Tiềm năng chất tiết ngoại bào từ tế bào gốc trung mô trong nghiên cứu điều trị COVID-19

Bài viết bởi ThS. Nguyễn Văn Phòng và Nguyễn Thị Tuyết Anh - Khối Liệu pháp tế bào, Trung tâm Công nghệ cao Vinmec

Một vài nghiên cứu lâm sàng và tiền lâm sàng đã cho thấy tiềm năng của Exosomes trong điều trị COVID-19 bao gồm chống lại cơn bão cytokine và chống viêm. Hiện nay chưa có vắc-xin hoặc phương pháp điều trị kháng virus cụ thể đối với bệnh COVID-19, do đó, hiểu biết chính xác vai trò của Exosomes trong nhiễm virus COVID-19 giúp chúng ta hiểu biết hơn về động học của virus này, thúc đẩy việc phòng ngừa và điều trị hiệu quả hơn. Những phát hiện này gợi ý những hướng nghiên cứu sau đây về động học và ức chế virus COVID-19.

1.Tại sao COVID-19 lại trở thành đại dịch?

Bệnh coronavirus 2019 (COVID-19) rất dễ lây lan qua đường hô hấp (ho, hắt hơi) hoặc tiếp xúc với một bề mặt hoặc vật thể có virus, sau đó đưa tay lên mũi, mắt hoặc miệng của mình.

Bên cạnh đó, bệnh có các triệu chứng phức tạp và khó tiên đoán, và thời gian ủ bệnh của SARS-CoV-2 thường kéo dài khoảng 14 ngày. Điều này khiến cho các biện pháp kiểm soát hiện nay rất khó phát hiện. Theo số liệu thống kê thì hiện tại trên toàn thế giới đã có 72 triệu người nhiễm bệnh và làm hơn 1,6 triệu người tử vong do COVID-19 [7].

2. Cơ chế gây bệnh và hậu quả của COVID-19

Virus SARS-CoV-2 xâm nhập vào tế bào qua thụ thể ACE2 giống như SARS-CoV. Khi virus xâm nhập, chúng sẽ tạo ra hàng triệu bản sao của chính nó cùng với sự xuất hiện của thụ thể ACE2 ở khắp nơi trong cơ thể, tạo điều kiện cho virus lây lan. Bắt đầu với các triệu chứng nhẹ như ho, hắt hơi, đau họng rồi đến viêm phổi, một khi virus xâm nhập sâu hơn vào cơ thể nó sẽ gây ra suy hô hấp cấp tính (ARDS – Acute Respiratory Distress Syndrome) và tấn công các cơ quan khác có chứa thụ thể ACE2 như cơ tim, thận, mạch máu, gan và hệ thần kinh trung ương.

Tổn thương nghiêm trọng ở thận tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng miễn dịch quá mức của cơ thể dẫn đến giải phóng lượng lớn cytokine, được gọi là bão “Cytokine”. Đây là nguyên nhân gây giảm huyết áp và làm tăng thêm các tổn thương phổi, tim, thận và não. Cho đến nay, chưa có phương pháp điều trị chống vi rút nào đặc hiệu nào với coronavirus ở người, vì vậy các phương pháp điều trị chỉ mang tính hỗ trợ làm giải các triệu chứng bệnh.

Chất tiết ngoại bào (Exosomes) từ tế bào gốc trung mô là các túi nhỏ có lớp màng lipid kép giống như màng tế bào. Exosomes bao gồm các proteins, lipid, vật chất di truyền (miRNA, RNAs) và các chất tăng trưởng tế bào do tế bào tiết ra như HGF, FGF, VEGF, PDGF, TGF-beta.

Trước đây, thể tiết được coi là rác thải từ tế bào. Tuy nhiên các nghiên cứu gần đây đã cho thấy vai trò quan trọng của Exosomes. Exosomes có kích thước rất nhỏ (40-150nm), khi được giải phóng ra khỏi tế bào vào không gian ngoại bào, Exosomes sẽ lưu thông theo đường máu và hoạt động tại những vị trí nằm xa tế bào tiết. Tại vị trí hoạt động, chúng hợp nhất với tế bào nhận thông màng tế bào và giải phóng các phân tử gồm lipid, axit nucleic và protein tới tế bào nhận. Cơ chế như vậy gọi là cơ chế truyền tin.

Kết quả gây ra sự thay đổi các quá trình sinh học tế bào như quá trình tái tạo, tiến triển ung thư và điều hòa miễn dịch, tăng sinh tế bào, di chuyển tế bào, hình thành ống mạch máu, tham gia vào các phản ứng chống viêm của tế bào. Do vậy, Exosomes rất có tiềm năng để phát triển thành các loại thuốc cải tiến.

