Khối u có thể biến macrophage thành “vệ sĩ”: Nanoparticle mới muốn quay chính những tế bào đó chống lại ung thư

Một khối u không chỉ gồm tế bào ung thư. Xung quanh nó là mạch máu, fibroblast, extracellular matrix và hàng loạt tế bào miễn dịch mà ung thư có thể kéo sang phục vụ chính mình. Trong số đó, macrophage là một trong những ví dụ rõ nhất: thay vì tấn công mô bất thường, một phần macrophage bên trong khối u có thể chuyển sang trạng thái ức chế miễn dịch, hỗ trợ tạo mạch, sửa chữa mô và tạo điều kiện cho ung thư phát triển.

Một nhóm tại Sungkyunkwan University ở Hàn Quốc đang thử không tiêu diệt những tế bào này mà đổi nhiệm vụ của chúng. Hệ lipid nanoparticle họ phát triển, gọi là Mac LNP, được thiết kế để macrophage ưu tiên nuốt vào, sau đó giải phóng hai cargo phân tử nhằm đẩy tumor-associated macrophage ra khỏi trạng thái M2-like và về phía phenotype viêm, chống khối u hơn.

Trong nghiên cứu công bố trên Journal of Controlled Release, Mac LNP làm tăng tỷ lệ macrophage M1-like so với M2-like, tăng sự xâm nhập của CD8⁺ T cell và kìm hãm tăng trưởng khối u trong mô hình 4T1 breast cancer ở chuột. Nhóm sau đó lặp lại hướng tác động trên mô hình CT26 colorectal cancer.

Đây vẫn hoàn toàn là nghiên cứu tiền lâm sàng. Nanoparticle được tiêm trực tiếp vào khối u, không phải truyền toàn thân; kết quả mới đến từ mô hình chuột và chưa cho biết liệu cùng chiến lược có an toàn hay hiệu quả ở người hay không.

Macrophage có thể từ người dọn rác thành một phần của hệ phòng thủ cho khối u

Macrophage bình thường làm nhiều việc: nuốt mầm bệnh và mảnh vụn tế bào, tiết cytokine, trình diện kháng nguyên và tham gia sửa chữa mô. Chính khả năng thích nghi rất mạnh này khiến chúng hữu ích cho cơ thể — nhưng cũng khiến chúng dễ bị môi trường khối u điều khiển.

Tumor-associated macrophage, hay TAM, thường bị đẩy về một trạng thái mà giới nghiên cứu hay gọi là M2-like. Những tế bào này có xu hướng tiết các tín hiệu chống viêm, hỗ trợ angiogenesis, tái cấu trúc mô và làm suy yếu hoạt động của những immune cell có khả năng giết ung thư.

Ở phía đối diện, macrophage mang phenotype M1-like có xu hướng tạo môi trường viêm hơn, tiết các cytokine như TNF-α và IL-6, hỗ trợ antigen presentation và phối hợp tốt hơn với cytotoxic T cell.

Cách chia M1/M2 rất tiện để giải thích nhưng không phải hai công tắc tuyệt đối. Macrophage trong khối u tồn tại trên một phổ trạng thái rộng và có thể mang đồng thời nhiều đặc điểm. Chính paper Mac LNP cũng lưu ý rằng phân loại nhị phân này là một sự đơn giản hóa. Vì thế, nói nanoparticle “biến M2 thành M1” nên được hiểu là reprogram phenotype theo hướng chống khối u hơn, chứ không phải đổi một loại tế bào cố định thành một loại hoàn toàn khác.

Nanoparticle được ngụy trang bằng hai tín hiệu mà macrophage vốn thích ăn

Thách thức đầu tiên là delivery. CpG hay siRNA có thể có tác dụng mạnh trong ống nghiệm nhưng nếu phân bố khắp cơ thể, chúng dễ đi nhầm tế bào hoặc gây kích hoạt miễn dịch ngoài ý muốn. Nhóm Sungkyunkwan vì vậy bắt đầu từ câu hỏi: làm sao để nanoparticle được macrophage ưu tiên nhận vào?

Mac LNP được thiết kế theo hai lớp biomimetic. Nhóm đưa triglyceride vào hạt để mô phỏng một phần đặc điểm của chylomicron — hạt lipoprotein giàu lipid mà hệ miễn dịch và macrophage quen xử lý. Đồng thời, màng nanoparticle chứa phosphatidylserine, một phospholipid thường lộ ra ở mặt ngoài của tế bào đang apoptosis.

Phosphatidylserine là một tín hiệu “hãy dọn tôi đi” rất quen thuộc với macrophage. Khi tế bào chết theo chương trình, lipid này di chuyển ra mặt ngoài màng và giúp macrophage nhận ra mục tiêu để thực bào mà không gây viêm quá mức.

