Nên tiêm tĩnh mạch hay tiêm dưới da? Các nhà khoa học từ Trung tâm nghiên cứu vaccine thuộc Viện y tế Quốc gia (Mỹ) đã chứng minh rằng vị trí tiêm vaccine ung thư rất quan trọng. Khi so sánh 2 chiến lược tiêm chủng vaccine, họ đã phát hiện ra có 1 quần thể tế bào T CD8+ giống với tế bào gốc được tạo ra khi tiêm tĩnh mạch, điều này sẽ làm tăng khả năng: tăng sinh và bổ sung tế bào T hiệu ứng (effector T cell), tiêu diệt tế bào khối u khi kết hợp với liệu pháp chốt kiểm soát miễn dịch. Bài viết này sẽ giúp chúng ta hiểu được công nghệ giải trình tự tế bào đơn (single-cell sequencing) đã hỗ trợ cho kết luận trên của nhóm nghiên cứu như thế nào.

Vaccine giúp bảo vệ cơ thể khỏi virus. Về cơ bản, vaccine tăng cường hệ thống miễn dịch của cơ thể nhằm chống lại các kháng nguyên (antigen), vốn là các cấu trúc phân tử ngoại sinh mà tế bào miễn dịch có thể nhận biết được và thúc đẩy phản ứng miễn dịch. Tế bào T đóng vai trò quan trọng góp phần vào phản ứng phòng vệ này. Các tế bào T sẽ được kích hoạt khi mà thụ thể của chúng nhận diện và gắn lên được phức hợp “kháng nguyên – MHC” trên bề mặt của các tế bào trình diện kháng nguyên (APC). Sau khi được kích hoạt, các tế bào T đặc hiệu cho kháng nguyên đó sẽ tăng sinh và biệt hóa để đảm nhiệm vai trò bảo vệ chúng ta khỏi mầm bệnh. Trong quá trình phát triển, tế bào T và các tế bào khác làm trung gian cho phản ứng miễn dịch với kháng nguyên sẽ được giám sát và huấn luyện để không phản ứng với các kháng nguyên tự thân (self-antigen), vốn là các cấu trúc phân tử đến từ chính các tế bào của cơ thể. Điều này giúp đảm bảo rằng hệ miễn dịch sẽ không chống lại cơ thể chúng ta mà chỉ chống lại mầm bệnh ngoại lai. Tuy nhiên, điều gì sẽ xảy ra nếu như chính các tế bào của cơ thể chúng ta lại là nguồn gốc bệnh tật, chẳng hạn như tế bào ung thư? Vậy chúng ta có thể sử dụng vaccine để ngăn chặn ung thư hay không?

Câu hỏi này đã tạo ra 1 khái niệm cơ sở mới trong lĩnh vực “ung thư học chuyển tiếp” (translational oncology) đó là sử dụng vaccine ung thư cá thể hóa thể (personalized cancer vaccine) để kích thích hệ miễn dịch chống lại ung thư. Để tránh hiện tượng tự miễn, vaccine thường dựa trên các tân kháng nguyên khối u (tumor neoantigen), đó là tập hợp các peptide chỉ hiện diện duy nhất trên bề mặt tế bào ung thư. “Dưới góc độ miễn dịch, tân kháng nguyên (neoantigen) là 1 protein lạ không hiện diện trong bất kỳ mô / cơ quan bình thường nào của cơ thể” – Tiến sĩ Tao Jiang của Đại học Florida chia sẻ. Tế bào T gây độc có thể nhận diện các tân kháng nguyên và kích hoạt phản ứng chống lại tế bào ung thư, theo cách mà chúng chống lại các tế bào nhiễm virus. Vào năm 2014,  6 bệnh nhân bị ung thư tế bào hắc tố (melanoma) ở trường Đại học Y khoa Washington tại St. Louis là những người đầu tiên đã được tiêm vaccine ung thư, vaccine này sử dụng chính tế bào tua (dendritic cell) của bệnh nhân để trình diện các peptide của khối u. Trong số 3 bệnh nhân được báo cáo đều không gặp tình trạng tự miễn. Thực tế, bệnh trạng của 1 trong 3 bệnh nhân kể trên đã thuyên giảm hoàn toàn ở các tháng sau khi tiêm chủng. Ngoài ra, có sự đa dạng hơn về bộ thụ thể tế bào T đặc hiệu cho tân kháng nguyên ở những bệnh nhân kể trên, điều này làm nổi bật tiềm năng sinh miễn dịch kháng khối u của vaccine ung thư.