Các nghiên cứu gần đây tập trung vào tiềm năng tái tạo, điều hòa miễn dịch và khả năng chống viêm của Exosomes. Các Exosomes có nguồn gốc từ tế bào gốc trung mô đang chứng tỏ khả năng trở thành một phương pháp thay thế cho các liệu pháp từ tế bào trong điều trị hội chứng ARDS, một trong những hội chứng xuất hiện ở những bệnh nhân COVID-19 thể nặng.

Exosomes đã làm giảm sự tiết cytokine và các phân tử tiền viêm đã làm giảm đáng kể các triệu chứng của ARDS [1]. Exosomes cũng làm tăng khả năng truyền tin giữa các tế bào qua đó làm giảm mức độ tổn thương phổi thông qua tăng tính thấm và chức năng của các phế nang. Do đó, khả năng trao đổi khí giữa các phế nang bên trong phổi dễ dàng hơn [2, 3].

Bên cạnh đó, Exosomes vận chuyển các ty thể - đồng tiền năng lượng của tế bào – đến các phế nang cũng làm tăng tỷ lệ sống sót của chúng, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tái tạo tế bào [2]. Các Exosomes cũng được cho là ức chế đáng kể sự nhân lên của vi-rút khi quan sát tác động của chúng trong mô hình tiền lâm sàng của các rối loạn phổi cấp tính [2, 4].

Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng miRNA được tiết ra bởi exosomes là rất quan trọng cho tăng tốc phục hồi phổi, đặc biệt ở những bệnh nhân bị nhiễm vi-rút như cúm, tăng áp phổi do thiếu oxy, tổn thương phổi. Nghiên cứu sự điều hòa hoạt động của miRNA trong quá trình sửa chữa tổn thương phổi giai đoạn đầu và giai đoạn cuối trên mô hình chuột chỉ ra rằng một số miRNA nhất định như miR-290, miR-21, let-7 và miR-200 đóng một vai trò quan trọng trong việc tái tạo phổi, và điều hòa miễn dịch [2].

Một nghiên cứu khác chỉ ra rằng các Exosomes có nguồn gốc từ tế bào gốc có thể vô hiệu hóa các đường truyền tín hiệu liên quan đến tình trạng thiếu oxy, làm giảm tình trang thiếu oxy của phổi và chống viêm, đặc biệt rõ ràng trong các rối loạn hô hấp [5]. Ngoài tác dụng của chúng trong một mô hình tiền lâm sàng về rối loạn phổi cấp tính, các Exsomes có nguồn gốc từ tế bào gốc trung mô còn được biết đến là nguyên nhân ức chế trực tiếp sự nhân lên của virus.
Các nghiên cứu đã xác nhận rằng các Exosomes có nguồn gốc từ trung mô tiết ra miRNA, hoạt động như một phức hợp làm thay đổi sự biểu hiện của các thụ thể tế bào thông qua các thay đổi biểu sinh giúp ngăn chặn sự xâm nhập của nhiều loại virus RNA như cúm, viêm gan C và cả COVID-19 [6]. Trong mô hình lợn mắc bệnh cúm, việc sử dụng các Exosomes có nguồn gốc từ tế bào gốc trung mô trong khí quản, 12 giờ sau khi lây nhiễm, làm giảm đáng kể việc phân nhỏ virus [6].

Tài liệu tham khảo

1. Abraham, A. and A. Krasnodembskaya, Mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles for the treatment of acute respiratory distress syndrome. Stem Cells Transl Med, 2020. 9(1): p. 28-38.
2. Wang, M., Q. Yuan, and L. Xie, Mesenchymal Stem Cell-Based Immunomodulation: Properties and Clinical Application. Stem Cells Int, 2018. 2018: p. 3057624.
3. Worthington, E.N. and J.S. Hagood, Therapeutic Use of Extracellular Vesicles for Acute and Chronic Lung Disease. Int J Mol Sci, 2020. 21(7).
4. Qian, X., et al., Exosomal MicroRNAs Derived From Umbilical Mesenchymal Stem Cells Inhibit Hepatitis C Virus Infection. Stem Cells Transl Med, 2016. 5(9): p. 1190-203.
5. Feng, J., et al., Exosomes: Applications in Respiratory Infectious Diseases and Prospects for Coronavirus Disease 2019 (COVID-19). J Biomed Nanotechnol, 2020. 16(4): p. 399-418.
6. Poulos, J., The limited application of stem cells in medicine: a review. Stem Cell Res Ther, 2018. 9(1): p. 1.
7. https://www.worldometers.info/coronavirus/?