Tế bào car t là gì? Các bài nghiên cứu khoa học liên quan

Giới thiệu về tế bào CAR-T

Tế bào CAR-T (Chimeric Antigen Receptor T-cell) là một loại tế bào miễn dịch được thiết kế bằng kỹ thuật sinh học phân tử để tấn công trực tiếp vào tế bào ung thư. Khác với các phương pháp điều trị truyền thống như hóa trị hoặc xạ trị, liệu pháp này dựa trên việc khai thác chính hệ thống miễn dịch của cơ thể người bệnh, cụ thể là các tế bào T, một thành phần quan trọng trong đáp ứng miễn dịch thích ứng. Khi các tế bào T được trang bị thêm thụ thể kháng nguyên tổng hợp (CAR), chúng trở thành công cụ đặc hiệu để nhận diện và tiêu diệt tế bào ác tính.

Mục tiêu chính của liệu pháp CAR-T là giải quyết vấn đề kháng thuốc và tái phát trong ung thư máu. Trong nhiều trường hợp, bệnh nhân mắc bệnh bạch cầu hoặc lymphoma tái phát sau khi điều trị bằng các phương pháp chuẩn, và CAR-T đã chứng minh hiệu quả vượt trội với khả năng đưa một số bệnh nhân đạt được tình trạng thuyên giảm hoàn toàn. Chính vì vậy, liệu pháp này được coi là một trong những tiến bộ y học quan trọng nhất của thế kỷ XXI.

Điểm đáng chú ý là CAR-T có cơ chế hoạt động độc lập với sự trình diện kháng nguyên qua phân tử MHC. Đây là lợi thế lớn, bởi nhiều loại tế bào ung thư thường né tránh miễn dịch bằng cách giảm biểu hiện MHC trên bề mặt. Do đó, việc sử dụng CAR-T mở ra triển vọng điều trị những trường hợp khó kiểm soát bằng liệu pháp miễn dịch truyền thống.

Cấu trúc của thụ thể CAR

Thụ thể CAR được thiết kế để mô phỏng cách kháng thể nhận diện kháng nguyên, nhưng lại gắn liền với tế bào T nhằm khai thác sức mạnh gây độc tế bào của chúng. Cấu trúc cơ bản của CAR gồm ba thành phần chính: miền nhận diện kháng nguyên, miền xuyên màng và miền nội bào tín hiệu. Trong đó, miền nhận diện thường là một đoạn kháng thể đơn chuỗi (scFv), có khả năng gắn chặt vào phân tử bề mặt đặc hiệu của tế bào ung thư.

Miền xuyên màng giữ vai trò neo thụ thể vào màng tế bào T, đảm bảo tính ổn định của cấu trúc. Miền nội bào chứa các chuỗi tín hiệu giúp kích hoạt tế bào T khi CAR nhận diện được kháng nguyên. Ở thế hệ đầu tiên, miền này chỉ chứa CD3ζ – phân tử truyền tín hiệu cơ bản cho hoạt động của tế bào T. Tuy nhiên, hiệu quả của thế hệ này khá hạn chế do thiếu các tín hiệu đồng kích thích cần thiết cho sự tồn tại lâu dài và khả năng tăng sinh.

Sự phát triển của công nghệ đã cho ra đời các thế hệ CAR tiên tiến hơn. Thế hệ thứ hai bổ sung thêm một miền đồng kích thích như CD28 hoặc 4-1BB, giúp tăng cường hoạt tính chống ung thư và độ bền của tế bào. Thế hệ thứ ba kết hợp nhiều miền đồng kích thích cùng lúc, trong khi thế hệ thứ tư còn được gọi là \"armored CAR-T\", có khả năng tiết ra cytokine nhằm cải thiện môi trường vi mô khối u. Bảng sau đây so sánh đặc điểm của các thế hệ CAR:

\n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n

Thế hệ	Cấu trúc chính	Đặc điểm nổi bật
Thế hệ 1	CD3ζ	Khả năng tiêu diệt thấp, ít tồn tại lâu dài
Thế hệ 2	CD3ζ + CD28/4-1BB	Tăng sinh mạnh, hiệu quả lâm sàng cao
Thế hệ 3	CD3ζ + nhiều miền đồng kích thích	Đáp ứng bền vững, nghiên cứu tiền lâm sàng
Thế hệ 4	CAR-T tiết cytokine	Thay đổi vi môi trường khối u, tiềm năng khối u rắn

Cơ chế hoạt động

Sau khi được truyền trở lại vào cơ thể, tế bào CAR-T sẽ lưu hành trong máu và tìm kiếm các tế bào biểu hiện kháng nguyên mục tiêu. Khi miền nhận diện scFv của CAR gắn với kháng nguyên, tín hiệu truyền qua miền CD3ζ và các miền đồng kích thích sẽ kích hoạt tế bào T. Kết quả là tế bào T trở nên hoạt hóa mạnh mẽ, phóng thích các phân tử gây độc và các cytokine để tiêu diệt tế bào đích.