Bằng cách kết hợp triglyceride và phosphatidylserine, Mac LNP bắt chước đồng thời một particle giàu lipid và một apoptotic body. Nhóm báo cáo thiết kế này cho khả năng chọn macrophage tốt hơn so với các tế bào không phải macrophage trong thử nghiệm của họ.

Điểm thú vị là phần “targeting” không phụ thuộc vào một antibody đặc hiệu duy nhất. Nó khai thác chính hành vi sinh học vốn có của macrophage: các tế bào này là những người thu gom lipid và xác tế bào chuyên nghiệp.

Một cargo bật tín hiệu tấn công, cargo còn lại tháo phanh

Nhóm không chỉ đưa một chất kích thích miễn dịch vào Mac LNP. Họ đóng gói hai thành phần có vai trò bổ sung nhau.

Thành phần thứ nhất là CpG-ODN, một đoạn oligonucleotide giàu motif CpG có thể kích hoạt Toll-like receptor 9 (TLR9). TLR9 là một receptor của innate immunity có khả năng nhận DNA mang những pattern thường gặp ở vi sinh vật. Khi được kích hoạt trong immune cell phù hợp, nó thúc đẩy chương trình viêm và tăng phản ứng chống tác nhân ngoại lai.

Trong Mac LNP, CpG-ODN đóng vai trò đạp ga cho phenotype M1-like.

Thành phần thứ hai là siRNA nhắm STAT3. STAT3 là một transcription factor quan trọng trong nhiều chương trình signal của tế bào và trong tumor microenvironment có thể góp phần duy trì phenotype immunosuppressive của macrophage. siRNA làm giảm biểu hiện STAT3 bằng RNA interference.

Nếu CpG-ODN là tín hiệu “hãy hoạt hóa”, STAT3 siRNA có thể hình dung như việc tháo bớt một cơ chế kéo macrophage trở lại trạng thái M2-like. Nhóm thiết kế hai cargo này để tạo tác động đồng thời: kích hoạt TLR9 trong khi làm yếu đường tín hiệu duy trì immunosuppression.

Mục tiêu cuối cùng không chỉ là macrophage — mà là kéo T cell trở lại cuộc chiến

Tác dụng của macrophage trong khối u không dừng ở chính tế bào đó. Macrophage quyết định cytokine nào hiện diện, antigen được trình diện ra sao và liệu T cell có thể xâm nhập cũng như duy trì hoạt động trong tumor microenvironment hay không.

Trong mô hình 4T1, nhóm ghi nhận sau điều trị Mac LNP, tỷ lệ M1/M2 macrophage tăng và số cytotoxic CD8⁺ T cell đi vào khối u cũng tăng. Khối u đồng thời phát triển chậm hơn so với các nhóm đối chứng.

Điều này phù hợp với logic của thiết kế: thay vì buộc nanoparticle tự giết mọi cancer cell, Mac LNP cố thay đổi hệ sinh thái miễn dịch. Một macrophage được reprogram có thể tiết tín hiệu viêm, hỗ trợ antigen presentation và giúp tạo điều kiện để T cell — loại tế bào có khả năng tiêu diệt cancer cell trực tiếp — hoạt động trở lại.

Nhóm còn thử chiến lược trên mô hình CT26 colorectal cancer và báo cáo hiệu quả chống khối u tương tự về hướng tác động. Đây là một bước hữu ích vì nó cho thấy kết quả không chỉ xuất hiện trong một dòng ung thư chuột duy nhất.

“Vệ sĩ” là phép ví von hữu ích, nhưng sinh học thật phức tạp hơn

Tumor-associated macrophage thường được mô tả như vệ sĩ của khối u vì chúng có thể chặn immune attack và tạo môi trường thuận lợi cho ung thư. Nhưng macrophage không bị ung thư “biến thành kẻ xấu” bằng một switch đơn giản.

Phenotype của TAM thay đổi theo cytokine, oxygen level, nutrient, extracellular matrix, tín hiệu từ cancer cell và cả loại mô. Hai vùng khác nhau trong cùng một khối u cũng có thể chứa macrophage với chức năng khác nhau.

Điều này là một thách thức lớn với mọi liệu pháp macrophage reprogramming. Nếu hệ chỉ thay đổi được một subpopulation nhưng để nguyên những macrophage khác, hiệu quả có thể hạn chế. Ngược lại, nếu kích hoạt macrophage quá mạnh hoặc quá rộng, phản ứng viêm có thể gây độc cho mô lành.

