹ và 73 % trong số đó nhắm tới điều trị ung thư máu và 27 % nhắm tới các loại ung thư thể rắn. Ngoài ra liệu pháp CA R - T cũng được được áp dụng ở châu Âu như Anh (16 thử nghiệm), Bỉ (10 thử nghiệm), Đức (6 thử nghiệm), Pháp (3 thử nghiệm), Tây ban Nha (8 thử nghiệm), I ta lia (4 thử nghiệm)... Ở châu Á, Trung Quốc đứng đầu với 357 thử nghiệm lâm sàng, Nhật bản (3 thử nghiệm), Si nga p o re (1 thử nghiệm). 2. Ở châu Á, Trung Quốc đứng đầu với 357 thử nghiệm lâm sàng, Nhật bản (3 thử nghiệm), Si nga p o re (1 thử nghiệm). 2. Cấu trúc phân tử của CA R s CA R s chuyển các tín hiệu nhận dạng kháng nguyên thành một thác truyền tín hiệu tác động lên các chức năng đáp ứng của tế bào T như: tiết các nhân tố gây độc, các cy to ki ne tiền viêm. Các thành phần quan trọng của thụ thể CA R gồm: (i) vùng nhận dạng kháng nguyên ngoại bào, ví dụ phân đoạn biến đổi chuỗi đơn (s c F v), (ii) vùng xuyên màng tế bào và một vùng bản lề giúp đính thụ thể lên màng tế bào và phóng s c F v ra không gian ngoại bào, và (i ii) các vùng truyền tín hiệu nội bào được kích hoạt nhờ tương tác với kháng nguyên trên s c F v (Hình 1)) (La ba ni e h e t a l, Na tu re Bi o me di ca l En gi ne e rin g, 2018). Vùng nhận dạng kháng nguyên: Tính đặc hiệu kháng nguyên của CA R được quyết định bởi vùng s c F v (vùng chức năng nhỏ nhất của một kháng thể đơn dòng). s c F v chỉ chứa vùng biến đổi chuỗi nhẹ và chuỗi nặng dung hợp lại với nhau thông qua một lin ke r rất linh động. s c F v chỉ chứa vùng biến đổi chuỗi nhẹ và chuỗi nặng dung hợp lại với nhau thông qua một lin ke r rất linh động. Ưu điểm của việc sử dụng s c F v làm vùng nhận dạng kháng nguyên CA R là: dễ ghép vào cấu trúc CA R chung và tính đặc hiệu cao do chúng được tao ra để gắn đặc hiệu kháng nguyên quan tâm (Hình 1)) (La ba ni e h e t a l, Na tu re Bi o me di ca l En gi ne e rin g, 2018). Vùng chức năng bản lề và xuyên màng: Vùng chức năng bản lề linh động là một đoạn p e p ti de ngắn giúp s c F v tự do biến đổi cấu hình, qua đó s c F v tự do bám với kháng nguyên đích biểu hiện trên tế bào ung thư. Vùng này có thể được sử dung một mình hoặc liên kết với một vùng chức năng đệm để phóng s c F v ra khỏi bề mặt tế bào T. Vai trò của vùng chức năng xuyên màng là tác động đến biểu hiện của CA R và liên kết với các protein màng nội sinh của tế bào T (Hình 1) (La ba ni e h e t a l, Na tu re Bi o me di ca l En gi ne e rin g, 2018). Vùng chức năng đồng hoạt hoá: E s h ha r an d các cộng sự là những người đầu tiên chứng minh được rằng gắn s c F v với chuỗi z (z e ta) hoặc gam ma của thụ thể tế bào T (T c e l l re c e p to r) mang lại cho tế bào ly m pho T tính đặc hiệu như kháng thể và khả năng hoạt hoá tất cả các chức năng của một tế bào hiệu ứng (e f f e ct o r), bao gồm sản xuất I L - 2 và phá huỷ tế bào đích. Sau đó, rất nhiều nỗ lực đã được tiến hành để tạo ra các cấu trúc CA R khác nhau nhằm cải thiện chất lượng, sức mạnh và thời gian thu nhận tín hiệu từ các phân tử khảm. Những cải tiến mang tính cách mạng nhằm tăng khả năng tăng sinh, tiết I L - 2, sống sót và chức năng gây độc của tế bào CA R - T bao gồm: gắn kèm chuỗi z e ta z (thế hệ thứ nhất), gắn thêm chuỗi z e ta và CD 28 (thế hệ thứ 2), hoặc kết hợp thêm một vùng chức năng truyền tín hiệu thứ 3 (thế hệ thứ 3) như 4 - 1 