Tổng quan luận án

Bệnh đa u tủy xương (Multiple Myeloma - MM) là bệnh lý ác tính dòng tương bào đặc trưng bởi sự tăng sinh vô tính của các tương bào ác tính trong vi môi trường tủy xương. Mặc dù sự phát triển của kỹ thuật ghép tế bào gốc tự thân và các thuốc điều trị mới (như thalidomide, lenalidomide, bortezomib) đã cải thiện thời gian sống thêm của người bệnh, đa u tủy xương vẫn là bệnh lý khó điều trị dứt điểm do hiện tượng kháng hóa chất và tái phát cao. Liệu pháp miễn dịch sử dụng tế bào tua (Dendritic Cell - DC) nạp kháng nguyên khối u là một hướng tiếp cận tiềm năng nhằm kích hoạt đáp ứng miễn dịch tế bào lympho T đặc hiệu để tiêu diệt tế bào u. Tuy nhiên, hiệu quả lâm sàng của liệu pháp DC phụ thuộc chặt chẽ vào nguồn kháng nguyên, mức độ sinh miễn dịch của kháng nguyên, cũng như khả năng định hướng tế bào DC phân cực đáp ứng Th1.

Khoảng trống nghiên cứu được luận án chỉ ra bao gồm:

  1. Phương pháp tạo kháng nguyên toàn phần từ tế bào u chiếu xạ tia cực tím B (UVB) truyền thống cần thời gian ủ dài (16 giờ) nhưng mức độ kích thích giải phóng các phân tử tín hiệu nguy hiểm (Danger-Associated Molecular Patterns - DAMPs) chưa tối ưu, dẫn đến hạn chế trong việc kích thích tế bào DC tiết interleukin-12p70 (IL-12p70) và cảm ứng tế bào Th1.
  2. Dữ liệu biểu hiện của các kháng nguyên liên quan đến tiên lượng sống còn kém (như BCMA, STEAP1, DEPDC1A, hTERT) trên các phân nhóm bệnh nhân đa u tủy xương người Hàn Quốc còn thiếu, gây khó khăn cho việc lựa chọn kháng nguyên tái tổ hợp phổ quát cho vaccine DC.

Mục tiêu nghiên cứu:

  1. Đánh giá ảnh hưởng của hạt nano oxit sắt siêu thuận từ phủ polyethylenimine phân nhánh (bPEI-SPIONs) kết hợp chiếu xạ UVB lên quá trình chết theo chương trình (apoptosis), sự giải phóng DAMPs của dòng tế bào U266, và hiệu quả phân cực Th1 của tế bào DC nạp kháng nguyên này.
  2. Khảo sát mức độ biểu hiện mức độ phiên mã (mRNA) của 4 gen mục tiêu liên quan đến tiên lượng sống sót kém (BCMA, STEAP1, DEPDC1A, hTERT) trên các phân nhóm bệnh nhân đa u tủy xương người Hàn Quốc để xác định ứng viên kháng nguyên phù hợp cho phát triển vaccine DC.
  3. Tổng quan hệ thống các hướng tiếp cận phát triển vaccine miễn dịch tế bào tua từ thực nghiệm đến ứng dụng lâm sàng trong điều trị đa u tủy xương.

Câu hỏi nghiên cứu:

  1. Việc xử lý hạt nano bPEI-SPIONs có làm tăng độ nhạy cảm của tế bào U266 với tia UVB thông qua cảm ứng tạo các gốc oxy hóa hoạt động (ROS) và thúc đẩy tế bào tiến nhanh vào giai đoạn apoptosis muộn/hoại tử thứ phát giải phóng DAMPs hay không?
  2. Kháng nguyên tế bào u xử lý bPEI-SPIONs ủ 2 giờ sau chiếu xạ UVB có làm biến đổi kiểu hình trưởng thành, khả năng di chuyển và khả năng cảm ứng tiết IL-12p70 của tế bào DC cũng như mức độ phân cực Th1 của tế bào lympho T hay không?
  3. Mô hình biểu hiện của các gen BCMA, STEAP1, DEPDC1A và hTERT trên các quần thể tế bào CD138+ và CD138- tủy xương cũng như tế bào đơn nhân máu ngoại vi (PBMC) ở bệnh nhân đa u tủy xương chuỗi nhẹ, IgG và IgA khác biệt như thế nào so với người khỏe mạnh?

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Dòng tế bào đa u tủy xương người U266; tế bào đơn nhân (monocyte CD14+) phân lập từ máu ngoại vi của người hiến khỏe mạnh để biệt hóa thành tế bào DC; tế bào lympho T CD4+ đồng loại (allogeneic naive CD4+ T cells); mẫu tủy xương và máu ngoại vi từ 9 bệnh nhân đa u tủy xương người Hàn Quốc.
  • Phạm vi thời gian và địa điểm: Nghiên cứu được thực hiện tại Bộ môn Y học Phân tử, Trường Sau đại học, Đại học Quốc gia Chonnam, Hàn Quốc, hoàn thành và bảo vệ vào tháng 8 năm 2015.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án điểm lại các công trình nghiên cứu nền tảng về vaccine tế bào tua và kháng nguyên khối u:

