Bọt nano bao bọc bởi màng bạch cầu trung tính giúp ức chế viêm hoạt dịch và giảm tổn thương khớp trong bệnh viêm khớp dạng thấp

Các kỹ sư tại Đại học California San Diego đã nghiên cứu các bọt nano (nanosponges) được bao bọc bởi màng bạch cầu trung tính (gọi tắt là bọt nano bạch cầu trung tính) có thể hấp thụ an toàn và trung hòa nhiều loại protein đóng vai trò trong sự tiến triển của bệnh viêm khớp dạng thấp. Những bọt nano này có hiệu quả trong điều trị viêm khớp dạng thấp nặng đã được chứng minh khi tiêm vào chuột thí nghiệm. Việc sử dụng sớm các bọt nano này cũng ngăn ngừa sự phát triển của bệnh. Nghiên cứu này được công bố ngày 3 tháng 9 trên tạp chí Nature Nanotechnology.

Chuyên gia Liangfang Zhang, một giáo sư công nghệ nano tại UC San Diego, Jacobs School of Engineering cho rằng: “Các bọt nano là một mô hình mới trong điều trị để ngăn chặn các phân tử bệnh lý gây ra bệnh trong cơ thể. Theo phương pháp này thay vì tạo ra phương pháp điều trị để ngăn chặn một số loại phân tử bệnh lý cụ thể, chúng tôi đang phát triển một phương pháp có thể tác động đến phổ tác dụng rộng của phân tử bệnh lý và có thể điều trị và ngăn ngừa bệnh một cách hiệu quả hơn. “

Sự xuất hiện bạch cầu trung tính là một trong những đáp ứng đầu tiên của hệ thống miễn dịch cơ thể chống lại các tác nhân gây bệnh xâm nhập. Ngoài ra, chúng cũng đóng vai trò trong sự phát triển của bệnh viêm khớp dạng thấp, một bệnh tự miễn mạn tính, là nguyên nhân gây viêm ,đau ở các khớp và cuối cùng có thể dẫn đến tổn thương sụn và mô xương.

Khi viêm khớp dạng thấp phát triển, các tế bào ở các khớp tạo ra các protein viêm được gọi là cytokine. Việc giải phóng các cytokine làm tín hiệu thúc đẩy bạch cầu trung tính xâm nhập vào các khớp. Một khi ở đó, các cytokine liên kết với các thụ thể trên bề mặt bạch cầu trung tính, kích hoạt chúng phóng thích thêm nhiều cytokine hơn nữa, do đó tạo ra nhiều bạch cầu trung tính hơn đến các khớp, mô xương,..

Bằng cách hoạt động như những mồi nhử, các bọt nano bạch cầu trung tính này vẫn còn giữ lại màng bạch cầu trung tính phía bên ngoài do đó các cytokine vẫn đến gắn vào bề mặt receptor trên màng này nhưng các cytokine này lại không thể khởi phát tín hiệu để phóng thích thêm các cytokine khác nên giảm hóa ứng động bạch cầu trung tính đến các khớp, vì vậy có tác dụng giảm viêm và hạn chế tổn thương khớp.

Công trình này là một trong những ví dụ mới nhất về bọt nano trị liệu được phát triển bởi phòng thí nghiệm của Zhang.

Những bọt nano này được xem như một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho các phương pháp điều trị hiện tại đối với bệnh viêm khớp dạng thấp. Ví dụ, một số loại thuốc kháng thể đơn dòng đã giúp bệnh nhân kiểm soát các triệu chứng của bệnh, nhưng chúng hoạt động bằng cách trung hòa chỉ một số loại cytokine cụ thể. Bởi vì có rất nhiều loại khác nhau của cytokine và các phân tử bệnh lý có liên quan nên không đủ để điều trị bệnh.

Do đó, cách tiếp cận của nghiên cứu là lấy màng tế bào bạch cầu trung tính, với các thụ thể tự nhiên để liên kết tất cả các loại cytokine khác nhau và sử dụng chúng để quản lý toàn bộ quần thể các phân tử viêm. Chiến lược này loại bỏ sự cần thiết phải xác định các cytokine cụ thể hoặc các tín hiệu viêm trong quá trình này. Theo tác giả Qiangzhe Zhang, một nghiên cứu sinh thuộc nhóm nghiên cứu của Giáo sư Liangfang Zhang tại UC San Diego “với việc sử dụng toàn bộ màng tế bào bạch cầu trung tính, chúng tôi có thể loại bỏ tất cả các tín hiệu viêm này cùng một lúc”.

Để tạo ra các bọt nano bạch cầu trung tính, các nhà nghiên cứu đầu tiên đã dùng  phương pháp tách bạch cầu trung tính khỏi máu toàn phần. Sau đó, họ xử lý các tế bào trong dung môi để làm cho chúng vỡ ra, thu được các màng bạch cầu trung tính. Các màng này sau đó được chia thành nhiều phần nhỏ hơn rồi phối hợp với polyme phân hủy sinh học PLGA (acid poly lactic-co-glycolic) tạo thành bọt nano bạch cầu trung tính với lõi là polyme PLGA.

Hình 1: Hình ảnh của “nanosponges” bạch cầu trung tính (Neutrophil-NP) với lõi polyme PLGA

Hình 2: Hình ảnh “nanosponges” bạch cầu trung tính dưới kính hiển vi điện tử truyền qua,  (thanh đo = 100nm)

Một trong những thách thức chính của công trình này là tinh giản hóa toàn bộ quá trình này, từ việc phân lập bạch cầu trung tính khỏi máu để loại bỏ các màng. Qiangzhe Zhang  cho rằng “Chúng tôi đã dành rất nhiều thời gian để tìm ra điều này và cuối cùng đã tạo ra một dây chuyền sản xuất bọt nano bạch cầu trung tính nhất quán”.

Trong các mô hình chuột đã được gây viêm khớp, khi tiêm bọt nano bạch cầu trung tính, PBS, kháng thể đơn dòng anti-interleukin 1β, kháng thể đơn dòng anti-TNFα (là những kháng thể đơn dòng được dùng trong điều trị bệnh viêm khớp dạng thấp) thì sau 60 ngày đường kính chỗ khớp gối chuột thay đổi rõ rệt, trong đó chuột được tiêm bọt nano bạch cầu trung tính có đường kính chỗ viêm nhỏ nhất chứng tỏ có sự giảm sưng và sụn khớp được bảo vệ khỏi thiệt hại thêm.

Hình 3: a) Bố trí thử nghiệm đối với chuột đã được gây viêm khớp

b) Hình ảnh thay đổi đường kính chỗ viêm sau 60 ngày đối với các nhóm thử  khác nhau

Giáo sư Liangfang Zhang cũng nêu ra rằng: “Về cơ bản chúng tôi có thể kiểm soát được căn bệnh này. Nó không hoàn toàn biến mất. Nhưng sưng được giảm đáng kể và tổn thương sụn được giảm thiểu”.

DS. Lê Hoàng Hảo

Tài liệu tham khảo:

1. Qiangzhe Zhang, Diana Dehaini, et al. (2018), “Neutrophil membrane-coated nanoparticles inhibit synovial inflammation and alleviate joint damage in inflammatory arthritis”, Nature Nanotechnology, DOI: 1038/s41565-018-0254-4