B B (CD 137), O X 40 (CD 134), I CO S và CD 27. Thế hệ thứ 4 bao gồm các CA R được bảo vệ để tăng cường tính bền bỉ trong môi trường khối u (Hình 1) (La ba ni e h e t a l, Na tu re Bi o me di ca l En gi ne e rin g, 2018). Sau khi thiết kế xong CA R, cần đưa gen mã hoá nó vào tế bào T một cách bền vững. Sau khi thiết kế xong CA R, cần đưa gen mã hoá nó vào tế bào T một cách bền vững. Hai ve ct o r được sử dụng phổ biến nhất cho mục đích này là re tro vi ru s mất khả năng nhân lên: g - re tro vi ru s và len ti vi ru s. Cả hai loại virus này đều sử dụng nguyên liệu di truyền là RNA mà được phiên mã ngược thành DNA sau khi chuyển nạp tế bào T, và sau đó được cài vào hệ gen của tế bào chủ và biểu hiện thành protein (Go me s - Si l va e t a l, 2018, Bi o te cho l J. P MI D: 28960810). Nhờ những đặc điểm như vậy mà CA R có chức năng kép (a) nhận dạng các kháng nguyên biểu hiện trên bề mặt tế bào ung thư (b) chủ động kích thích và khuy ếch đại các tín hiệu hoạt hoá và xúc tác phá huỷ tế bào ung thư. Ưu điểm của hệ thống này là (1) cung cấp các tế bào T được tái lập trình mang cơ chế hoạt hoá e x - no vo (2) tránh được các cơ chế ức chế đáp ứng miễn dịch do tế bào ung thư gây ra và (3) nhận dạng kháng nguyên ung thư và xúc tác phá huỷ tế bào ung thư không cần thông qua H LA, bằng cách đó có thể vượt qua được các rào cản để liệu pháp miễn dịch tế bào được ứng dụng rộng rãi hơn (G ro s s e t a l, 1992, F A SE B J). 3.3. Quy trình sản xuất CA R - T trong lâm sàng 3.1 Thu nhận tế bào đơn nhân từ máu ngoại vi Bước đầu tiên trong quy trình sản xuất tế bào CA R - T tự thân là thu nhận tế bào máu đơn nhân từ máu ngoại vi của bệnh nhân, thường sử dụng leu ka phe re si s (Hình 2). Bằng cách đó máu được lấy ra khỏi người bệnh để thu nhận tế bào miễn dịch chứa tế bào T trong khi các thành phần còn lại được đưa trở lại hệ thống lưu thông máu của bệnh nhân (Go me s - Si l va e t a l, 2018, Bi o te cho l J. P MI D: 28960810. Vo r mi t ta g e t a l, 2018, Cu r r O pin Bi o te ch no l. Le vi ne, 2015, Can c e r Gen e The r, P MI D: 25675873). 3.2 Tái lập trình tế bào T Sau đó có thể làm giàu tế bào T trước khi chuyển sang các bước kế tiếp. Tế bào T tiếp đó được hoạt hoá nhằm nhân lên và tăng cường khả năng biến đổi di truyền bởi vì hầu hết các hệ thống chuyển nạp / lây nhiễm yêu cầu các tế bào đã hoạt hoá và / hoặc đang phân chia. Có thể sử dụng các tế bào trình diện kháng nguyên dòng tuỷ như tế bào tua để hoạt hoá tế bào T. Tuy nhiên việc sử dụng các tế bào trình diện kháng nguyên tự nhiên này thường tốn thời gian, chi phí cao và tỷ lệ thành công biến đổi giữa các bệnh nhân. Có thể sử dụng tế bào trình diện kháng nguyên nhân tạo như dòng tế bào leu ke mia tuỷ K 562 làm tế bào nuôi giúp hoạt hoá tế bào T. Có thể biểu hiện thụ thể hoạt hoá tế bào (ví dụ như CD 40, CD 80 và CD 86) trên những tế bào trình diện kháng nguyên nhân tạo này nhằm tăng cường khả năng trợ giúp hoạt hoá tế bào T. Thêm nữa, có thể biến đổi di truyền các tế bào trình diện kháng nguyên nhân tạo này để biểu hiện các kháng nguyên được tế bào CA R - T nhận dạng, qua đó giúp nhân lên một cách chọn lọc các tế bào CA R - T đặc hiệu kháng nguyên. Tuy nhiên, phương pháp đơn giản và phổ biến nhất để hoạt hoá tế bào T là sử dụng kháng thể đơn dòng kháng CD 3 và CD 28. Những kháng thể này được phủ lên đĩa nuôi cấy hoặc được gắn với hạt từ hoặc tồn tại dưới dạng chất nền cấu trúc na no. Những phương pháp này tăng cường khả năng phân chia của tế bào T (Hình 2) (Go me s - Si l va e t a l, 2018, Bi o te cho l J. P MI D: 28960810. Vo r mi t ta g e t a l, 2018, Cu r r O pin Bi o te ch no l. Le vi ne, 2015, Can c e r Gen e The r, P MI D: 25675873). 