  • Vaccine tế bào toàn phần và phương pháp apoptosis: Jaffee (2006) và Lee (2012) nhấn mạnh việc sử dụng tế bào u toàn phần (thể apoptotic, dịch ly giải, RNA) giúp cung cấp đầy đủ phổ kháng nguyên mà không cần xác định trước epitope đặc hiệu. Mulé (2002) phân tích so sánh giữa tế bào hoại tử và tế bào apoptosis trong việc kích thích miễn dịch DC. Parish (2006) và Yamasaki (2008) làm rõ cơ chế thực bào tĩnh (silent phagocytosis) khi đại thực bào tiếp xúc thể apoptosis sớm (kháng viêm), ngược lại thể apoptosis muộn/hoại tử thứ phát sẽ kích hoạt phản ứng viêm.
  • Cảm ứng chết tế bào sinh miễn dịch (Immunogenic Cell Death - ICD): Nhóm nghiên cứu của Lee và cộng sự (2011, 2012) đã phát triển kỹ thuật tạo tế bào u chết sinh miễn dịch bằng cách phối hợp JSI-124 và bortezomib trên mô hình đa u tủy xương, hoặc sử dụng DC phân cực alpha-type 1 nạp tế bào ung thư vú/đa u tủy xương đồng loại (Kim et al., 2012). Kepp và cộng sự (2011), Lotze (2007), Calderwood (2007) xác lập vai trò của các phân tử tín hiệu nguy hiểm như Heat Shock Proteins (Hsp70, Hsp90) và High-Mobility Group Box 1 (HMGB1) trong việc kích hoạt thụ thể miễn dịch và thúc đẩy tế bào DC định hướng đáp ứng Th1 (Telusma et al., 2006; Greensmith, 2010).
  • Ứng dụng hạt nano SPIONs: Dong và cộng sự (2014) chỉ ra SPIONs làm tăng áp lực stress oxy hóa thông qua khuếch đại sản sinh ROS nội bào. Cho (2012), Yu và cộng sự (2012), Muthiah và cộng sự (2013) phát triển các hệ hạt SPION bọc bPEI (bPEI-SPIONs) nhằm giảm độc tính tế bào, tăng độ ổn định trong môi trường phân tán và tăng cường ái lực gắn màng, đưa phức hợp vào tế bào. Zhang và cộng sự (2011) khảo sát ảnh hưởng trực tiếp của SPION lên tế bào DC.
  • Các kháng nguyên trong đa u tủy xương: Kháng nguyên Idiotype (Id) được sử dụng trong các thử nghiệm ban đầu (Lee, 2012), nhưng hiệu quả hạn chế do tính sinh miễn dịch yếu và gây dung nạp tế bào T khi nồng độ protein Id tự do trong huyết thanh quá cao. Các kháng nguyên liên quan đến u (TAAs) bao gồm họ Cancer-Testis Antigens (MAGE-A1, MAGE-A3, MAGE-C1, MAGE-C2, NY-ESO-1, SSX...), MUC-1, DKK1, CD138, XBP1, CS1, survivin... được phân tích qua các công trình của Maas và cộng sự (2014). Đối với các gen mục tiêu của luận án: BCMA được Arendt (2003), He (2004), Reme (2008) chứng minh biểu hiện chọn lọc trên tương bào ác tính và kích hoạt tín hiệu sống sót qua con đường NF-κB; STEAP1 liên quan đến tiên lượng sống còn thấp ở nhiều ung thư (Siedentopf, 2010); DEPDC1A là yếu tố tiên lượng xấu trong đa u tủy xương (Ishii, 2010); hTERT và hoạt tính telomerase được Weinberg (2011), Shay (2005), Brennan (2010) xác định là dấu ấn duy trì độ dài đầu mút nhiễm sắc thể cho sự phân chia liên tục của tế bào u.

Khoảng trống luận án giải quyết: Luận án kết hợp ứng dụng vật liệu nano bPEI-SPIONs với chiếu xạ UVB để rút ngắn thời gian điều chế kháng nguyên tế bào u U266 (từ 16 giờ xuống 2 giờ), tối ưu hóa việc tạo ROS và giải phóng các DAMPs sinh miễn dịch (Hsp70, Hsp90, HMGB1), từ đó nâng cao chất lượng phân cực Th1 của tế bào DC. Đồng thời, luận án thực hiện định lượng biểu hiện của 4 gen tiềm năng (BCMA, STEAP1, DEPDC1A, hTERT) trên mẫu lâm sàng thực tế của bệnh nhân đa u tủy xương người Hàn Quốc phân theo các thể huyết thanh học để chọn lọc kháng nguyên tái tổ hợp.


Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và khái niệm cốt lõi

  • Cơ chế Chết tế bào sinh miễn dịch (ICD): Sự kết hợp giữa stress oxy hóa do hạt nano và tổn thương DNA do tia UVB kích hoạt dòng thác caspase gây apoptosis, làm bộc lộ tín hiệu "ăn tôi" (eating-me signals) như Hsp70, Hsp90 trên bề mặt màng và giải phóng ra môi trường ngoại bào các phân tử DAMPs (Hsp70, Hsp90, HMGB1), đóng vai trò như tín hiệu bổ trợ nội sinh cho DC.
  • Sự phân cực Th1 của DC: Tế bào DC bắt giữ kháng nguyên sinh miễn dịch được kích hoạt thụ thể bề mặt, tăng tiết cytokin IL-12p70 khi tương tác với CD40L, định hướng tế bào CD4+ T ngây thơ biệt hóa thành dòng Th1 tiết Interferon-gamma (IFN-γ), hạn chế tiết IL-4 (đặc trưng của dòng Th2).
  • Định lượng tương đối biểu hiện gen: Dựa trên phương pháp $2^{-\Delta\Delta C_t}$ (Schmittgen, 2008) chuẩn hóa với gen tham chiếu $\beta$-actin để đo lường mức độ biểu hiện mRNA của các kháng nguyên ung thư.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

1. Chế tạo và đặc trưng hóa bPEI-SPIONs

  • Hạt bPEI-SPIONs được tổng hợp bằng cách liên kết cộng hóa trị bPEI trọng lượng phân tử thấp (Mw 1.800 Da, Aldrich) lên các hạt SPION liên kết chéo nhiệt (TCL-SPION) qua cầu nối amide.
  • Đặc tính hóa lý được kiểm tra bằng máy phân tích kích thước hạt và thế zeta Zetasizer Nano Z (Malvern Instruments), kính hiển vi điện tử truyền qua TEM (JEOL JEM-2000 FXII) và phân tích nhiệt trọng lượng TGA (Mettler-Toledo, SDT851).
  • Đo lượng sắt ferric nội bào sau khi cho $5 \times 10^5$ tế bào U266 tiếp xúc với nồng độ hạt từ 0 đến 32 $\mu$g/mL trong 1 giờ; phá màng tế bào bằng dung dịch HCl 30% ở 60°C trong 2 giờ, tạo phức màu sắt-thiocyanate ($0,08%$ potassic persulfate, $8%$ potassium thiocyanate, $3,6%$ HCl) và đo quang phổ hấp thụ ở bước sóng 490 nm trên máy TECAN Infinite M200 PRO; dựng đường chuẩn bằng dung dịch $\text{FeCl}_3\cdot6\text{H}_2\text{O}$.
  • Xác nhận hạt nano đi vào nội bào bằng kính hiển vi huỳnh quang đồng tiêu (Confocal Microscopy, Carl Zeiss) sử dụng bPEI-SPIONs gắn chất nhuộm FNR-675 (huỳnh quang đỏ) và nhuộm nhân bằng DAPI (huỳnh quang xanh lam).