Hai cơ chế chính để CAR-T tiêu diệt tế bào ung thư bao gồm:

\n
• Giải phóng perforin và granzym: perforin tạo lỗ trên màng tế bào ung thư, cho phép granzym xâm nhập và kích hoạt quá trình chết tế bào theo lập trình.
\n
• Tiết cytokine như IFN-γ và TNF-α: giúp khuếch đại phản ứng miễn dịch, thu hút thêm các tế bào miễn dịch khác tham gia tiêu diệt.
\n

\n

Một ưu điểm quan trọng của cơ chế này là CAR-T không phụ thuộc vào phân tử MHC. Nhiều tế bào ung thư trốn tránh hệ miễn dịch bằng cách giảm biểu hiện MHC, nhưng CAR-T vẫn có thể nhận diện và tấn công nhờ trực tiếp gắn vào kháng nguyên bề mặt.

Ngoài ra, một số tế bào CAR-T còn có khả năng phân chia và tạo thành các tế bào nhớ, duy trì trong cơ thể bệnh nhân lâu dài. Điều này mang lại hiệu quả điều trị bền vững, giảm nguy cơ tái phát so với nhiều liệu pháp khác.

Quy trình sản xuất tế bào CAR-T

Quy trình sản xuất CAR-T là một chuỗi bước công nghệ cao, được thực hiện trong điều kiện nghiêm ngặt để đảm bảo an toàn và hiệu quả. Bước đầu tiên là thu thập tế bào T từ máu bệnh nhân thông qua quy trình gọi là leukapheresis, trong đó bạch cầu được tách ra và phần còn lại của máu được trả lại cơ thể. Đây là nguồn nguyên liệu ban đầu để chế tạo CAR-T.

Sau khi thu thập, các tế bào T sẽ được kích thích để tăng sinh và trở nên nhạy cảm với quá trình chỉnh sửa gen. Việc đưa gen mã hóa CAR vào tế bào thường được thực hiện bằng vector virus như lentivirus hoặc retrovirus. Các vector này đã được thiết kế đặc biệt để mất khả năng gây bệnh nhưng vẫn giữ khả năng chèn gen vào DNA của tế bào chủ. Ngoài ra, một số công nghệ phi virus như CRISPR/Cas9 hoặc hệ thống transposon Sleeping Beauty cũng đang được nghiên cứu để giảm chi phí và tăng tính linh hoạt.

Khi tế bào đã mang gen CAR, chúng được nuôi cấy trong các bioreactor để nhân số lượng lên đến hàng trăm triệu. Quá trình này thường mất từ 1 đến 2 tuần. Sau đó, sản phẩm tế bào được tinh sạch, kiểm định chất lượng nhằm đảm bảo tính vô trùng, khả năng sống và mức độ biểu hiện CAR đạt yêu cầu. Cuối cùng, tế bào CAR-T được đông lạnh hoặc truyền ngay trở lại cho bệnh nhân.

Quy trình có thể tóm tắt theo sơ đồ:

\n

\n
1. Thu thập tế bào T từ máu bệnh nhân.
\n
2. Kích hoạt và chỉnh sửa gen để đưa thụ thể CAR vào tế bào.
\n
3. Nuôi cấy mở rộng trong môi trường kiểm soát.
\n
4. Kiểm tra chất lượng sản phẩm tế bào.
\n
5. Truyền ngược tế bào CAR-T vào bệnh nhân.
\n

\n

Đặc điểm quan trọng của quy trình này là tính cá thể hóa, vì mỗi sản phẩm CAR-T hiện nay đều được thiết kế từ tế bào của chính bệnh nhân. Điều này đảm bảo tính tương thích miễn dịch cao nhưng cũng làm tăng chi phí và kéo dài thời gian sản xuất.

