Các nhà khoa học thiết kế một protein mới sản xuất ra tế bào T chống ung thư
Hiện nay, các nhà khoa học tại Viện Thiết kế Protein của UW Y học (IPD) ở Seattle đã tạo ra một loại protein mới có thể bắt chước hoạt động của một loại protein quan trọng trong việc điều hòa miễn dịch, đó là interleukin 2 (IL-2). Ngoài ra, IL-2 được xem là một loại thuốc chống ung thư mạnh và đem lại nhiều hiệu quả trong việc điều trị cho bệnh tự miễn, tuy nhiên những tác dụng phụ độc hại của nó đã hạn chế những lợi ích lâm sàng của nó đem lại.
Và trong một bài báo được đăng trên tạp chí Nature ngày 10 tháng 1, các nhà nghiên cứu đã báo cáo việc sử dụng các chương trình máy tính để thiết kế một loại protein mà họ đã thử nghiệm trên các mô hình động vật qua đó cho thấy nó có khả năng kích thích các tế bào T chống ung thư giống như IL- 2 xuất hiện tự nhiên, nhưng không gây ra tác dụng phụ có hại.
Từ thành tựu này đã mở ra những cách tiếp cận mới trong việc thiết kế các phương pháp trị liệu dựa trên protein trong điều trị ung thư, và các bệnh tự miễn hay các rối loạn khác, các nhà nghiên cứu cho biết.
Với loại protein mới này được đặt tên là Neo-2/15, bởi vì ngoài việc bắt chước tác dụng của IL-2, loại protein còn có thể bắt chước tác dụng của một interleukin khác, là IL-15, hiện đang được nghiên cứu như một liệu pháp miễn dịch chống lại các loại ung thư khác.
Daniel-Adriano Silva, một nhà hóa sinh IPD, tác giả chính của bài báo cho biết: Trong 30 năm nay các nhà nghiên cứu đã cố gắng thay đổi IL-2 nhằm giúp cho nó an toàn và hiệu quả hơn, nhưng vì các protein tự nhiên có xu hướng không ổn định, vì thế điều này đã được chứng minh là rất khó thực hiện. Tuy nhiên với Neo-2/15 thì lại rất nhỏ và ổn định. Bởi vì các nhà nghiên cứu đã thiết kế nó ngay từ đầu, và họ hiểu tất cả các bộ phận của nó qua đó các nhà nghiên cứu vẫn đang tiếp tục cải thiện và khiến nó trở nên ổn định và hoạt động tốt hơn.
Các nhà khoa học thiết kế protein sản xuất tế bào T chống ung thư
Umut Ulge, Bác sĩ nội khoa và Nhà hóa sinh IPD, cũng là một tác giả chính khác cho biết: Đối với Neo-2/15, các nhà nghiên cứu đã thấy được các đặc tính trị liệu tốt hơn IL-2 tự nhiên, và tất nhiên nó được thiết kế và tính toán nhằm giảm đi ảnh hưởng của các tác dụng phụ độc hại hơn nhiều
Hiện nay, IL-2 đã được sử dụng như một phương pháp điều trị duy nhất đối với bệnh nhân ung thư mà không còn lựa chọn điều trị nào khác. Và đối với một nhân bị ung thư hắc tố hoặc ung thư tế bào thận đang trong giai đoạn tiến triển, thì IL-2 chỉ có thể đạt được tỷ lệ chữa khỏi khoảng 7%. Tuy nhiên, việc sử dụng nó hiện nay vẫn còn hạn chế vì nó chỉ có thể sử dụng an toàn cho những bệnh nhân khỏe mạnh và chỉ có trong các đơn vị chăm sóc đặc biệt tại các trung tâm y tế chuyên khoa.
Bên cạnh đó, IL-2 hoạt động trên hai loại tế bào miễn dịch bằng cách liên kết với các thụ thể trên bề mặt tế bào. Tuy nhiên, hiệu ứng của IL-2 chỉ có hành vi ở một tế bào phụ thuộc phần lớn vào số lượng và bản chất từ những tương tác thụ thể này. Ngoài ra, IL-2 tự nhiên có thể kích hoạt các tế bào có thụ thể beta và gamma qua đó chịu trách nhiệm cho hoạt động kháng lại khối u, và đó chính xác là những gì bệnh nhân muốn. Vì thế, khi IL-2 tự nhiên ưu tiên liên kết với một loại tế bào miễn dịch khác có thụ thể alpha bên ngoài thụ thể beta và gamma. Thì những tế bào này gây ra những tác dụng phụ nghiêm trọng như độc tính và ức chế miễn dịch. Và cho đến nay, đối với tất cả các liệu pháp IL-2 được phê duyệt đã gây ra nhiều sự kích hoạt ưu tiên của các tế bào ngoài mục tiêu này.
Từ phát hiện này, một lần nữa cho thấy việc thiết kế protein ngay từ đầu có thể dẫn đến các phân tử sinh học ưu việt với các đặc tính trị liệu được nâng cao và ít gây ra các tác dụng phụ hơn so với bất cứ phân tử sinh học có cấu trúc đã được biết đến hoặc có thể dự đoán được, David Baker, Giám đốc Viện nghiên cứu cho biết. Ngoài ra, ông là Giáo sư sinh hóa của Trường Y khoa UW và là điều tra viên của Viện Y khoa Howard Hughes.
Và để thiết kế ra một loại protein chống ung thư mà không gây ra các tác dụng phụ này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một chương trình máy tính được phát triển trong phòng thí nghiệm Baker có tên Rosetta. Khi sử dụng Rosetta, các nhà nghiên cứu đã thiết kế protein có các bề mặt liên kết và được kích hoạt với beta - gamma thụ thể IL-2, nhưng đây không phải là alpha thụ thể IL-2, được xem là một phần của các tế bào gây hại.
Trong nghiên cứu này việc đầu tiên, là các nhà nghiên cứu đã thiết kế các protein nhỏ gọn đóng vai trò là khung sườn để giữ hai vị trí gắn kết thích hợp với nhau. Sau đó, họ tối ưu hóa chuỗi axit amin của các khung sườn lại với nhau một cách tốt nhất. Và những nỗ lực cuối cùng này đã tạo ra một loại protein nhỏ gọn và khác hoàn toàn với IL-2 tự nhiên. Ngoài ra, các mô hình trong phòng thí nghiệm ở động vật cho thấy, nó liên kết chặt chẽ với beta và gamma thụ thể IL-2, khi đó việc kích hoạt các tế bào miễn dịch chống ung thư và làm chậm sự phát triển của khối u. Vì khi đó protein này được thiết kế không có vị trí gắn kết với thụ thể alpha, từ đó Neo-2/15 cho thấy đem lại hiệu quả và không gây ra tác dụng phụ độc hại.
Tuy nhiên, đối với protein mới này lại không ưu tiên liên kết với các tế bào gây hại. Vì thế những phân tử mới này lại cho phép kích hoạt các tế bào kháng lại những khối u mục tiêu mà không cần kích hoạt các tế bào bên ngoài chịu trách nhiệm về độc tính và ức chế miễn dịch.