2. Đo mức độ sinh gốc oxy hóa hoạt động (ROS) và đánh giá apoptosis

  • Nạp đầu dò huỳnh quang DCFH-DA ($2',7'$-Dichlorofluorescein-diacetate, Sigma-Aldrich) vào tế bào ở 37°C trong 1 giờ. Sử dụng chất chống oxy hóa N-acetyl cysteine (NAC, Sigma-Aldrich) để ức chế chọn lọc ROS làm đối chứng.
  • Đo cường độ huỳnh quang ROS trên hệ thống dòng chảy tế bào (Flow Cytometry, FACS Calibur, Becton Dickinson) ở bước sóng kích thích 488 nm; xử lý dữ liệu bằng phần mềm WinMDI phiên bản 2.9.
  • Kiểm tra kiểu chết tế bào bằng bộ kit Annexin V-FITC / Propidium Iodide (PI) Apoptosis Detection Kit (BD Biosciences) và thử nghiệm nhuộm loại trừ Trypan blue.
  • Phân tích Western blot các dấu ấn nội bào: Caspase 3, cleaved Caspase 3, Caspase 8, cleaved Caspase 8, Bcl-XL (tỷ lệ pha loãng 1:1.000) và $\beta$-actin (1:500) từ Cell Signaling Technology và Santa Cruz Biotechnology; sử dụng tế bào U266 xử lý 5-Fluorouracil làm đối chứng dương cho con đường apoptosis.

3. Điều chế kháng nguyên và đánh giá DAMPs

Ba điều kiện điều chế kháng nguyên từ tế bào U266 được so sánh:

  1. 2-h post-irradiated: Tế bào U266 chiếu xạ UVB liều cao ($120\text{ mJ/cm}^2$), sau đó nuôi ủ 2 giờ trong môi trường RPMI-1640.
  2. bPEI-SPION 2-h post-irradiated: Tế bào U266 được tiền xử lý với 16 $\mu$g/mL bPEI-SPIONs trong 1 giờ, chiếu xạ UVB ($120\text{ mJ/cm}^2$), sau đó nuôi ủ 2 giờ trong RPMI-1640.
  3. 16-h post-irradiated: Tế bào U266 chiếu xạ UVB ($120\text{ mJ/cm}^2$), sau đó nuôi ủ qua đêm 16 giờ trong RPMI-1640.
  • Đo biểu hiện bề mặt Hsp70 (kháng thể FITC-Hsp70) và Hsp90 (kháng thể PE-Hsp90) bằng flow cytometry.
  • Thu dịch nổi nuôi cấy ($10^6\text{ tế bào}/10\ \mu\text{L}$ trong 24 giờ) phân tích Western blot sự giải phóng các protein nguy hiểm: kháng thể kháng human Hsp70 ($0,25\ \mu\text{g/mL}$), Hsp90 ($1:10.000$) và HMGB1 ($1\ \mu\text{g/mL}$).

4. Tạo tế bào tua (DC) và đánh giá chức năng

  • Monocyte được phân lập từ PBMC người hiến khỏe mạnh bằng hạt từ CD14+ MACS (Miltenyi Biotec), nuôi cấy trong đĩa 6 giếng ($2 \times 10^6\text{ tế bào/giếng}$) với môi trường IMDM bổ sung $10%$ FBS, $1%$ Penicillin/Streptomycin (P/S), L-glutamine, 25 mM HEPES, rhIL-4 ($50\text{ ng/mL}$) và rhGM-CSF ($20\text{ ng/mL}$). Bổ sung môi trường mỗi 2 ngày.
  • Ngày thứ 6, kích thích tế bào DC non ($2 \times 10^5\text{ tế bào/giếng}$) bằng TNF-$\alpha$ ($50\text{ ng/mL}$). Sau 2 giờ trưởng thành, nạp các loại kháng nguyên tế bào u theo tỷ lệ DC : tế bào u là $2:1$.
  • Khả năng bắt giữ kháng nguyên: Tế bào U266 được nhuộm màng bằng PKH67 trước khi chiếu xạ UVB; sau khi nạp kháng nguyên, tế bào DC được nhuộm kháng thể kháng CD11c-PE và phân tích tỷ lệ $\text{CD11c}^+\text{PKH67}^+$ trên FACS Calibur.
  • Kiểu hình DC: Nhuộm huỳnh quang các dấu ấn bề mặt CD80-PE, CD83-FITC, CD86-FITC, CD40-FITC, CD38-PE, CD74-FITC và CCR7-FITC.
  • Khả năng di chuyển: Sử dụng đĩa chuyển giếng 24 giếng kích thước lỗ màng 5 $\mu$m (Costar Transwell). Cho $5 \times 10^4$ DC vào buồng trên, buồng dưới chứa môi trường IMDM bổ sung $250\text{ ng/mL}$ chemokine CCL21. Đếm số lượng DC di chuyển sau 3 giờ ở 37°C bằng flow cytometry trong vòng 1 phút.
  • Tiết cytokin IL-12p70 và IL-10: Nuôi cấy $2 \times 10^4$ DC trưởng thành với $5 \times 10^4$ tế bào J558 chuyển gen biểu hiện CD40L trong đĩa 96 giếng trong 24 giờ; đo nồng độ IL-12p70 và IL-10 bằng bộ kit BD OptEIA ELISA.

