Exosome là các túi có nguồn gốc từ tế bào, xuất hiện trong nhiều và có lẽ tất cả các dịch sinh học như: máu, sữa, nước tiểu, môi trường nuôi cấy tế bào... Đường kính của exosome khoảng 30 đến 100 nm, lớn hơn LDL (protein vận chuyển cholesterol), nhưng nhỏ hơn tế bào hồng cầu. Các nghiên cứu cho thấy, exosome có vai trò quan trọng trong điều hòa, tín hiệu nội bào và quản lý chất thải. Do đó, sự quan tâm tới ứng dụng lâm sàng của exosome đang ngày càng tăng. Hiện tại, exosome đang được nghiên cứu như một công cụ chẩn đoán bệnh, liệu pháp vận chuyển thuốc và chỉ thị sinh học cho sức khỏe và bệnh tật.
Cấu trúc của một exosome có kích thước trung bình (đường kính khoảng 60 nm)
Sự hình thành exosome
Khám phá đầu tiên liên quan đến exosome vào năm 1987, nghiên cứu được thực hiện trên hồng cầu lưới ở động vật có vú trưởng thành. Các nhà khoa học đã quan sát thấy exosome tham gia vào việc loại bỏ có chọn lọc nhiều protein màng sinh chất trong quá trình hồng cầu lưới chuyển thành tế bào hồng cầu trưởng thành.
Ban đầu, các endosome trong hồng cầu lưới hình thành thể nhiều túi, với nhiều túi nhỏ nội bào bên trong endosome. Túi nhỏ nội bào trở thành exosome khi thể nhiều túi hợp nhất với màng tế bào, rồi giải phóng túi nội bào vào không gian ngoại bào.
Exosome chứa nhiều thành phần đa dạng có nguồn gốc từ tế bào mà chúng được sinh ra, gồm protein, lipid và ARN. Mặc dù, thành phần protein exosome khác nhau tùy theo tế bào nguồn sinh ra chúng, nhưng hầu hết exosome đều chứa một tập hợp các protein tương tự. Ngoài ra, exosome cũng được chứng minh có chứa ADN sợi đôi.
Chức năng sinh học của exosome
Nhiều dòng tế bào giải phóng exosome trong ống nghiệm như tế bào thần kinh, nguyên bào sợi, tế bào mỡ, tế bào biểu mô ruột và các dòng tế bào khối u. Trong cơ thể, exosome được tìm thấy trong nhiều dịch sinh học như: dịch khớp, sữa, máu, nước tiểu, nước bọt, dịch ối... Chẳng hạn như trong 1 µl huyết thanh có chứa khoảng 3,000,000 exosome.
Các nghiên cứu đã chứng minh sự tiết exosome giống như một quá trình bài tiết protein và ARN không cần thiết. Trên cơ sở nguồn gốc của chúng, exosome thực hiện nhiều chức năng khác nhau. Chẳng hạn như tác dụng hỗ trợ trong đáp ứng miễn dịch, vai trò của exosome trong đông máu, viêm nhiễm và tạo mạch. Một nghiên cứu về mức độ miARN exosome của sữa mẹ trong thời gian cho con bú, kết quả cho thấy các miRNA như miR-155 và miR-181a có vai trò quan trọng trong điều hòa miễn dịch, chúng xuất hiện nồng độ cao trong 6 tháng cho con bú và giảm đáng kể sau đó.
Các exosome có thể chuyển nhiều loại phân tử từ một tế bào sang một tế bào khác (chẳng hạn tế bào đuôi gai và tế bào B), cho nên chúng có thể đóng vai trò trong đáp ứng miễn dịch trung gian với tác nhân gây bệnh và khối u. Do đó, các nhà khoa học đang tích cực nghiên cứu vai trò của exosome trong tín hiệu tế bào- tế bào. Theo đó, các exosome có thể liên quan đến sự lan rộng nguồn gây bệnh như virus và prion.
Exosome trong chẩn đoán bệnh
Những năm vừa qua, nhiều nghiên cứu đã tiến hành trên khía cạnh chẩn đoán exosome và đã khám phá ra rằng tất cả các dịch cơ thể có chứa exosome. Vì exosome có chứa protein, lipid và ARN, cho nên nó có thể hữu ích cho mục đích chẩn đoán bệnh. Cho đến nay, đã có những nỗ lực đáng kể được thực hiện để sử dụng exosome như một công cụ chẩn đoán.