3.3 Tăng sinh Tế bào T sau đó được chuyển nạp gen mã hoá cho CA R và nhân lên trong một vài ngày cho đến hàng tuần (Hình 2). 3.3 Tăng sinh Tế bào T sau đó được chuyển nạp gen mã hoá cho CA R và nhân lên trong một vài ngày cho đến hàng tuần (Hình 2). Mục đích của bước này là tạo ra lượng lớn tế bào CA R - T (1011 tế bào) để khi tiêm trở lại bệnh nhân chúng có thể tạo ra đủ hiệu quả kháng u. Mặc dù các hệ thống nuôi cấy tĩnh (ví dụ như đĩa và các chai nuôi cấy đáy bằng) được sử dụng rất phổ biến trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu, nhưng chúng thường đắt, tốn nhân công làm việc trong phòng thí nghiệm và khó đạt được lượng lớn tế bào. Do vậy trong nghiên cứu lâm sàng việc sản xuất liệu pháp tế bào CA R - T hầu hết dựa trên các hệ thống lò phản ứng sinh học với khả năng nuôi cấy quy mô lớn và ưu việt hơn. Trong các hệ thống này, tế bào nhân lên nhanh và dễ đạt được lượng lớn tế bào. Các hệ thống nuôi cấy đa nhiệm, bao gồm hoạt hoá, chuyển nạp, nuôi dưỡng, tăng sinh, rửa và thu hoạch tế bào trong một quy trình khép kín và tự động hoá sẽ làm giảm được các rủi ro về nhiễm trùng và giảm tổng chi phí vận hành trong phòng thí nghiệm và nguyên vật liệu. Hãng Mi l ten y i Bi o te c đã phát triển một hệ thống nuôi cấy khép kín và tự động bởi gọi là C li ni MA CS P ro di g y T M, tích hợp máy tinh sạch tế bào miễn dịch từ máu với một hệ thống tách tế bào bằng từ tính, và một thiết bị nuôi cấy cho phép chuyển nạp virus vào tế bào T và nuôi cấy tăng sinh. Việc kết hợp tất cả các bước này trong một thiết bị sẽ làm giảm nhu cầu về phòng thí nghiệm vô trùng lớn. Với những cải thiện này, chỉ cần 7 đến 14 ngày để tăng sinh đủ số lượng tế bào CA R - T cần tiêm cho bệnh nhân (Go me s - Si l va e t a l, 2018, Bi o te cho l J. P MI D: 28960810. Vo r mi t ta g e t a l, 2018, Cu r r O pin Bi o te ch no l. Le vi ne, 2015, Can c e r Gen e The r, P MI D: 25675873). Mặc dù tế bào T nhân lên rất tốt in vi tro, nhưng cần cân bằng giữa số lượng tế bào tối đa khi tăng sinh với khả năng biệt hoá cũng như kiệt sức của chúng bởi vì điều này làm tế bào T già đi và có tuổi thọ ngắn trong cơ thể sau khi truyền. Trong quá trình tăng sinh, tế bào T được nuôi cấy trong môi trường có bổ sung cy to ki ne tiền viêm để phát động quá trình sinh trưởng nhưng ngăn cản sự biệt hoá hoàn toàn, bằng cách đó cải thiện sức sống và chức năng đáp ứng khi được tiêm vào bệnh nhân. Các cơ sở lâm sàng khác nhau sử dụng các tổ hợp cy to ki ne kháng nhau như I L - 2, I L - 7 và I L - 15 hoặc I L - 15 và I L - 21, nhưng liệu cái nào tốt hơn thì vẫn đang được nghiên cứu chi tiết. Tuy nhiên, vai trò kép của I L - 2 là tăng sinh cả tế bào T thường và tế bào T điều hoà thì có thể không tốt cho mục đích sử dụng CA R - T trong điều trị ung thư (Go me s - Si l va e t a l, 2018, Bi o te cho l J. P MI D: 28960810. Vo r mi t ta g e t a l, 2018, Cu r r O pin Bi o te ch no l. Le vi ne, 2015, Can c e r Gen e The r, P MI D: 25675873). 