Ứng dụng lâm sàng

Liệu pháp CAR-T đã trở thành một trong những đột phá lớn nhất trong điều trị ung thư huyết học. Nhiều sản phẩm thương mại đã được Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) phê duyệt, minh chứng cho tính hiệu quả lâm sàng vượt trội. Trong số đó, đáng chú ý nhất là Yescarta (axicabtagene ciloleucel) và Kymriah (tisagenlecleucel). Các liệu pháp này đã được chứng minh có thể mang lại tỷ lệ đáp ứng cao cho những bệnh nhân đã thất bại với nhiều phác đồ điều trị trước đó.

Trong bệnh leukemia lymphoblastic cấp tính (ALL) ở trẻ em và thanh thiếu niên, Kymriah đã đạt tỷ lệ đáp ứng hoàn toàn trên 80% trong một số thử nghiệm lâm sàng. Đối với lymphoma không Hodgkin, Yescarta cho thấy hiệu quả đáng kể ở bệnh nhân tái phát hoặc kháng trị, với tỷ lệ thuyên giảm kéo dài trên một năm ở nhiều trường hợp. Đây là kết quả rất đáng chú ý, bởi nhóm bệnh nhân này thường có tiên lượng xấu.

Bên cạnh đó, các thử nghiệm lâm sàng hiện tại đang mở rộng sang các loại ung thư khác như đa u tủy, ung thư phổi, và ung thư vú ba âm tính. Tuy nhiên, việc áp dụng CAR-T trong khối u rắn vẫn gặp nhiều khó khăn do môi trường vi mô khối u phức tạp và khả năng thâm nhập của tế bào miễn dịch bị hạn chế.

Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm: Liệu pháp CAR-T mang lại nhiều lợi thế so với các phương pháp truyền thống. Đầu tiên là tính đặc hiệu: nhờ khả năng nhận diện trực tiếp kháng nguyên bề mặt, CAR-T tiêu diệt tế bào ung thư với độ chính xác cao. Thứ hai là hiệu quả mạnh mẽ: nhiều bệnh nhân giai đoạn muộn hoặc kháng trị đã đạt được thuyên giảm hoàn toàn sau khi sử dụng CAR-T. Thứ ba, liệu pháp này có thể tạo ra các tế bào nhớ, giúp kéo dài khả năng miễn dịch chống ung thư.

Hạn chế: Dù đầy hứa hẹn, CAR-T vẫn tồn tại nhiều điểm yếu. Chi phí điều trị cực kỳ cao, lên đến hàng trăm nghìn đô la Mỹ cho một liệu trình, khiến nhiều bệnh nhân khó tiếp cận. Ngoài ra, quy trình sản xuất cá thể hóa kéo dài nhiều tuần, gây bất lợi cho bệnh nhân cần điều trị khẩn cấp. Đặc biệt, tác dụng phụ nghiêm trọng là rào cản lớn cho việc phổ biến rộng rãi liệu pháp này.

Bảng sau đây tóm tắt các ưu điểm và hạn chế chính:

\n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n

Ưu điểm	Hạn chế
Tính đặc hiệu cao với kháng nguyên đích	Chi phí sản xuất và điều trị cao
Khả năng tiêu diệt tế bào ung thư mạnh mẽ	Nguy cơ tác dụng phụ nghiêm trọng
Tạo ra miễn dịch nhớ, duy trì lâu dài	Thời gian sản xuất lâu, quy trình phức tạp
Hiệu quả ở bệnh nhân kháng trị	Khó áp dụng cho khối u rắn

Tác dụng phụ và quản lý

Một trong những thách thức lớn nhất khi áp dụng CAR-T là quản lý tác dụng phụ. Hai biến chứng chính thường gặp là hội chứng giải phóng cytokine (CRS) và độc tính thần kinh liên quan đến miễn dịch (ICANS). CRS xảy ra khi CAR-T được kích hoạt ồ ạt, giải phóng một lượng lớn cytokine như IL-6, TNF-α và IFN-γ, dẫn đến tình trạng sốt cao, tụt huyết áp và nguy cơ suy đa cơ quan.

Độc tính thần kinh thường biểu hiện bằng lú lẫn, mất khả năng ngôn ngữ, co giật, thậm chí phù não. Các triệu chứng này có thể xuất hiện vài ngày sau truyền CAR-T và đòi hỏi giám sát thần kinh liên tục. Mặc dù đa số bệnh nhân hồi phục, nhưng trong một số trường hợp nặng, biến chứng này có thể đe dọa tính mạng.