Các nghiên cứu cho thấy mức độ exosome cao trong huyết thanh, nước tiểu và máu ở các bệnh nhân ung thư. Hơn nữa, các thành phần trong exosome có thể cung cấp thông tin quan trọng liên quan đến tình trạng bệnh. Ví dụ, exosome mang mucin được sử dụng như chỉ thị chẩn đoán cho ung thư tế bào tuyến. Một điều tra proteomic nước tiểu đã xác định 8 protein có vai trò quan trọng trong chẩn đoán ung thư ruột. Protein exosome nước tiểu được xem như chỉ thị đáp ứng điều trị trong ung thư tiền liệt tuyến. Một nghiên cứu gần đây đã chứng minh exosome có liên quan tới sự xâm lấn của ung thư buồng trứng. Như vậy, có thể nói rằng thành phần protein của exosome là một công cụ hữu ích cho chẩn đoán nhiều bệnh khác nhau.
Exosome giải phóng từ tế bào khối u vào máu (exosome lưu hành) cũng có tiềm năng trong chẩn đoán bệnh. Các nghiên cứu đã chứng minh rằng bệnh nhân ung thư biểu lộ các dạng mRNA và miRNA khác nhau trong exosome lưu hành. Kỹ thuật PCR đã được ứng dụng cho chẩn đoán và phát hiện miARN trong huyết thanh bệnh nhân, đây là cách tiếp cận hứa hẹn mới để phát hiện bệnh trong giai đoạn sớm. Chẳng hạn như sự điều hòa giảm miR-92a trong huyết thanh là chỉ thị sinh học của ung thư biểu mô tế bào gan và ung thư máu.
Exosome như một phương tiện vận chuyển thuốc
Exosome có thể được sử dụng như hệ thống phân phối thuốc nhắm mục tiêu. Alvarez và cộng sự là người đầu tiên chứng minh giả thuyết này bằng cách sử dụng tế bào đuôi gai chưa trưởng thành (DCs). Họ sử dụng DCs thu nhận từ tủy xương chuột như nguồn exosome. Sau đó, exosome được tinh sạch bằng phương pháp siêu ly tâm và sử dụng chúng như phương tiện phân phối siARN. Các nhà khoa học chọn não là mô mục tiêu, bởi vì họ tin rằng hàng rào máu não là trở ngại chính trong phân phối thuốc tới hệ thống thần kinh trung tâm.
Hình mô phỏng chiến lược vận chuyển thuốc bằng exosome
Nhóm nghiên của giáo sư Matthew Wood, tại Đại học Oxford cũng cho rằng exosome có thể vượt qua hàng rào máu não và phân phối siARN, oligo kháng chuỗi, thuốc hóa trị liệu và các protein đặc hiệu thần kinh sau khi tiêm chúng vào máu. Khả năng vượt qua hàng rào máu não của exosome có thể giải quyết vấn đề phân phối kém của dược phẩm đến hệ thống thần kinh trung tâm trong điều trị Alzheimer, Parkinson, ung thư não và các bệnh khác. Một dự án 30 triệu Euro với sự tham gia của các chuyên gia hàng đầu đến từ 14 tổ chức học thuật, hai công ty công nghệ sinh học và bảy công ty dược phẩm, đã được khởi động để chuyển những nghiên cứu bước đầu này đến ứng dụng lâm sàng.
Exosome lưu hành như chỉ thị chẩn đoán tiềm năng cho nhiều bệnh | |||
Loại mẫu | Chỉ thị | Bệnh | |
Định lượng | Huyết tương | Mức độ PMPs | Ung thư dạ dày |
Huyết thanh | Mức độ PMPs | Ung thư tiền liệt tuyến | |
Sự biểu hiện protein | Ascites | CD24, EpCAM | Ung thư buồng trứng |
Huyết thanh | Yếu tố mô | Ung thư nói chung | |
Huyết tương | Yếu tố mô | Ung thư vú | |
Dịch màng ối | SNX25, BTG1 | Ung thư biểu mô | |
Nước tiểu | Fetuin-A | Tổn thương thận cấp | |
Sự biểu hiện miRNA hoặc mRNA | Huyết thanh | Glioblastoma | Glioblastoma |
Huyết thanh | MAGE-1, HER-2 | Ung thư dạ dày | |
Tài liệu tham khảo:
1. Alexander V. Vlassov (2012), “Exosomes: Current knowledge of their composition, biological functions, and diagnostic and therapeutic potentials”, Biochimica et Biophysica Acta 1820, 940–948.
2. Sai Kiang Lim (2012), “Exosomes for drug delivery — a novel application for the mesenchymal stem cell”, Biotechnology Advances.
3. QING XU (2014), “FUNCTIONS AND APPLICATIONS OF EXOSOMES”, Acta Poloniae Pharmaceutica - Drug Research, Vol. 71 No. 4 pp. 537-543.
Dịch giả Trần Tuấn Anh
Biên soạn BioMedia VN
Post a Comment