Công cụ tế bào đơn trong nghiên cứu ung thư máu?

Thế nào là Ung thư máu?

Tháng 9 là tháng nhận thức về ung thư máu giúp làm tăng nhận thức về ung thư máu bao gồm bệnh bạch cầu (leukemia) và u lympho (lymphoma). Theo Hiệp hội Bệnh bạch cầu và u lympho, cứ 3 phút sẽ có 1 người ở Mỹ được chẩn đoán là mắc ung thư máu (1). May mắn thay, những tiến bộ gần đây trong liệu pháp miễn dịch tế bào CAR-T đã làm tăng các lựa chọn điều trị, ít nhất là cho một số loại u huyết học ác tính nhất định. Trong blog này, chúng tôi giới thiệu một công bố khoa học đã mô tả thử nghiệm lâm sàng đầu tiên của tế bào NK đã được biến đổi thụ thể giống TCR bằng CAR để nhắm vào một đột biến cụ thể trong bệnh bạch cầu cấp dòng tủy (AML). Việc này nắm giữ tiềm năng giúp cải thiện liệu pháp tế bào miễn dịch (Adoptive Cell Therapy).

Ung thư máu và mô bạch huyết (bao gồm tủy xương, hạch bạch huyết, và hệ bạch huyết) là nguyên nhân thứ ba gây tử vong do ung thư tại Mỹ (1). Tuy nhiên, những người mắc u huyết học ác tính có lý do chính đáng để hy vọng — cả 6 liệu pháp tế bào CAR-T được FDA-chấp thuận đều dùng để điều trị ung thư máu (2). Và các nhà khoa học thì mỗi ngày đều nghiên cứu thêm nhiều loại và mục tiêu cho liệp pháp tế bào miễn dịch.

Ung thư máu có 3 dạng chính: bệnh bạch cầu (leukemia), u lympho (lymphoma), và u tủy xương (myeloma). Bệnh bạch cầu cấp dòng tủy (AML) là một bệnh bạch cầu tăng triển, nếu không được điều trị thì sẽ gây tử vong sau vài tuần hoặc vài tháng. Các liệu pháp tế bào CAR-T hiện nay đều không hiệu quả đối với AML, và hầu hết bệnh nhân đều tử vong với căn bệnh của họ (3). Trên thực tế, thời gian sống của bệnh nhân AML khi nhận được liệu pháp chăm sóc chuẩn hiện nay là 3.9 tháng (4).

Bệnh nhân AML có thể được điều trị bằng cấy ghép tủy xương, với một tỷ lệ thành công nhất định. Tuy nhiên, hiệu quả điều trị lâu dài bị kiềm hãm do bệnh vật ghép chống chủ (GvHD) và ngộ độc. Mặc dù liệu pháp miễn dịch tế bào CAR-T đã điều trị thành công ung thư tế bào B, nhưng việc thiếu các marker đặc hiệu khối u cho AML có thể dẫn đến ngộ độc, nhắm chệch mục tiêu. Trong nỗ lực tìm kiếm các liệu pháp miễn dịch trúng đích và ít gây độc hơn cho AML, các nhà khoa học đã để mắt đến tế bào NK.

Không chỉ là vì các nghiên cứu gần đây đã phát hiện ra rằng ngoài tế bào T thì các tế bào NK cũng đóng vai trò quan trọng để cấy ghép thành công (5), các nghiên cứu khác đã phát hiện ra các tế bào CIML NK cho thấy bằng chứng về tế bào nhớ NK và biểu hiện hoạt động kháng bệnh bạch cầu mạnh (6). Trong blog này, chúng tôi giới thiệu công trình do tiến sĩ Han Dong của Viện Ung thư Dana-Farber đứng đầu. Nhóm nghiên cứu đã công bố kết quả thử nghiệm lâm sàng đầu tiên trên người về việc sử dụng các tế bào NK đã được biến đổi thụ thể kháng nguyên để điều trị AML. Dữ liệu ban đầu là tích cực: các tế bào CIML NK có phản ứng với hơn một nửa bệnh nhân AML kháng trị tái phát mà không gây ra độc tính rõ ràng (7). Hơn nữa các tế bào NK đã được biến đổi này “tăng sinh, mở rộng và duy trì tăng cường phản ứng kháng bệnh bạch cầu” ở bệnh nhân (8).

Tạo ra một loại tế bào CAR nhắm mục tiêu kháng nguyên mới

Các bác sĩ lâm sàng sử dụng tế bào CAR-T để điều trị các u ác tính tế bào B như u lympho (lymphoma) và u tủy xương (myeloma), tuy nhiên đối với bệnh bạch cầu cấp dòng tủy (AML) thì việc thiếu các kháng nguyên đặc hiệu cho khối u đã dẫn đến ngộ độc, nhắm chệch mục tiêu khi cố gắng sử dụng liệu pháp tế bào T để điều trị AML. Một trong những đột biến phổ biến nhất xảy ra ở 30% số bệnh nhân AML nằm ở gene nucleophosmin-1 (NPM1). Với mục đích tạo ra một liệu pháp trúng đích đặc hiệu cho đột biến này, tiến sĩ Dong và nhóm của cô ấy đã lấy máu từ những người khỏe mạnh và tải nạp cho các tế bào CIML NK bằng lentivirus biểu hiện CAR nhận diện neoepitope NPM1c.

