Các nhà khoa học từ Trinity College Dublin và RCSI University of Medicine and Health Sciences đã tạo ra các tế bào miễn dịch “lai” mới, có tiềm năng hỗ trợ hình thành xương sau khi gãy bằng cách đồng thời thúc đẩy sự phát triển của mạch máu và mô xương.

Phát hiện này một ngày nào đó có thể giúp xương tái tạo nhanh hơn, đồng thời cải thiện kết quả điều trị cho một số lượng lớn bệnh nhân — hiện nay có khoảng 10% các ca gãy xương không lành đúng cách.

Nhóm nghiên cứu tập trung vào “đại thực bào” (macrophages), một loại tế bào miễn dịch chuyên biệt có khả năng chuyển đổi giữa hai trạng thái khác nhau. Ngoài việc điều phối phản ứng miễn dịch, đại thực bào còn là các tế bào tiết, nghĩa là chúng chủ động giải phóng các phân tử và hạt tín hiệu để giao tiếp với các tế bào xung quanh nhằm phối hợp quá trình sửa chữa.

Khi xương bị gãy, đại thực bào nhanh chóng di chuyển đến vị trí tổn thương và kích hoạt phản ứng viêm để dọn dẹp các mảnh vụn như tế bào chết và mảnh xương — đây là trạng thái M1. Sau khi hoàn thành nhiệm vụ này, chúng chuyển sang trạng thái thứ hai gọi là M2, giúp tái tổ chức và tái tạo mô xương.

“Cách thức chính xác mà sự chuyển đổi này diễn ra trong quá trình phục hồi xương vẫn chưa được hiểu rõ, nhưng nghiên cứu của chúng tôi đã góp phần giải đáp phần nào câu hỏi đó,” Giáo sư David Hoey từ Trường Kỹ thuật của Trinity, đồng tác giả chính của bài báo đăng trên tạp chí Biomaterials, cho biết.

“Các nhà khoa học từ lâu đã biết rằng đại thực bào giải phóng các hạt nhỏ gọi là túi ngoại bào (extracellular vesicles) — những ‘gói’ mang tín hiệu sinh học được các tế bào lân cận hấp thụ. Điều mà nhóm chúng tôi phát hiện là vai trò của chúng trong quá trình phục hồi xương và quan trọng hơn, tác dụng của chúng phụ thuộc hoàn toàn vào trạng thái của đại thực bào khi chúng được giải phóng.”

Nhóm nghiên cứu phát hiện rằng các túi ngoại bào từ đại thực bào M1 có khả năng khởi động quá trình hình thành xương mới, trong khi các túi từ đại thực bào M2 thúc đẩy sự phát triển của mạch máu mới — một quá trình sinh học thiết yếu để cung cấp dinh dưỡng cho vùng đang hồi phục.

Tạo ra “người chữa lành” lai mới

Bước tiến quan trọng tiếp theo của nghiên cứu liên quan đến chuyển hóa — tức toàn bộ các phản ứng hóa học giúp tế bào hoạt động. Nhóm phát hiện rằng trạng thái chuyển hóa của đại thực bào quyết định loại hạt mà chúng giải phóng.

Bằng cách sử dụng một loại thuốc gọi là DASA-58, họ đã có thể chuyển đại thực bào M1 sang một trạng thái lai mới, nằm giữa M1 và M2.

“Điều quan trọng là các hạt do những tế bào lai này giải phóng hoàn toàn khác biệt,” Giáo sư Hoey cho biết thêm. “Các hạt lai này vừa có thể hỗ trợ hình thành xương mới vừa thúc đẩy sự phát triển mạch máu cùng lúc, về cơ bản kết hợp lợi ích của cả M1 và M2 trong một hệ thống duy nhất — mà không gây ra phản ứng viêm không mong muốn.”

Tại sao điều này quan trọng? Tác động tiềm năng là gì?

Quá trình lành xương chậm hoặc bị suy giảm là vấn đề phổ biến ở người cao tuổi, người mắc tiểu đường và bệnh nhân có gãy xương lớn hoặc phức tạp. Nghiên cứu này gợi ý một cách tiếp cận mới để phát triển các liệu pháp dựa trên tế bào, có thể giúp tăng tốc phục hồi và cải thiện kết quả điều trị.

Bước tiếp theo của nhóm là tiếp tục xác nhận khả năng tái tạo của các túi ngoại bào lai thông qua các nghiên cứu bổ sung trong phòng thí nghiệm (in vitro) và tiền lâm sàng. Nhìn chung, các liệu pháp dựa trên túi ngoại bào đang tiến gần hơn đến giai đoạn ứng dụng lâm sàng, với khoảng 500 thử nghiệm lâm sàng tương tự đang được triển khai trên toàn thế giới.

Tác giả chính, Tiến sĩ Cansu Gorgun từ DIMI, Đại học Genoa, cho biết: “Chúng tôi đã chứng minh rằng có thể ‘hướng dẫn’ tế bào miễn dịch tạo ra các túi hỗ trợ nhiều giai đoạn của quá trình lành thương, điều này có thể là một hướng tiếp cận rất giá trị để cải thiện việc sửa chữa xương.”

Đồng tác giả cao cấp, Giáo sư Annie Curtis từ RCSI, bổ sung: “Bằng cách tái lập trình chuyển hóa tế bào, chúng ta có thể thiết kế các tín hiệu tái tạo mới. Đây vẫn là giai đoạn khá sớm, nhưng là một bước tiến rất hứa hẹn hướng tới các liệu pháp thế hệ mới cho bệnh nhân.”