Sử dụng Exosome trong Y học: Phương tiện lây lan và mang thuốc nano tác dụng tại đích

Giới thiệu

Exosome là những túi bào tử kích thước rất nhỏ có đường kính từ 30-100 nm do tế bào sống tiết ra. Được phát hiện từ những năm 1980, nhưng gần đây exosome mới thu hút sự quan tâm lớn của các nhà khoa học làm tính ứng dụng lớn trong kỳ vọng và điều trị bệnh, từ ung thư cho đến các bệnh thần kinh. Trong bài báo này, chúng tôi cung cấp độc giả những thông tin mới nhất về exosome và ứng dụng của chúng trong học tập. 

Lịch sử phát triển

Thuật ngữ 'exosome' được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1981 để mô tả những vi túi bào mang hoạt tính 5'-nucleotidase do tế bào ung thư tiết ra [1]. Nhóm nghiên cứu quan sát đã tìm thấy những túi khí với kích thước 40 nm dưới kính hiển thị vi điện tử. Tuy nhiên, họ chỉ mong đợi những túi tế bào nhỏ này có tác dụng sinh lý mà không chỉ ra vai trò của chúng trong tế bào. Nghiên cứu về exosome tiến phát triển rất chậm qua hai thu kỷ sau đó cho đến năm 2007, khi một nhóm nhà khoa học tại Đại học Gothenberg, Thụy Điển công bố trên tạp chí Nature Cell Biology một khám phá quan trọng về vai trò chơi của exosome [2]. Trong công bố khoa học này, nhóm nghiên cứu đã chứng minh các tế bào có thể sử dụng exosome để trao đổi thông tin di truyền với nhau thông qua việc truyền các phân tử RNA, bao gồm cả RNA thông tin (RNA thông tin hay mRNA ) và micro RNA (miRNA). Sau đó một năm, tiến sĩ Johan Skog tại bệnh viện đa khoa Massachusetts, Mỹ đã phát hiện ra vai trò cung cấp khối u lớn lên của exosome thông qua vận chuyển nguyên liệu giữa các tế bào ung thư như RNA thông tin, microRNA, và các protein có vai trò trong quá trình hình thành mạch máu (tạo mạch) [3]. Kể từ đây, một lĩnh vực tiềm năng mới đã xuất hiện, tập trung vào công việc tìm hiểu vai trò, cơ chế và ứng dụng của exosome trong ngành Y Sinh.

Cấu hình, tạo cấu hình và vai trò của exosome

Exosome hình thành khi các túi bào tử (túi) từ yên nội thể (endosome) dung hợp với màng tế bào chất và được tiết ra ngoài tế bào (Hình 1). Exosome chứa nhiều mRNA, miRNA, protein và các chất điện tử được bảo vệ xung quanh một lớp kép lipid [4]. Tất cả tế bào sống đều tiết ra exosome, vì vậy exosome có mặt trong hầu hết các dịch cơ thể như máu, nước tiểu, nước bọt, và sữa. Đặc tính này mang lại tiềm năng exosome rất lớn, ví dụ nó có thể được sử dụng làm chất chỉ thị để mong đợi bệnh.

Hình 1. Minh họa quá trình trao đổi exosome giữa hai tế bào.

Mặc dù trò chơi của exosome vẫn còn nhiều ẩn giấu và đang tiếp tục được khám phá, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra một trong những trò chơi rất quan trọng của exosome có khả năng chuyển đến các phần lớn của cơ thể và truyền tải thông tin giữa các tế bào. Tuy nhiên, đây cũng là một mối đe dọa lớn trong quá trình phát hiện bệnh (sinh bệnh), ví dụ ung thư. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, tế bào ung thư lợi ích exosome để thực hiện quá trình xâm lấn và kháng hóa trị liệu [5,6]. Năm 2015, Costa-Silva B và cộng đồng đã được tìm thấy bằng chứng cho thấy tế bào ung thư đã sử dụng exosome để vận hành chuyển nguyên liệu cần thiết hướng tới những chuẩn bị lành mạnh cho quá trình di căn [7].

Ứng dụng trong Y học và Phát triển Tương Lai

Mặc dù exosome mới được nghiên cứu trong những năm gần đây, nhưng các nhà khoa học đã tìm thấy những tiềm năng lớn nhất của exosome trong Y học. Hai tiềm năng được chú ý nhất là sử dụng exosome trong thiết bị đánh dấu dự đoán bệnh và sử dụng exosome như một loại thuốc nano kích thước tiện lợi đến đích tác dụng. 

Dấu ấn dự đoán bệnh — Để tìm hiểu cơ chế phát hiện bệnh, cách tốt nhất là có được mô sinh thiết (sinh thiết) của cơ quan bệnh để kiểm tra hình thái, cấu trúc và dấu ấn sinh học (dấu ấn sinh học). Tuy nhiên, phương pháp này không tiện lợi và gây đau đớn cho người bệnh, đặc biệt khi với những bộ phận khó có thể cảnh hoặc đóng vai trò sống còn như não và tim. Các nhà khoa học đã tận dụng tối đa khả năng chuyển đổi khắp các cơ sở của exosome và sự tồn tại của chúng trong các dịch vụ của cơ thể như máu, nước tiểu để phát triển exosome thành dấu dự đoán bệnh, đặc biệt là ung thư.