Vấn đề về vị trí tiêm vaccine ung thư cá thể hóa

Các nhà khoa học đã tìm cách tối ưu các nền tảng vaccine ung thư, bao gồm cách đóng gói và phân phối các peptide ung thư, vị trí tiêm vaccine để tạo phản ứng tế bào T nội sinh hiệu quả nhất, và liều lượng tối ưu nhất. Tiến sĩ Robert A. Seder và các nhà nghiên cứu ở “Trung tâm Nghiên cứu Vaccine” tại “Viện Y tế Quốc gia” là những người đi đầu trong lĩnh vực này. Sử dụng nền tảng vaccine hạt nano chứa peptide và chất chủ vận (agonist) cho TLR7/8 (Toll-like receptor 7/8) nhằm đảm bảo sự trưởng thành của các tế bào trình diện kháng nguyên (APC), nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu sự khác biệt hiệu quả tiêm vaccine giữa tiên tĩnh mạch với tiêm  dưới da (Hình 1). Liệu có 1 phương pháp tiêm sẽ hiệu quả hơn phương pháp còn lại trong việc vận chuyển tân kháng nguyên đến tế bào T hay không?

Để kiểm tra điều này, nhóm nghiên cứu đã tiêm vaccine chứa tân kháng nguyên Reps1 cho chuột bị ung thư đại trực tràng. Họ định lượng tế bào T trong máu chuột bằng cách nhuộm tetramer, trong đó Reps1 gắn trên MHC tetramer sẽ được đánh dấu bằng chất hóa học huỳnh quang (fluorophore) và đếm tế bào T đặc hiệu cho tân kháng nguyên này bằng phương pháp flow cytometry. Họ đã quan sát thấy rằng việc tiêm dưới da giúp kích thích tế bào T CD8+ đặc hiệu cho tân kháng nguyên cao gấp 20 lần so với việc tiêm tĩnh mạch. Trong đó 60% tế bào T đặc hiệu cho tân kháng nguyên được tạo ra do tiêm dưới da là tế bào hiệu ứng tồn tại trong thời gian ngắn (tế bào T gây độc), trong khi đó 60% tế bào T đặc hiệu cho tân kháng nguyên được tạo ra do tiêm tĩnh mạch là các tế bào tiền hiệu ứng (tế bào T chưa biệt hóa hoàn toàn về trạng thái hiệu ứng, nhưng nhạy với kháng nguyên). Tuy nhiên, biên độ đầy đủ về sự khác biệt kiểu hình và phiên mã giữa những quần thể tế bào T này, cũng như cách mà chúng biệt hóa dựa trên các con đường tiêm vaccine khác nhau vẫn chưa được làm rõ.

Hiểu về cách tế bào T đáp ứng với vaccine ung thư với giải trình tự tế bào đơn (scRNA-seq)

Những phát hiện trên khẳng định rằng cách sử dụng vaccine có thể ảnh hưởng đến loại tế bào T được hoạt hóa nhằm đáp ứng với tân kháng nguyên khối u. Để mô tả sâu hơn về đặc điểm, vai trò và chức năng của những tế bào T được hoạt hóa này, cũng như để xác định cách phản ứng nào sẽ đem lại hiệu quả sinh miễn dịch cao hơn thì nhóm nghiên cứu đã chuyển sang thực hiện giải trình tự RNA tế bào đơn (scRNA-seq). Họ đã thu thập lá lách của nhóm chuột khác đã được tiêm dưới da hoặc tiêm tĩnh mạch, sau đó làm giàu các tế bào T đặc hiệu với kháng nguyên bằng nhuộm tetramer và flow cytometry (Hình 2a). Phân tích sự khác biệt biểu hiện gene cho thấy có 12 cụm tế bào T riêng biệt (Hình 2b), và có sự phân tách rõ ràng giữa 2 cách tiêm chủng. Tế bào T được tìm thấy khi tiêm tĩnh mạch biểu hiện các gene giống tế bào gốc, bao gồm Tcf7, Slamf6, Xcl1, cũng như các gene liên quan đến quá trình giảm chức năng tế bào T và chống chết theo chương trình (apoptosis). Ngược lại, tế bào T được tìm thấy khi tiêm dưới da có sự biểu hiện cao ở các gene hiệu ứng như Gzmb, Klrg1, Cx3cr1, và Zeb2, và các gene này được biết đến là kích hoạt trạng thái biệt hóa cuối cùng của tế bào T gây độc. Điều này giúp xác nhận lại rằng cách thức tiêm chủng khác nhau sẽ tạo ra một kiểu phản ứng riêng của tế bào T (Hình 2c và Hình 2d).