5. Phân cực tế bào lympho T CD4+ đồng loại

  • Tế bào lympho T đồng loại ($2 \times 10^5\text{ tế bào}$) phân lập từ PBMC bằng MACS được đồng nuôi cấy với các nhóm DC nạp kháng nguyên ($2 \times 10^4\text{ tế bào}$, tỷ lệ T:DC là $5:1$) trong môi trường RPMI-1640 bổ sung $10%$ FBS.
  • Bổ sung rhIL-2 ($10\text{ U/mL}$) vào ngày thứ 5; thay môi trường và cytokin mỗi 2 ngày.
  • Ngày thứ 11, thu hoạch tế bào T ($1 \times 10^6\text{ tế bào}$), kích thích bằng hạt Dynabeads Human T-Activator CD3/CD28 trong 24 giờ; đo nồng độ IFN-$\gamma$ và IL-4 trong dịch nổi bằng ELISA.
  • Đánh giá cytokin nội bào: Kích thích tế bào T bằng Phorbol Myristate Acetate (PMA, $100\text{ ng/mL}$) và ionomycin ($1\ \mu\text{g/mL}$) trong 4 giờ; bổ sung brefeldin A sau 2 giờ đầu để ức chế vận chuyển protein qua bộ máy Golgi; nhuộm bề mặt bằng CD8-APC và nhuộm nội bào bằng IFN-$\gamma$-FITC và IL-4-PE; phân tích trên flow cytometry.

6. Phân tích mẫu bệnh nhân và Quantitative Real-time PCR (qPCR)

  • Thu thập mẫu: 9 bệnh nhân đa u tủy xương người Hàn Quốc được phân thành 3 nhóm thể bệnh (3 bệnh nhân/nhóm): thể chuỗi nhẹ (Light chain), thể IgG, và thể IgA. Mẫu dịch hút tủy xương và máu ngoại vi thu nhận sau khi có sự đồng ý tham gia nghiên cứu.
  • Tế bào đơn nhân được phân tách qua thang tỷ trọng Lymphoprep (Axis-Shield). Tế bào tương bào ác tính từ tủy xương được phân lập dương tính bằng hạt từ CD138 microbeads (Miltenyi Biotec).
  • Bộ mẫu cho mỗi bệnh nhân gồm: tế bào u tủy xương ($\text{MM-BM-CD138}^+$), tế bào không ác tính tủy xương ($\text{MM-BM-CD138}^-$), tế bào đơn nhân máu ngoại vi bệnh nhân (MM-PBMC), tế bào PBMC người khỏe mạnh (Normal-PBMC), tế bào tủy xương người khỏe mạnh (Normal-BM) và tế bào B người khỏe mạnh (Normal B cells).
  • Tách chiết tổng RNA bằng bộ kit RNeasy Mini Kit (Qiagen). Tổng hợp cDNA từ $1\ \mu\text{g}$ RNA bằng PrimeScript First Strand cDNA Synthesis Kit (Takara Bio).
  • Phản ứng qPCR thực hiện trên hệ thống Rotor Gene RG-3000 (Corbett Research) sử dụng QuantiTect SYBR Green PCR Kit (Qiagen) với thể tích 20 $\mu$L và 10 pmol mỗi cặp mồi:
    • BCMA: Forward: 5'-TCTCTGGACCTGTTTGGGACTGAG-3', Reverse: 5'-CGTGGTGACAAGAATGGTTGC-3'
    • DEPDC1A: Forward: 5'-GTTGGACAAGGCAGCACAAG-3', Reverse: 5'-TAGAGCATCGATGGCAACCC-3'
    • hTERT: Forward: 5'-GGAGCAAGTTGCAAAGCATTG-3', Reverse: 5'-TCCCACGACGTAGTCCATGTT-3'
    • STEAP1: Forward: 5'-ACTGGGCACAATACACGCA-3', Reverse: 5'-TGACGTCTTCCCAACCATGT-3'
    • $\beta$-ACTIN: Forward: 5'-CTCACCATGGATGATGATATCGC-3', Reverse: 5'-AGGAATCCTTCTGACCCATGC-3'
  • Chu trình nhiệt PCR: 95°C trong 3 phút; 36 chu kỳ gồm (95°C trong 30 giây, 55°C trong 30 giây, 72°C trong 30 giây). Sử dụng đối chứng không có khuôn mẫu (no-template control) và đối chứng không có mồi.
  • Phân tích thống kê: Dữ liệu biểu hiện gen được tính toán theo phương pháp $2^{-\Delta\Delta C_t}$ chuẩn hóa theo $\beta$-actin. So sánh thống kê đa biến bằng kiểm định Tukey (Tukey's multiple comparison test). Mức ý nghĩa thống kê được xác định khi $P < 0,05$.

Nội dung chính theo từng chương

PART I: Branched polyethylenimine-superparamagnetic iron oxide nanoparticles (bPEI-SPIONs) improve the immunogenicity of tumor antigens and enhance Th1 polarization of dendritic cells

Chương này tập trung tối ưu hóa điều kiện gắn hạt bPEI-SPIONs lên tế bào U266 và phân tích cơ chế mà vật liệu này kích thích tính sinh miễn dịch của tế bào u khi kết hợp chiếu xạ UVB:

  • Nồng độ hạt tối ưu: Lượng sắt ferric nội bào trong $5 \times 10^5$ tế bào U266 tăng có ý nghĩa thống kê khi tiếp xúc nồng độ bPEI-SPIONs $\ge 16\ \mu\text{g/mL}$ ($P < 0,05$). Hình ảnh huỳnh quang đồng tiêu xác nhận hạt nano (tín hiệu đỏ FNR-675) định vị bên trong tế bào chất xung quanh nhân (DAPI xanh lam). Nồng độ 16 $\mu$g/mL được chọn cho các thử nghiệm tiếp theo.
  • Gia tốc apoptosis thông qua sản sinh ROS: Tế bào U266 tiền xử lý bPEI-SPIONs sau chiếu xạ UVB và ủ 2 giờ đạt tỷ lệ chết tế bào đồng nhất ở giai đoạn apoptosis muộn/hoại tử (late apoptotic/necrotic cells), trong khi nhóm không có hạt nano vẫn giữ tỷ lệ tế bào sống trên $60%$. Đo mức huỳnh quang DCFH-DA cho thấy bPEI-SPIONs làm tăng sản sinh ROS nội bào lên gấp 3 lần so với nhóm không xử lý hạt; sự gia tăng này bị ức chế hoàn toàn khi bổ sung chất chống oxy hóa NAC. Western blot chứng minh tế bào ở nhóm bPEI-SPIONs ủ 2 giờ và nhóm ủ 16 giờ đều biểu hiện các enzyme caspase bị cắt đoạn hoạt hóa (cleaved Caspase 3, cleaved Caspase 8) tương tự tế bào đối chứng xử lý 5-Fluorouracil.
  • Biểu hiện và giải phóng DAMPs: Tế bào nhóm bPEI-SPION ủ 2 giờ sau chiếu xạ biểu hiện dấu ấn bề mặt Hsp70 và Hsp90 trên $>90%$ quần thể tế bào. Phân tích Western blot dịch nổi nuôi cấy cho thấy nhóm bPEI-SPION ủ 2 giờ và nhóm ủ 2 giờ không hạt giải phóng lượng lớn Hsp70, Hsp90 và HMGB1 vào môi trường ngoại bào, cao hơn hẳn nhóm ủ qua đêm 16 giờ.
  • Đặc tính tế bào DC và phân cực Th1: Tế bào DC nạp 3 loại kháng nguyên đều biểu hiện tương đương các dấu ấn trưởng thành bề mặt (CD80, CD83, CD86, CD40, CD38, CD74, CCR7), khả năng thực bào kháng nguyên gắn màu PKH67 ($\text{PKH67}^+\text{CD11c}^+$) và khả năng di chuyển hướng chemokine CCL21 không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa các nhóm. Tuy nhiên, nhóm DC nạp kháng nguyên bPEI-SPION ủ 2 giờ tiết lượng IL-12p70 cao vượt trội ($P < 0,05$) khi kích thích bởi J558-CD40L trong khi mức tiết IL-10 không đổi. Thử nghiệm phân cực tế bào T lympho đồng loại cho thấy DC nạp kháng nguyên bPEI-SPION ủ 2 giờ thúc đẩy phân cực Th1 mạnh nhất, với tỷ lệ tế bào $\text{CD4}^+\text{IL-4}^-\text{IFN-}\gamma^+$ đạt tới $18%$ tổng số tế bào T phân tích, đi kèm nồng độ IFN-$\gamma$ trong dịch nổi đo bằng ELISA tăng có ý nghĩa thống kê so với các nhóm DC khác.
Thông số đánh giá Nhóm 2-h post-irradiated (UVB 2h) Nhóm bPEI-SPION 2-h (Hạt + UVB 2h) Nhóm 16-h post-irradiated (UVB 16h)
Tỷ lệ tế bào chết (Late Apoptosis/Necrosis) Thấp ($>60%$ tế bào còn sống) Cao (quần thể chết đồng nhất) Cao (chết sau thời gian ủ dài)
Mức độ tích tụ ROS nội bào Mức cơ bản Tăng cao gấp ~3 lần (ức chế bởi NAC) Mức cơ bản
Cắt đoạn Caspase 3 & Caspase 8 Có biểu hiện Biểu hiện mạnh (tương đương 5-FU) Biểu hiện mạnh
Biểu hiện Hsp70/Hsp90 trên bề mặt Tỷ lệ dương tính cao $>90%$ tế bào dương tính Tỷ lệ dương tính cao
Giải phóng Hsp70, Hsp90, HMGB1 (Dịch nổi) Cao Rất cao Thấp
Biểu hiện phân tử đồng kích thích của DC Bình thường Bình thường (tương đương các nhóm) Bình thường
Khả năng di chuyển hướng CCL21 của DC Không đổi Không đổi Không đổi
Mức tiết IL-12p70 của DC (với CD40L) Tăng Tăng cao nhất ($P < 0,05$) Thấp
Mức tiết IL-10 của DC Không đổi Không đổi Không đổi
Tỷ lệ phân cực T CD4+ Th1 (IFN-$\gamma^+$) Tăng nhẹ Cao nhất (đạt $18%$ tổng tế bào T) Thấp

PART II: Evaluation of tumor antigen expression in Korean multiple myeloma patients and development of recombinant protein for dendritic cell-based vaccine against multiple myeloma

Chương này trình bày kết quả định lượng biểu hiện của 4 gen kháng nguyên (BCMA, STEAP1, DEPDC1A, hTERT) trên 9 bệnh nhân đa u tủy xương thuộc 3 phân nhóm huyết thanh:

Kháng nguyên Thể Chuỗi nhẹ (Light chain, n=3) Thể IgG (n=3) Thể IgA (n=3) Tổng hợp trên 9 bệnh nhân Đánh giá tiềm năng vaccine
BCMA Tăng cao ở $\text{CD138}^+$, $\text{CD138}^-$, PBMC so với Normal-PBMC Tăng ở $\text{CD138}^+$, $\text{CD138}^-$, PBMC (bệnh nhân 2, 3) Tăng ở các phân đoạn mẫu (trừ PBMC bệnh nhân 3) Tăng có ý nghĩa ở $\text{CD138}^+$ (gấp 1,7 đến 492 lần so với PBMC bệnh nhân) Rất phù hợp: Biểu hiện chọn lọc, tăng sinh mạnh trên tế bào u
STEAP1 Tăng ở $\text{CD138}^+$, PBMC, $\text{CD138}^-$ (bệnh nhân 3) Cao nhất ở $\text{CD138}^+$ (trừ bệnh nhân 2) Biểu hiện rải rác, tăng cao ở $\text{CD138}^+$ (bệnh nhân 3) Biểu hiện mức độ cao ở cả tủy xương người khỏe mạnh (Normal-BM) Không tối ưu: Nguy cơ độc tính tự miễn do biểu hiện ở tủy xương bình thường
DEPDC1A Tăng tương tự mẫu hình STEAP1 Cao nhất ở $\text{CD138}^+$ (trừ bệnh nhân 2) Tương tự STEAP1, tăng mạnh ở $\text{CD138}^+$ bệnh nhân 3 Biểu hiện mức độ cao ở tủy xương người khỏe mạnh (Normal-BM) Không tối ưu: Biểu hiện ở mô tủy bình thường, không tương quan rõ với CD138
hTERT Dương tính ở $3/3$ mẫu $\text{CD138}^+$; âm tính ở $\text{CD138}^-$ và Normal-PBMC Dương tính ở $\text{CD138}^+$ (BN1, 2) và $\text{CD138}^-$ (BN3) Dương tính ở cả $\text{CD138}^+$ và $\text{CD138}^-$ ở cả $3/3$ bệnh nhân $5/9$ BN biểu hiện ở $\text{CD138}^+$, $3/9$ ở cả hai, $1/9$ ở $\text{CD138}^-$; hoàn toàn âm tính ở Normal-PBMC, Normal-BM Rất phù hợp: Độ đặc hiệu ung thư tuyệt đối, không phát hiện ở người khỏe mạnh
  • Biểu hiện BCMA: Khảo sát trên 9 bệnh nhân cho thấy mức phiên mã BCMA tăng từ 1,7 đến 492 lần ở phân đoạn tế bào tủy xương $\text{CD138}^+$ so với PBMC của bệnh nhân. Tế bào $\text{CD138}^-$ cũng ghi nhận sự hiện diện của mRNA BCMA ở một số trường hợp, phù hợp với giả thuyết quần thể $\text{CD138}^{\text{low}}$ mang tính chất tiền thân ác tính.
  • Biểu hiện STEAP1 và DEPDC1A: Dù STEAP1 và DEPDC1A tăng biểu hiện ở tế bào $\text{CD138}^+$ của nhiều bệnh nhân, mức tín hiệu huỳnh quang qPCR của hai gen này lại xuất hiện rõ rệt trên mẫu tế bào tủy xương người hiến khỏe mạnh (Normal-BM).
  • Biểu hiện hTERT: hTERT được phát hiện ở toàn bộ 9 bệnh nhân đa u tủy xương (ở phân đoạn $\text{CD138}^+$ hoặc $\text{CD138}^-$ hoặc cả hai). Đáng chú ý, không có bất kỳ tín hiệu phiên mã hTERT nào được ghi nhận trên tế bào PBMC của bệnh nhân cũng như mẫu PBMC và tủy xương của người khỏe mạnh. Kết quả khẳng định BCMA và hTERT là hai ứng viên an toàn và có tính phổ quát cao để phát triển kháng nguyên tái tổ hợp nạp cho DC.

Part III: Dendritic cell-based cancer immunotherapy against multiple myeloma: from bench to clinic

Chương tổng quan hệ thống lại toàn bộ các mắt xích công nghệ phát triển vaccine DC điều trị đa u tủy xương:

  • Sinh học tế bào tua và cơ chế ức chế miễn dịch tại vi môi trường tủy xương MM: Tế bào plasma ác tính tiết hàng loạt cytokin và yếu tố ức chế miễn dịch làm tê liệt chức năng của DC và lympho T:
    • TGF-$\beta$: Ức chế phosphoryl hóa STAT3 và STAT5, ngăn cản tế bào T đáp ứng với IL-2 và tăng sinh, kích thích biệt hóa tế bào T điều hòa (Tregs).
    • IL-10 & IL-6: IL-10 làm suy giảm chức năng DC; IL-6 ức chế Th1, thúc đẩy tế bào T CD4+ phân cực thành Th2 tiết IL-4.
    • VEGF: Gây kiệt quệ tế bào T (T cell exhaustion) và khiếm khuyết chức năng DC.
    • FasL & B7-H1 (PD-L1): Biểu hiện trên bề mặt tế bào MM, gây apoptosis tế bào lympho T đặc hiệu ung thư.
    • Cox-2: Làm lệch cân bằng bài tiết cytokin từ IL-12 sang IL-10.
    • Matrix Metalloproteinases (MMPs): Phá hủy chất nền ngoại bào, tham gia vào tiêu xương và hoạt hóa dạng tiềm ẩn của TGF-$\beta$.
    • MUC-1: Protein màng dạng mucin tiết vào huyết thanh ức chế hoạt hóa tế bào T và làm suy thoái chức năng DC.
  • Các chiến lược nạp kháng nguyên cho DC trong MM:
    • DC nạp protein Idiotype (Id): Kháng nguyên đặc hiệu ung thư từ chuỗi kháng thể đơn dòng. Kích hoạt CTL tiêu diệt tế bào u qua cơ chế perforin và FasL-Fas. Hạn chế: Tính sinh miễn dịch yếu, gây kiệt quệ vô cảm dòng tế bào T (T cell anergy) do nồng độ Id hòa tan trong máu bệnh nhân quá cao.
    • DC nạp các kháng nguyên liên quan đến khối u (MM-associated antigens): Gồm MUC-1, hTERT, survivin, DKK1, CD138, XBP1, CS1, WT1 và nhóm Cancer-Testis Antigens (MAGE-A1, MAGE-A3, MAGE-C1, MAGE-C2, NY-ESO-1, SSX1, SSX2, SSX4, SSX5, PRAME, BAGE, ADAM2, LIPI). Peptid ngắn từ MUC-1 và hTERT nạp lên DC tạo khả năng gây độc tế bào T tương đương thể apoptosis.
    • DC nạp kháng nguyên toàn phần (Whole tumor antigens): Sử dụng thể apoptosis, dịch ly giải tế bào hoặc RNA tổng số. Phương pháp này bao phủ toàn diện các epitope đột biến cá thể nhưng cần cải tiến phương thức gây chết tế bào để tối ưu hóa tính sinh miễn dịch.
  • Các điểm can thiệp cải tiến liệu pháp vaccine DC:
    1. Lựa chọn tác nhân kích thích trưởng thành để tạo tế bào DC phân cực loại 1 (Type 1-polarized DCs) có khả năng tiết IL-12p70 cao và di chuyển mạnh tới hạch bạch huyết.
    2. Nâng cao tính sinh miễn dịch và độ tinh sạch của kháng nguyên nạp.
    3. Phối hợp các liệu pháp điều hòa miễn dịch (như thuốc IMiDs, ức chế thụ thể điểm kiểm soát) nhằm vô hiệu hóa các tế bào ức chế Tregs và tế bào ức chế dòng tủy (Myeloid-Derived Suppressor Cells - MDSC).