 Trong một nghiên cứu lâm sàng sẵn sàng hành động trên 250 bệnh nhân công bố trên tạp chí Nature năm 2015, nhóm nghiên cứu tại Viện ung thư MD Anderson, Mỹ phát hiện ra exosome tiết ra từ tế bào ung thư tuyến tụy chứa rất nhiều glypican -1 (GPC1) [9]. Nhóm nghiên cứu đã chứng minh có thể sử dụng exosome mang GPC1 làm dấu ấn đặc hiệu cho ung thư tuyến tụy.

Cuối tháng 1 năm 2016, công ty Exosome Diagnostics ở Cambridge, Massachusetts, Mỹ đã chọn lưu hành sản phẩm thương mại đầu tiên trên thế giới sử dụng exosome trong máu bệnh nhân để chờ đợi ung thư có tên là ExoDx Lung (ALK) [số 8]. Thiết bị này có khả năng phát hiện và phân biệt 5 loại đột biến khác nhau trong gen ALK gây ra các bệnh ung thư phổi không phải tế bào nhỏ (ung thư phổi không phải tế bào nhỏ, NSCLC). Vì mỗi loại xung đột này nhạy cảm khác nhau với hai loại thuốc ức chế enzyme ALK là Xalkori (crizotinib) và Zykadia (ceritinib), thiết bị ExoDx Lung giúp các bác sĩ có loại thuốc phù hợp nhất nhất cho bệnh từng nhân. Đây thực sự là một cột đèn trong lĩnh vực nghiên cứu exosome. Kết quả từ những nghiên cứu về exosome gần đây hứa hẹn sẽ thúc đẩy sự phát triển của nhiều sản phẩm thương mại tương tự như ExoDx Lung trong thời gian tới đây.

 Phương tiện nano mang thuốc tác dụng tại— Exosome, là những cấu trúc nội sinh (nội sinh), có thể chuyển đi khắp các tế bào, mô, và các cơ quan trong cơ thể như những con thuyền để trao đổi thông tin Giữa các tế bào, vì vậy những “con thuyền” exosome đã được nghiên cứu nhằm thúc đẩy thuốc đến đích tác dụng. Năm 2011, tiến sĩ Matthew Wood, Đại học Oxford, Anh cùng cộng sự công bố khả năng ứng dụng exosome để mang RNA can thiệp (RNA can thiệp nhỏ, siRNA) gây bất hoạt enzyme BACE1-một protein quan trọng trong quá trình phát hiện bệnh Alzheimer [10]. Điều này thực sự đã mở ra một nghiên cứu về một khái niệm mới trong Y học nano, được sử dụng exosome để vận chuyển thuốc đến đích tác dụng.

Gần đây nhất, vào năm 2016, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Bắc Carolina, Chapel Hill, Mỹ đã thành công trong việc sử dụng gói phân tử thuốc paclitaxel, hiện đang được sử dụng để điều trị ung thư vú, phổi và tuyến bổ sung vào các exosome rồi giải phóng thuốc từ [11]. Nhóm nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả điều trị của phương pháp này trên chuột mang khối u. Than chí, hiệu quả điều trị đối với một dòng tế bào kháng thuốc còn đạt được với đơn giản hơn thông thường 50 lần. Đây là kết quả rất phát triển hy vọng, vì thực tế có rất nhiều thuốc diệt tế bào ung thư tác dụng tốt nhưng không thể đạt được mục tiêu tác dụng hoặc gây ra nhiều tác dụng phụ nên phải dùng khối lượng lớn.

Tuy nhiên, exosome cũng có những lợi ích cần giải quyết. Thứ nhất, bản thân exosome không đồng nhất về mặt thành phần cấu tạo, kích thước, và nguồn gốc (các tế bào khác nhau hay bệnh nhân khác nhau), gây khó khăn trong điều chế. Thứ hai, phương pháp đưa thuốc vào trong exosome Đòi hỏi công nghệ cao. Cuối cùng, vẫn còn quá sớm để xác nhận exosome an toàn khi người dùng cơ bản ( in vivo ) thiếu thông tin về tác dụng dược lý [12]. Do đó, để đưa vào sử dụng cho bệnh nhân, exosome cần được bào chế và thử nghiệm lâm sàng chặt chẽ.

Kết luận

Exosome đã mở ra một lĩnh vực mới thu hút sự quan tâm lớn của các nhà khoa học và công ty công nghệ sinh học ở nhiều lĩnh vực khắp nơi trên thế giới. Với những thành công bước đầu trong công việc sử dụng exosome để đoán ung thư, cùng với tiềm năng lớn của exosome đang tiếp tục được khai thác thác, chúng ta hoàn toàn có thể hi vọng vào một tương lai gần rất exosome sẽ được sử dụng sử dụng rộng rãi trong Y học để điều trị và dự đoán nhiều bệnh như ung thư, bệnh thần kinh hay tim mạch.

Lưu ý: Lê Hoàng hiện đang nghiên cứu sinh tại Trung tâm nghiên cứu thần kinh-mạch máu SNU-Harvard. Khoa Dược, Đại học quốc gia Seoul, Seoul, Hàn Quốc. Ngô Hoàng Kiều Chi đang nghiên cứu sinh tại Trung tâm nghiên cứu ung thư. Khoa Dược, Đại học quốc gia Seoul, Seoul, Hàn Quốc.

Biên tập viên:   Đàm Xuân Thái