Để kiểm soát, thuốc tocilizumab – một kháng thể đơn dòng ức chế thụ thể IL-6 – thường được sử dụng điều trị CRS. Corticosteroid cũng có thể được áp dụng khi bệnh nhân gặp biến chứng thần kinh nặng. Việc quản lý an toàn CAR-T hiện nay là một phần quan trọng trong các phác đồ điều trị tại bệnh viện, yêu cầu đội ngũ y tế được đào tạo chuyên sâu.

Thế hệ tiếp theo và xu hướng nghiên cứu

Sự phát triển của CAR-T không dừng lại ở thế hệ hiện tại. Các nhà khoa học đang tập trung cải tiến để khắc phục nhược điểm và mở rộng phạm vi ứng dụng. Một xu hướng nổi bật là thiết kế CAR-T có công tắc bật/tắt, cho phép bác sĩ điều chỉnh hoạt tính của tế bào bằng thuốc. Điều này giúp kiểm soát độc tính và tăng tính an toàn.

Một hướng đi khác là phát triển CAR-T allogeneic, tức là dùng tế bào T từ người hiến thay vì bệnh nhân. Phương pháp này có tiềm năng giảm chi phí và rút ngắn thời gian sản xuất, đưa CAR-T trở thành sản phẩm \"sẵn dùng\". Tuy nhiên, nó cũng đặt ra thách thức về nguy cơ thải ghép và phản ứng miễn dịch không mong muốn.

Kết hợp CAR-T với các liệu pháp khác như thuốc ức chế điểm kiểm soát miễn dịch cũng là xu hướng được nghiên cứu mạnh mẽ. Sự cộng hưởng này có thể vượt qua cơ chế né tránh miễn dịch của khối u rắn. Ngoài ra, công nghệ chỉnh sửa gen tiên tiến như CRISPR/Cas9 đang được ứng dụng để tăng độ chính xác và hiệu quả của CAR-T.

Thách thức và triển vọng trong tương lai

Dù đã đạt nhiều thành tựu, CAR-T vẫn còn đối diện với nhiều rào cản. Thách thức đầu tiên là mở rộng sang điều trị khối u rắn, nơi mà môi trường vi mô ức chế miễn dịch, thiếu oxy và hàng rào vật lý làm giảm hiệu quả xâm nhập của tế bào T. Thứ hai, chi phí sản xuất và sự cá thể hóa khiến việc phổ biến liệu pháp này trên quy mô toàn cầu trở nên khó khăn. Thứ ba, nguy cơ tái phát vẫn tồn tại khi tế bào ung thư mất biểu hiện kháng nguyên đích.

Trong tương lai, triển vọng của CAR-T gắn liền với cải tiến công nghệ và hợp tác đa ngành. Các nền tảng chỉnh sửa gen tiên tiến, quy trình sản xuất tự động hóa và những chiến lược kết hợp liệu pháp có thể giúp giảm chi phí, tăng an toàn và mở rộng phạm vi ứng dụng. Nếu thành công, CAR-T có thể trở thành một phần không thể thiếu trong điều trị ung thư hiện đại.

Với sự đầu tư mạnh mẽ từ các công ty dược phẩm lớn và các trung tâm nghiên cứu hàng đầu, CAR-T hứa hẹn tiếp tục là tâm điểm trong nghiên cứu y học và mang lại cơ hội sống cho nhiều bệnh nhân trên toàn thế giới.

Tài liệu tham khảo

1. Maude SL et al. "Tisagenlecleucel in Children and Young Adults with B-Cell Lymphoblastic Leukemia." New England Journal of Medicine, 2018. https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa1709866
2. June CH et al. "CAR T cell immunotherapy for human cancer." Science, 2018. https://www.science.org/doi/10.1126/science.aar6711
3. Brudno JN, Kochenderfer JN. "Toxicities of chimeric antigen receptor T cells: recognition and management." Blood, 2016. https://doi.org/10.1182/blood-2016-04-703751
4. FDA. "Approved Cellular and Gene Therapy Products." https://www.fda.gov/vaccines-blood-biologics/cellular-gene-therapy-products/approved-cellular-and-gene-therapy-products
5. Synthego. "CRISPR for CAR-T Cell Therapy." https://www.synthego.com/blog/crispr-car-t-cells