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp về mặt lý luận khoa học

  1. Xác lập cơ chế tác động của hạt nano bPEI-SPIONs trong quá trình chết tế bào sinh miễn dịch: bPEI-SPIONs gia tăng stress oxy hóa nội bào thông qua sản sinh ROS gấp 3 lần, phối hợp với bức xạ UVB kích hoạt dòng thác caspase (cleaved Caspase 3 và 8), đưa tế bào u U266 tiến vào trạng thái apoptosis muộn/hoại tử thứ phát chỉ sau 2 giờ nuôi ủ.
  2. Chứng minh mối liên hệ giữa DAMPs ngoại bào và phân cực miễn dịch tế bào: Lượng lớn Hsp70, Hsp90 và HMGB1 giải phóng từ thể apoptosis muộn xử lý bPEI-SPIONs đóng vai trò tín hiệu kích hoạt chức năng bài tiết IL-12p70 của tế bào DC mà không làm thay đổi các dấu ấn trưởng thành bề mặt (CD80, CD83, CD86, CD40) hay khả năng di chuyển hướng chemokine CCL21.
  3. Cung cấp dữ liệu phân tử về tính đặc hiệu của các kháng nguyên liên quan đến tiên lượng sống còn ở bệnh nhân MM Hàn Quốc: Chỉ ra rằng STEAP1 và DEPDC1A tuy biểu hiện ở tế bào u nhưng không đặc hiệu do xuất hiện ở mô tủy xương bình thường; ngược lại, BCMA và hTERT có tính đặc hiệu và tính phổ quát cao trên các thể bệnh (IgG, IgA, chuỗi nhẹ).

Đóng góp về mặt thực tiễn và giải pháp đề xuất

  1. Quy trình điều chế kháng nguyên rút gọn: Thiết lập quy trình xử lý tế bào u bằng 16 $\mu$g/mL bPEI-SPIONs trong 1 giờ, chiếu xạ UVB $120\text{ mJ/cm}^2$ và thu hoạch sau 2 giờ ủ. Quy trình này rút ngắn thời gian so với phương pháp nuôi ủ 16 giờ truyền thống, đồng thời nâng tỷ lệ phân cực tế bào T lympho CD4+ Th1 ($\text{IFN-}\gamma^+$) lên mức $18%$.
  2. Lựa chọn kháng nguyên cho vaccine tái tổ hợp: Đề xuất sử dụng BCMA (tăng biểu hiện mạnh tới 492 lần trên tương bào ác tính) và hTERT (đặc hiệu tuyệt đối với tế bào ung thư, không biểu hiện ở tế bào bình thường) làm nguồn kháng nguyên mục tiêu để sản xuất protein tái tổ hợp phục vụ chế tạo vaccine DC quy mô lâm sàng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Cỡ mẫu khảo sát biểu hiện gen trên bệnh nhân đa u tủy xương còn nhỏ ($n=9$ bệnh nhân, chia thành 3 nhóm thể bệnh), mang tính chất thăm dò định lượng ban đầu.
    • Các thử nghiệm đánh giá đáp ứng miễn dịch tế bào T ở Phần I mới thực hiện trên mô hình đồng nuôi cấy in vitro giữa DC và tế bào T CD4+ ngây thơ đồng loại, chưa tiến hành đánh giá trên mô hình động vật in vivo.
    • Chưa đi sâu vào phân tích chức năng gây độc trực tiếp của tế bào lympho T gây độc (CTL CD8+) đặc hiệu kháng nguyên đối với tế bào ung thư tự thân.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Mở rộng số lượng mẫu bệnh nhân đa u tủy xương trên nhiều giai đoạn tiến triển của bệnh để củng cố dữ liệu dịch tễ phân tử.
    • Tiến hành sản xuất các protein tái tổ hợp BCMA và hTERT gắn domain dẫn truyền protein (Protein Transduction Domain - PTD) để nạp trực tiếp vào tế bào DC.
    • Thử nghiệm tiền lâm sàng trên mô hình động vật đánh giá hiệu quả ức chế khối u và thời gian sống sót của vaccine DC nạp kháng nguyên cải tiến bằng bPEI-SPIONs hoặc protein tái tổ hợp.