3.4 Chuẩn bị bệnh nhân Một vài ngày trước khi thực hiện liệu pháp tế bào CA R - T, bệnh nhân phải được hoá trị để làm giảm số tế bào ly m pho nội thân, và điều này cho phép tế bào CA R - T mọc ghép và trải rộng tốt hơn. Làm giảm lượng tế bào ly m pho nội thân còn tạo ra các “ phòng trống ” cho tế bào CA R - T và làm giảm ức chế miễn dịch, nguyên nhân có thể đe dọa đến sự trải rộng của tế bào CA R - T. Làm giảm tế bào ly m pho nội thân cũng giải phóng các cy to ki ne viêm nội bào với vai trò quan trọng trong phát động chức năng tế bào CA R - T khi chúng được truyền vào (Hình 2) (B ru d no e t a l, Na t Re v C lin On co l, 2018, P MI D: 28857075. O l w e u s, Na tu re Bi o te ch no lo g y, 2018, P MI D: 28591119). O l w e u s, Na tu re Bi o te ch no lo g y, 2018, P MI D: 28591119). 3.5 Truyền tế bào CA R - T trở lại bệnh nhân Các tế bào CA R - T sau khi vượt qua được các đánh giá và kiểm tra chất lượng sẽ được truyền cho bệnh nhân. Liều lượng của tế bào CA R - T, bao gồm liều tế bào tối ưu, số liều truyền và thời gian truyền biến đổi tuỳ quy trình được thiết lập ở các trung tâm lâm sàng. Số lượng tế bào CA R - T đạt đỉnh trong khoảng 1 đến 2 tuần sau khi truyền. Mức độ trải rộng và tồn tại của tế bào CA R - T là một trong những yếu tố quan trọng để đánh giá hiểu quả của liệu pháp tế bào CA R - T. Tế bào CA R - T có khả năng phát triển thành tế bào T nhớ. Cụ thể hơn, tế bào CA R - T hướng đích CD 19 có thể tồn tại tới 4 năm trong cơ thể (B ru d no e t a l, Na t Re v C lin On co l, 2018, P MI D: 28857075. O l w e u s, Na tu re Bi o te ch no lo g y, 2018, P MI D: 28591119. P o r te r e t a l, S c i Tran s l Me d, 2015, P MI D: 26333935). 4. Tác dụng phụ của CA R - T và các hướng tương lai Mặc dù liệu pháp tế bào CA R - T đã chứng minh được tính khả thi trong lâm sàng, đôi khi liệu pháp tế bào CA R - T cũng gây rất nhiều độc tính có thể đe doạ tính mạng, như hội chứng giải phóng cy to ki ne hay bão cy to ki ne, gây độc thần kinh, tấn công nhầm đích và hội chứng suy hô hấp cấp. Những hiệu ứng bất lợi này dẫn tới nỗ lực phát triển các chương trình kiểm soát để điều chỉnh hoạt động của liệu pháp tế bào CA R - T. Rất nhiều phương pháp đã được khai phá và phát triển để lập trình các hệ thống thao tác di truyền kết hợp với hệ thống kiểm soát phản hồi và các mô đun an toàn bằng cách tận dụng những tiến bộ gần đây trong sinh học tổng hợp. Các chiến lược này bao gồm: (i) công tắc kiểm soát, (ii) các hệ thống CA R cảm ứng có thể dễ dàng bật tắt CA R theo mong muốn và (i ii) hệ thống CA R nhạy cảm môi trường khối u để tâng cường khả năng diệt tế bào ung thư và làm giảm tấn công các tế bào khoẻ mạnh (La ba ni e h e t a l, Na tu re Bi o me di ca l En gi ne e rin g, 2018). 5. Chi phí Chi phí điều trị CA R - T của hãng No va r ti s là 475.000 U S D và của Ki te Pha r ma là 373.000 U S D. Tuy nhiên, chi phí này chưa bao gồm các chi phí liên quan đến điều trị, nằm viện và các chi phí xử lý tác dụng phụ liên quan (Do l gin, Na tu re, 2018, P MI D: 29517030). XEM THÊM: Hy vọng mới cho các bệnh nhân điều trị ung thư Chuẩn bị áp dụng điều trị ung thư bằng tăng cường hệ miễn dịch tự thân Tìm hiểu về liệu pháp tăng cường hệ miễn dịch tự thân hỗ trợ điều trị ung thư