Nghiên cứu sản xuất Interleukin-3 và Interleukin-11 tái tổ hợp chất lượng cao dùng trong y học

Bệnh máu hay còn gọi là bệnh của hệ tạo máu khiến cho máu có tình trạng bất thường. Các rối loạn thường gặp là thiếu máu, xuất huyết, bệnh máu trắng, ung thư tuỷ xương, ung thư hạch, số lượng các loại tế bào máu tăng lên hoặc giảm xuống... Nguyên nhân của bệnh máu có thể do nguyên phát hoặc thứ phát.  Đây là bệnh phức tạp, khó chữa, có tỷ lệ tử vong cao, là một thách thức lớn cho ngành y học. Những năm gần đây tỷ lệ mắc bệnh máu tăng nhanh, trở thành mối đe dọa nghiêm trọng đến tính mạng con người. 

Sự tạo thành tế bào máu là quá trình tăng sinh biệt hoá của tế bào gốc tạo máu tại tuỷ xương theo cơ chế điều hoà phức tạp nhưng rất chặt chẽ, nhịp nhàng với sự tham gia của các yếu tố như các tế bào gốc tạo máu, vi môi trường tạo máu và các yếu tố kích thích tạo máu hay còn gọi là cytokine. Trong đó, cytokine sẽ kích thích tế bào gốc tăng sinh và hướng biệt hoá theo định hướng cụ thể từng dòng. Trong bốn nhóm của cytokine thì interleukin có vai trò liên kết với thụ thể đặc hiệu để điều khiển các hoạt động của tế bào như tăng sinh, biệt hóa, phân chia và chết. Interleukin-3 (IL-3) có phổ tác dụng rộng nhất trong hệ tạo máu (tăng sinh tất cả các loại tế bào gốc). Vai trò chính của IL-3 là biệt hóa và kích thích sự tăng sinh các tế bào tiền tủy thành hồng cầu và bạch cầu. Interleukin-11 (IL-11) có vai trò kích thích sự biệt hóa các tế bào gốc tạo máu, tế bào tiền mẫu tiểu cầu, đồng thời kích thích chúng thành thục để sản xuất tiểu cầu. IL-3 và IL-11 kết hợp với nhau còn có tác dụng tăng cường khả năng hồi phục các loại tế bào bạch cầu, hồng cầu và tiểu cầu. Do đó, IL-11 được coi là một yếu tố tăng trưởng tạo máu và được làm dược phẩm điều trị các bệnh liên quan đến hệ tạo máu. Đây là loại interleukin tái tổ hợp đầu tiên được FDA cấp phép điều trị bệnh thiếu hụt tiểu cầu và giảm bớt nhu cầu truyền tiểu cầu cho các bệnh nhân ung thư sau hoá trị liệu với tên thương mại là Neumega. Hiện tại, sinh phẩm này được bán với giá $352.9/liều, tương đương từ 70-150 triệu đồng cho mỗi giai đoạn điều trị từ 10 đến 21 ngày. Sự phát triển cytokine trong lĩnh vực chữa bệnh bị hạn chế chủ yếu bởi chi phí đắt đỏ của các loại protein dược phẩm. Do đó việc nghiên cứu sản xuất các loại cytokine tái tổ hợp sẽ cho phép chúng được ứng dụng rộng rãi hơn.

Ở Việt Nam, hướng nghiên cứu protein tái tổ hợp làm dược phẩm chưa phát triển mạnh, đặc biệt là về IL-3 và IL-11 nhằm chữa các bệnh của hệ tạo máu. Các protein tái tổ hợp đó cần được đánh giá về chất lượng, hoạt tính sinh học và tính an toàn. Do đó, nhóm các nhà khoa học thuộc Viện Công nghệ sinh học do GS. TS. Trương Nam Hải làm chủ nhiệm, kết hợp với các nhóm nghiên cứu của Trường Đại học Y Hà Nội, Bệnh viện đa khoa Quốc tế Vinmec, Viện Kiểm định Quốc gia Vắc xin và Sinh phẩm Y tế đã thực hiện đề tài độc lập cấp Nhà nước “Nghiên cứu sản xuất Interleukin-3 và Interleukin-11 tái tổ hợp chất lượng cao dùng trong y học (điều trị)”, mã số ĐT-PTNTĐ.2012-G/04, thuộc chương trình Nghiên cứu, ứng dụng và phát triển công nghệ sinh học. Thời gian thực hiện đề tài từ tháng 6/2012 đến tháng 6/2016. 