Để xác định hiệu quả kháng khối u tương đối, nhóm đã lập mô hình khối u chuột “in vivo”, điều trị bằng vaccine và liệu pháp chốt kiểm soát miễn dịch anti-PD-L1. Đáng chú ý là họ phát hiện ra các tế bào T CD8+ đặc hiệu cho tân kháng nguyên giữa 2 cách tiêm chủng là tương đương nhau, nhưng những con chuột được tiêm dưới da không thể kiểm soát được khối u, trong khi đó những con chuột được tiêm tĩnh mạch lại có thời gian sống được kéo dài. Phân tích thành phần tế bào T từ lá lách chuột thu nhận sau 14 ngày thực hiện chương trình điều trị bằng flow cytometry đã xác nhận rằng phần lớn tế bào T có dạng giống tế bào gốc sau khi tiêm vaccine theo đường tĩnh mạch. Ngoài ra, vào ngày thứ 21 sau khi tiêm vaccine theo đường tĩnh mạch, lá lách chuột hầu hết đều biệt hóa thành tế bào hiệu ứng (effector cell), cho thấy việc tiêm tĩnh mạch đã tạo ra phản ứng kháng khối u kéo dài thông qua các tế bào T có dạng giống tế bào gốc, vốn có khả năng tăng sinh và bổ sung các tế bào hiệu ứng. Tại sao tiêm tĩnh mạch lại cho kết quả này? Nhóm nghiên cứu đã chỉ ra thông qua hình ảnh in vivo rằng có thể là do cách thức và thời gian mà các tế bào tua trình diện kháng nguyên bắt được kháng nguyên. Tiêm vaccine tĩnh mạch giúp phân phối kháng nguyên nhanh chóng và có hệ thống, còn tiêm vaccine dưới da thì kháng nguyên tồn tại trong các hạch bạch huyết, thúc đẩy phản ứng tế bào T đặc hiệu kháng nguyên và cuối cùng dẫn đến tiềm năng tăng sinh sẽ kém hơn so với tế bào T biệt hóa ở bước cuối.

Những ý nghĩa lâm sàng mới về vaccine ung thư cá thể hóa từ góc nhìn tế bào đơn

Hiệu quả của vaccine ung thư cá thể hóa cũng như các liệu pháp miễn dịch ung thư khác đều sẽ phải xác định độ lớn và chất lượng của phản ứng tế bào T. Các tế bào T có thể thâm nhập vào vi môi trường khối u (TME) và nhắm chính xác vào các tế bào ung thư hay không? Chúng có thể tiêu diệt hiệu quả các tế bào ung thư lâu dài hay không? Tiếp cận ở mức độ tế bào đơn sẽ giúp nhà nghiên cứu có hiểu biết sâu sắc về tế bào T và tìm ra các biến số lâm sàng, từ liều lượng tối ưu cho đến cách tiêm chủng, điều này có thể đảm bảo kết quả tốt nhất cho bệnh nhân khi các liệu pháp này được thử nghiệm lâm sàng và ngày sẽ có nhiều phương pháp điều trị mới.

Sơn Phạm – Lược dịch

Tài liệu tham khảo

1) 10X Genomics’ Blog (online). Understanding the T-cell response to personalized cancer vaccines,

Tài liệu tham khảo

2) Jiang, T., Shi, T., Zhang, H., Hu, J., Song, Y., Wei, J., … & Zhou, C. (2019). Tumor neoantigens: from basic research to clinical applications. Journal of hematology & oncology, 12(1), 1-13.

3) Carreno, B. M., Magrini, V., Becker-Hapak, M., Kaabinejadian, S., Hundal, J., Petti, A. A., … & Linette, G. P. (2015). A dendritic cell vaccine increases the breadth and diversity of melanoma neoantigen-specific T cells. Science, 348(6236), 803-808.

4) Lynn, G. M., Sedlik, C., Baharom, F., Zhu, Y., Ramirez-Valdez, R. A., Coble, V. L., … & Seder, R. A. (2020). Peptide–TLR-7/8a conjugate vaccines chemically programmed for nanoparticle self-assembly enhance CD8 T-cell immunity to tumor antigens. Nature biotechnology, 38(3), 320-332.

5) Baharom, F., Ramirez-Valdez, R. A., Tobin, K. K., Yamane, H., Dutertre, C. A., Khalilnezhad, A., … & Seder, R. A. (2021). Intravenous nanoparticle vaccination generates stem-like TCF1+ neoantigen-specific CD8+ T cells. Nature immunology, 22(1), 41-52.