Giá trị tham khảo

  • Đối với nghiên cứu sinh và nhà nghiên cứu miễn dịch học ung thư: Cung cấp phương pháp chi tiết về ứng dụng hạt nano oxit sắt phủ polymer tích điện dương (bPEI-SPIONs) để điều biến kiểu chết tế bào sinh miễn dịch; cung cấp các quy trình thực nghiệm chuẩn về nuôi cấy biệt hóa DC từ monocyte người, thử nghiệm di chuyển Transwell, đo cytokin nội bào bằng flow cytometry và phản ứng bắt cặp chéo DC - T cell.
  • Đối với bác sĩ huyết học và các nhà phát triển trị liệu sinh học: Cung cấp cơ sở dữ liệu định lượng về mức độ biểu hiện phiên mã của 4 gen kháng nguyên (BCMA, hTERT, STEAP1, DEPDC1A) trên các thể đa u tủy xương, hỗ trợ việc thiết kế các epitope peptid hoặc protein tái tổ hợp dùng cho vaccine DC hoặc các liệu pháp miễn dịch tế bào T nhận diện thụ thể kháng nguyên khảm (CAR-T).
  • Các phần đáng tham khảo:
    • Mục I.1 đến I.15 (Part I): Toàn bộ quy trình tổng hợp nano, nạp hạt vào tế bào U266, đo ROS, phân tích DAMPs và đánh giá chức năng phân cực Th1 của DC.
    • Bảng mồi qPCR và chu trình nhiệt (Mục II.2, Part II): Thiết kế mồi chuẩn cho BCMA, hTERT, DEPDC1A, STEAP1 và $\beta$-actin.
    • Hình vẽ và phân tích vi môi trường tủy xương (Part III): Tổng hợp các yếu tố ức chế miễn dịch (TGF-$\beta$, IL-6, FasL, MUC-1, Cox-2) và các giải pháp can thiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao việc xử lý bPEI-SPIONs kết hợp UVB lại chỉ cần ủ 2 giờ thay vì 16 giờ như phương pháp UVB truyền thống? Hạt bPEI-SPIONs tích điện dương bám dính màng và đi vào nội bào tế bào U266, khuếch đại mức độ sản sinh các gốc oxy hóa hoạt động (ROS) lên gấp 3 lần sau khi chiếu xạ UVB ($120\text{ mJ/cm}^2$). Áp lực stress oxy hóa kết hợp tổn thương tế bào kích hoạt nhanh chóng dòng thác caspase 3 và caspase 8, thúc đẩy tế bào tiến thẳng vào giai đoạn apoptosis muộn/hoại tử thứ phát chỉ sau 2 giờ và giải phóng ồ ạt các phân tử DAMPs (Hsp70, Hsp90, HMGB1), thay vì phải chờ 16 giờ như khi chỉ chiếu UVB đơn thuần.

2. Nồng độ bPEI-SPIONs nào được xác định là tối ưu cho tế bào U266 và dựa trên căn cứ thực nghiệm nào? Nồng độ tối ưu được xác định là $16\ \mu\text{g/mL}$ (tương đương 16 $\mu$g trên $5 \times 10^5$ tế bào U266). Căn cứ thực nghiệm dựa trên phép đo quang phổ hấp thụ phức màu sắt-thiocyanate ở bước sóng 490 nm, cho thấy lượng sắt ferric đi vào nội bào tăng có ý nghĩa thống kê ($P < 0,05$) ở nồng độ từ 16 $\mu$g/mL trở lên, và hình ảnh hiển vi đồng tiêu huỳnh quang xác nhận sự hiện diện rõ nét của hạt nano trong tế bào chất.

3. Tế bào DC nạp kháng nguyên bPEI-SPIONs ủ 2 giờ có bị thay đổi kiểu hình trưởng thành hay khả năng di chuyển không? Không. Kết quả phân tích dòng chảy tế bào (Flow Cytometry) và thử nghiệm di chuyển màng lọc Transwell cho thấy các dấu ấn bề mặt (CD80, CD83, CD86, CD40, CD38, CD74, CCR7) cũng như khả năng di chuyển hướng chemokine CCL21 ($250\text{ ng/mL}$) của DC nạp kháng nguyên bPEI-SPIONs ủ 2 giờ hoàn toàn tương đương với các nhóm DC đối chứng. Sự khác biệt chủ yếu nằm ở chức năng bài tiết cytokin, với mức tiết IL-12p70 tăng vọt khi tương tác với tế bào J558-CD40L.

4. Tại sao STEAP1 và DEPDC1A không được lựa chọn làm ứng viên phát triển vaccine mặc dù có biểu hiện tăng ở tế bào u? Mặc dù STEAP1 và DEPDC1A tăng biểu hiện ở phân đoạn tế bào tủy xương $\text{CD138}^+$ của nhiều bệnh nhân đa u tủy xương, kỹ thuật qPCR ghi nhận mức độ biểu hiện phiên mã của hai gen này cũng rất cao trong mẫu tủy xương của người hiến khỏe mạnh (Normal-BM). Việc sử dụng hai kháng nguyên này có nguy cơ gây độc tế bào và phản ứng tự miễn lên các tế bào tủy xương bình thường.

5. Kháng nguyên nào được kết luận là ứng viên phù hợp cho phát triển vaccine DC và tỷ lệ biểu hiện của chúng trên bệnh nhân ra sao? BCMA và hTERT được chọn là hai ứng viên phù hợp. BCMA tăng biểu hiện mạnh từ 1,7 đến 492 lần ở tế bào $\text{CD138}^+$ của toàn bộ bệnh nhân so với PBMC. hTERT biểu hiện ở $100%$ ($9/9$) bệnh nhân đa u tủy xương (gồm $5/9$ chỉ biểu hiện ở $\text{CD138}^+$, $3/9$ ở cả $\text{CD138}^+$ và $\text{CD138}^-$, $1/9$ ở $\text{CD138}^-$) và hoàn toàn không phát hiện thấy tín hiệu phiên mã trong PBMC của bệnh nhân cũng như mẫu PBMC và tủy xương của người khỏe mạnh.


Kết luận

Luận án đã chứng minh việc sử dụng hạt nano bPEI-SPIONs kết hợp chiếu xạ UVB liều cao là phương pháp hiệu quả để gia tốc quá trình chết tế bào sinh miễn dịch của dòng tế bào U266 thông qua con đường tăng sinh ROS và giải phóng các DAMPs (Hsp70, Hsp90, HMGB1), tạo nguồn kháng nguyên kích thích tế bào DC tiết IL-12p70 và phân cực Th1 mạnh mẽ. Khảo sát biểu hiện gen trên 9 bệnh nhân đa u tủy xương người Hàn Quốc đã xác định BCMA và hTERT là hai kháng nguyên đặc hiệu và an toàn, vượt trội hơn STEAP1 và DEPDC1A trong định hướng sản xuất protein tái tổ hợp. Các kết quả thực nghiệm và tổng quan trong luận án cung cấp cơ sở khoa học hoàn chỉnh từ nghiên cứu cơ bản đến định hướng ứng dụng lâm sàng cho liệu pháp vaccine tế bào tua điều trị bệnh đa u tủy xương.