Đề tài có những mục tiêu sau: Tạo chủng tái tổ hợp biểu hiện Interleukin-3 và Interleukin-11 người tại Việt Nam; Xây dựng quy trình sản xuất IL-3 và IL-11 tái tổ hợp; Xây dựng phương pháp kiểm tra và đánh giá tính an toàn, hoạt tính sinh học của sản phẩm IL-11; Kiểm định chất lượng sản phẩm IL-11.

Các sản phẩm của đề tài đã bước đầu đạt được những mục tiêu quan trọng đặt ra bao gồm:

• Đã tạo được 2 bộ chủng giống gốc và chủng sản xuất protein IL-3/IL-11. Trong đó, chủng E. coli JM109 biểu hiện IL-3 ở dạng không tan, chủng E. coli Rosetta 2 biểu hiện IL-11 dung hợp với SUMO ở trạng thái tan.
• Đã xây dựng được quy trình sản xuất IL-3 và IL-11 tái tổ hợp quy mô bình tam giác. Độ tinh khiết của các protein tái tổ hợp đều cao hơn 99% (QuantityOne) (Hình 1). Chúng được kiểm tra tính kháng nguyên bằng Western blot với kháng thể đơn dòng kháng IL-3/IL-11, đọc trình tự acid amin đầu N so với thiết kế. Protein IL-11 được tạo công thức với các thành phần đệm an toàn, ổn định không làm protein phân cắt. Hàm lượng endotoxin trong giới hạn cho phép đối với một liều tiêm (<175 EU/liều). Bột đông khô tạo bánh tốt, màu trắng đồng nhất, không có mùi vị lạ, tan hoàn toàn sau khi hoàn nguyên, đáp ứng tiêu chuẩn làm dược phẩm tiêm (Hình 2).

Hình 1: Đánh giá độ tinh sạch của IL-11 bằng SDS-PAGE (A) và phần mềm QuatityOne (B)
M: Thang protein chuẩn (Fermentas); Đường 1-2: Các mẫu IL-11 tinh chế (2 µg/giếng)

Hình 2: Ảnh đông khô và hoàn nguyên sản phẩm IL-11 trong các ống nhựa polypropylene và ống thủy tinh

• Đã xây dựng quy trình kiểm tra và đánh giá độ an toàn, hoạt tính sinh học cho sản phẩm IL-11. Về cơ bản, IL-11 an toàn trên mô hình thử nghiệm (có tính an toàn chung, không có biểu hiện độc tính cấp, không gây độc tính bán tr¬ường diễn, đạt yêu cầu về chất gây sốt). Đồng thời, IL-11 có tác dụng tăng sinh dòng tế bào TF-1 (4,17.105 IU/mg, Hình 3) và tế bào gốc tạo máu CD34+.
• Đã kiểm định tiêu chuẩn cơ sở cho sản phẩm IL-11, đạt yêu cầu.

Hình 3: Đồ thị biểu diễn sự đáp ứng của dòng tế bào TF-1 đối với nồng độ protein IL-11 tái tổ hợp

Bên cạnh đó, đề tài đã tham gia đào tạo được 05 cử nhân đại học, 02 thạc sỹ và 01 nghiên cứu sinh (đã bảo vệ cấp cơ sở). Đề tài đã công bố kết 05 bài báo ở các tạp chí khoa học chuyên ngành trong nước.

Hội đồng Khoa học và Công nghệ cấp Nhà nước họp ngày 12/1/2017 kết luận: Đề tài đã hoàn thành đầy đủ các nội dung theo đăng ký. Sản phẩm đạt yêu cầu về chất lượng, vượt chỉ tiêu ở một số nội dung đào tạo, công bố trong nước tuy chưa có minh chứng bài báo quốc tế. Hội đồng nghiệm thu đề tài và đánh giá xếp loại Khá.

Nguồn tin: GS.TS. Trương Nam Hải - Chủ nhiệm đề tài 
Xử lý tin: Minh Tâm