Mac LNP cố giải một phần bài toán bằng targeting sinh học và local injection, nhưng nghiên cứu hiện tại chưa trả lời được mức độ chọn lọc sẽ như thế nào trong cơ thể người — nơi liver, spleen và hệ mononuclear phagocyte vốn rất giỏi bắt nanoparticle khỏi tuần hoàn.

Tiêm thẳng vào khối u là lợi thế trong thí nghiệm, nhưng là giới hạn lớn khi nghĩ tới bệnh nhân

Mac LNP trong paper được đưa vào bằng intratumoral injection. Cách này giúp tăng nồng độ ngay nơi cần tác động và giảm exposure toàn thân, rất phù hợp để chứng minh cơ chế.

Nhưng không phải mọi tumor đều dễ tiêm. Một khối u nông hoặc có thể tiếp cận qua imaging guidance là một chuyện; hàng chục metastasis nhỏ ở gan, phổi, xương hoặc não là bài toán khác.

Nếu mục tiêu tương lai là điều trị ung thư di căn bằng đường truyền tĩnh mạch, Mac LNP sẽ phải vượt qua nhiều bước mà nghiên cứu hiện chưa chứng minh: sống đủ lâu trong tuần hoàn, không bị liver và spleen giữ lại quá nhiều, vào được nhiều lesion, xuyên qua tumor stroma và vẫn ưu tiên TAM thay vì các macrophage khỏe mạnh ở cơ quan khác.

Đây là điểm phân biệt rõ giữa một nanomedicine có cơ chế thuyết phục trong mô hình chuột và một liệu pháp có khả năng dùng rộng rãi trên người.

Hai mô hình chuột chưa đủ để gọi đây là liệu pháp “tumor-agnostic” trên lâm sàng

Paper dùng hai mô hình syngeneic: 4T1 breast cancer và CT26 colorectal cancer. Việc cùng platform cho thấy tác động trong hai tumor type khác nhau hỗ trợ ý tưởng rằng mục tiêu TAM không gắn chặt với một cancer antigen riêng.

Nhưng điều đó không đồng nghĩa Mac LNP đã chứng minh hiệu quả trên mọi solid tumor. Thành phần, mật độ và trạng thái của TAM khác nhau rất lớn giữa pancreatic cancer, glioblastoma, melanoma, breast cancer hay colorectal cancer. Thậm chí trong cùng một loại ung thư, bệnh nhân khác nhau có thể có immune microenvironment rất khác.

Cũng chưa có dữ liệu người trong nghiên cứu này. Các câu hỏi về liều, độc tính miễn dịch, biodistribution, khả năng sản xuất ổn định, độ bền của siRNA và phản ứng với phosphatidylserine-rich particle vẫn cần được giải quyết trước khi nghĩ tới trial lâm sàng.

Điểm mới nằm ở việc coi immune cell trong khối u là một mục tiêu có thể “lập trình lại”

Phần lớn thuốc ung thư cổ điển nhắm trực tiếp vào cancer cell. Checkpoint inhibitor lại giải phóng T cell khỏi những tín hiệu kìm hãm như PD-1/PD-L1. Mac LNP đại diện cho một chiến lược thứ ba: thay vì chỉ đánh cancer cell hoặc tháo phanh T cell, hãy thay đổi chính những innate immune cell đang cấu trúc môi trường quanh khối u.

Đây không phải lần đầu macrophage được nhắm tới bằng nanoparticle, CpG hay RNA interference. Điều cụ thể mà nhóm Sungkyunkwan bổ sung là một carrier lipid dùng hai dạng biomimicry để tăng targeting, đồng thời co-deliver cả tín hiệu kích hoạt TLR9 lẫn STAT3 siRNA trong cùng particle.

Nếu cách tiếp cận này tiến xa hơn, bài toán tiếp theo không còn chỉ là “có reprogram được macrophage không”. Cần chứng minh hiệu ứng đủ bền, đủ chọn lọc, hoạt động sau systemic delivery và — quan trọng nhất — giúp bệnh nhân sống lâu hơn hoặc đáp ứng tốt hơn so với những liệu pháp hiện có.

Ở giai đoạn hiện tại, Mac LNP cho thấy một ý tưởng sinh học đáng chú ý: khối u có thể tuyển immune cell thành một phần hệ thống phòng thủ của nó, nhưng tính linh hoạt của chính những tế bào đó cũng tạo ra điểm yếu. Thay vì loại bỏ toàn bộ “vệ sĩ”, một nanoparticle có thể thử đổi lệnh để chúng quay trở lại làm công việc mà hệ miễn dịch ban đầu được tạo ra để làm.

Nguồn chính: Journal of Controlled Release — Biomimetic lipid nanoparticles for macrophage reprogramming in cancer immunotherapy; Sungkyunkwan University Research Portal; và Advanced Biologics Delivery Lab, Sungkyunkwan University.