Phân tích tế bào đơn để lập bản đồ biểu hiện gene loại tế bào

Để phân tích đặc trưng của các tế bào CAR CIML NK, họ đã sử dụng Chromium Single Cell Gene Expression để giải trình tự RNA tế bào đơn (scRNA-seq) trên các tế bào CIML NK có CAR+ và CAR- sau lọc (sorting) từ cùng một mẻ nuôi cấy được tạo ra từ 2 nguồn cho máu ngoại vi khác nhau. Để giảm ảnh hưởng do biến động do nguồn cho, họ chỉ so sánh các tế bào CAR+ và CAR- đến từ cùng một nguồn cho.
Các phân tích hệ phiên mã cho thấy ở các tết bào CAR+ có sự gia tăng biểu hiện gene các con đường then chốt (key pathway) về tăng sinh tế bào, gấp cuộn protein, phản ứng miễn dịch và trao đổi chất, bao gồm đường phân (glycolysis) và chức năng ty thể. Thực tế rằng các con đường hoạt động và tăng sinh đã được tăng cường gợi ý rằng các tế bào CAR+ NK có khả năng thành công chống lại mục tiêu AML.

Sự giao thoa (crosstalk) là chìa khóa cho kết quả tích cực – nhưng chỉ khi có CAR tham gia

Nhóm nghiên cứu muốn biết các phân nhóm tế bào CAR+ NK biến động hoạt tính kháng khối u như thế nào khi chống lại các tế bào AML. Bằng việc sử dụng các đặc trưng riêng (signature) của hệ phiên mã tế bào đơn để tìm manh mối, đầu tiên họ nuôi cấy các tế bào CAR+ CIML NK cùng hoặc không cùng với tế bào AML, sau đó thực hiện giải trình tự RNA tế bào đơn (scRNA-seq). Thật thú vị, chỉ có một cụm (cluster) tế bào CAR+ có hồ sơ hệ phiên mã kháng khối u rõ ràng trong mẻ nuôi cấy cùng tế bào AML, mẫu chứng (control) CAR- nuôi cấy cùng tế bào AML không có sự điều hòa tăng này. Phát hiện của họ cho thấy phản ứng của các tế bào CAR+ đặc hiệu phụ thuộc vào sự tham gia của các tế bào khối u.

Liệu pháp nuôi dưỡng tế bào miễn dịch mới ở ngay đường chân trời

Nhiều loại liệu pháp điều trị u huyết học ác tính không đến đủ nhanh: nhiều bệnh nhân chết trong lúc chờ liệu pháp CAR-T, và đối với những bệnh nhân mắc các loại ung thư máu mà liệu pháp miễn dịch tế bào T không nằm trong lựa chọn thì tiên lượng thậm chí còn nghiệt ngã hơn. Thử nghiệm đầu tiên trên người này chứng minh rằng những trở ngại khi sử dụng tế bào T cho liệu pháp miễn dịch (bao gồm độc tính và sự thiếu hiệu quả) có thể khắc phục được. Nhờ các công nghệ tế bào đơn chuyên sâu, các nhà khoa học chắc chắn sẽ đạt được nhiều thành công chuyển tiếp hơn trong liệu pháp nuôi cấy tế bào miễn dịch đặc hiệu, cũng như trong lĩnh vực rộng lớn hơn là liệu pháp tế bào và gene.

Tài liệu tham khảo

1. September is Blood Cancer Awareness Month | Leukemia and Lymphoma Society.

2. CAR T Cells: Engineering Immune Cells to Treat Cancer – NCI.

3. Dong H, et al. Memory-like NK cells armed with a neoepitope-specific CAR exhibit potent activity against NPM1 mutated acute myeloid leukemia. Proc Natl Acad Sci USA 119: e2122379119 (2022). doi: 10.1073/pnas.2122379119

4. Beat AML in the Time of COVID-19: A Powerful New Video | Leukemia and Lymphoma Society.

5. Venstrom JM, et al. HLA-C-dependent prevention of leukemia relapse by donor activating KIR2DS1. N Engl J Med 367: 805–16 (2012). doi: 10.1056/NEJMoa1200503

6. Sun JC, Lanier LL. Is there natural killer cell memory and can it be harnessed by vaccination? NK cell memory and immunization strategies against infectious diseases and cancer. Cold Spring Harb Perspect Biol 10: a029538 (2018). doi: 10.1101/cshperspect.a029538

7. Romee R, et al. Cytokine-induced memory-like natural killer cells exhibit enhanced responses against myeloid leukemia. Sci Transl Med 8: 357ra123 (2016). doi: 10.1126/scitranslmed.aaf2341

8. Berrien-Elliott MM, et al. Multidimensional analyses of donor memory-like NK cells reveal new associations with response after adoptive immunotherapy for leukemia. Cancer Discov 10: 1854–1871 (2020). doi: 10.1158/2159-8290.CD-20-0312