Liệu pháp thay thế collagen bằng cách tiêm dưới da thể tiết ngoại bào mang mRNA

Tác giả: Yi You, Yu Tian, Zhaogang Yang, Junfeng Shi, Kwang Joo Kwak, Yuhao Tong, Andreanne Poppy Estania, Jianhong Cao, Wei-Hsiang Hsu, Yutong Liu, Chi-Ling Chiang, Benjamin R. Schrank, Kristin Huntoon, DaeYong Lee, Ziwei Li, Yarong Zhao, Huan Zhang, Thomas D. Gallup, JongHoon Ha, Shiyan Dong, Xuefeng Li, Yifan Wang, Wen-Jing Lu, Eman Bahrani, …Andrew S. Lee

Tên báo: Nature Biomedical Engineering (IF 29.234)

PMID: 36635419

DOI: 10.1038/s41551-022-00989-w

Link: https://www.nature.com/articles/s41551-022-00989-w

Trong nghiên cứu này, tác giả Yi và cộng sự chỉ ra rằng nguyên bào sợi da người tiết các thể tiết ngoại bào (extracellular vesicle – EV) thông qua quá trình nanoporation tế bào để tạo ra EV có chứa mRNA mã hóa cho protein chất nền ngoại bào COL1A1 (extracellular-matrix α1 type-I collagen) giúp kích thích hình thành các tấm collagen và làm giảm nếp nhăn trong mô da bị mất collagen ở mô hình chuột lão hóa da. Tác giả cũng cho thấy rằng sử dụng phương pháp vi tiêm EV chứa mRNA vào da dẫn đến kéo dài việc tổng hợp collagen và đều hơn để thay thế collagen trong lớp trung bì da động vật. Việc đưa mRNA COL1A1 thông qua EV vào da có thể là một phương pháp phục hồi protein collagen hiệu quả để điều trị làn da bị lão hóa do ánh sáng.

Gần đây, sự phát triển của kỹ thuật chỉnh sửa mRNA đã giúp tăng cường hiệu quả của liệu pháp vận chuyển mRNA và tiềm năng ứng dụng chúng trong lâm sàng; tuy nhiên, do bản chất và nguy cơ gây kích hoạt miễn dịch, cho nên cần thiết tìm ra phương pháp vận chuyển mRNA để mà có thể khắc phục được những vấn đề này. Các phương pháp hiện tại tập trung vào việc sử dụng hạt nano lipid (LNP) để mang và vận chuyển mRNA. Tuy nhiên, có một số thách thức khi sử dụng LNP như là khả năng gây độc với tế bào, phân bố sinh học kém và thiếu đặc tính vận chuyển đích. Những vấn đề này có thể là do việc sử dụng PEG (poly-ethylene glycol) hóa bề mặt hạt LNP để cải thiện chu kỳ bán rã tuần hoàn và giảm sự loại bỏ không đặc hiệu. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp vận chuyển mRNA là vô cùng cần thiết để khắc phục các vấn đề của LNP.

Các thể tiết ngoại bào (Extracellular Vesicles – EV), bao gồm vi thể (Microvesicles) và Exosomes, đóng vai trò chính trong việc vận chuyển các phân tử sinh học và axit nucleic, gồm có cả mRNA, trong cơ thể người. Do đó, trong những năm gần đây, EV đã nổi lên thành phương tiện tiềm năng mang axit nucleic điều trị nhờ khả năng tương thích sinh học tự nhiên, khả năng vượt qua các rào cản sinh lý và tính sinh miễn dịch thấp. Không giống với các hạt LNP, EV (trong đó có cả exosome) được tạo ra từ tế bào của cơ thể, cho nên chúng gây đáp ứng viêm thấp. Hơn nữa, người ta đã phát triển các kỹ thuật dễ dàng sản xuất số lượng lớn exosome với chi phí rẻ. Trước đây, nhóm nghiên cứu đã báo cáo về phương pháp nanoporation (CNP), theo đó các lỗ với kích thước nano tạm thời được tạo ra trên bề mặt của tế bào cho phép đóng gói một lượng lớn mRNA vào exosome được tiết ra. 

Trong nghiên cứu này, Yi và cộng sự tiếp tục sử dụng mô hình chuột bị lão hóa da cấp tính do ánh sáng mô phỏng chặt chẽ các đặc điểm sinh lý bệnh học của làn da bị hư hại do lão hóa ở người. Kết quả cho thấy rằng, sử dụng liệu pháp EV chứa mRNA COL1A1 (gọi tắt là COL1A1-EV) đã giúp chống lão hóa bằng cách thay thế protein collagen bị mất đi ở da bị lão hóa do ánh sáng. Để cải thiện hiệu quả vận chuyển và lưu giữ mRNA, nhóm nghiên cứu đã thiết kế miếng dán vi kim hyaluronic acid (HA) kết hợp với COL1A1-EV. Sử dụng silicon để tạo khuôn vi kim với mỗi khoang kim có đường kính đế tròn là 400 μm và chiều cao là 1000 μm. Các hốc kim này được sắp xếp theo mảng 10 × 10 với khoảng cách hai đầu góc là 700 μm. Tiếp theo, 150 μl dung dịch HA (15 %) được trộn với 50 μl EV, giữ trong chân không trong 30 phút và sau đó được chuyển đến 4 °C cho đến khi nó lắng đọng trong khoang kim. Cuối cùng, 1 ml dung dịch HA (15 %) được nạp vào khoang kim và đặt trong tủ làm khô có gắn quạt để đẩy nhanh quá trình bay hơi để đông đặc. Sau khi hóa rắn, miếng vá vi kim được tách ra khỏi khuôn silicon để sử dụng trên mô hình. Tiếp đó, mỗi chuột thí nghiệm nhận được một lần can thiệp có chứa 22 × 109 bản sao mRNA và theo dõi trong vòng ba tháng. 

Với mục đích kiểm tra liệu việc sử dụng miếng dán vi kim HA kết hợp COL1A1-EV có thể cải thiện việc thay thế protein in vivo trên da của chuột bị lão hóa hay không, năm nhóm thí nghiệm trên chuột đã được tiến hành, bao gồm: nhóm đối chứng điều trị bằng dung dịch muối sinh lý, nhóm tiêm COL1A1-EV sử dụng kim 28G, nhóm sử dụng vi kim HA không chứa COL1A1-EV, nhóm sử dụng vi kim HA chứa EV nhưng không chứa COL1A1, nhóm sử dụng vi kim HA chứa COL1A1-EV. Kết quả cho thấy liệu pháp vận chuyển mRNA COL1A1 bằng miếng dán vi kim HA chứa COL1A1-EV giảm đáng kể diện tích và số lượng nếp nhăn, và hiệu quả này kéo dài tới 70 ngày trước khi quay lại mức trước điều trị; trong khi đó nhóm tiêm COL1A1-EV bằng kim 28G chỉ có hiệu quả kéo dài 35 ngày. Thêm vào đó, các phân tích hóa mô của mẫu da sau điều trị xác nhận sự duy trì của protein COL1A1 ở trung bì và hạ bì của chuột trong cả nhóm sử dụng kim tiêm 28G và nhóm sử dụng miếng dán vi kim HA chứa COL1A1-EV sau 1 tháng điều trị. Tuy nhiên, chỉ có chuột trong nhóm miếng dán vi kim HA chứa COL1A1-EV duy trì protein COL1A1 ở trung bì và hạ bì sau 2 tháng.

Kết quả từ nghiên cứu này chỉ ra rằng việc vận chuyển mRNA collagen thông qua miếng dán vi kim HA cho phép phân phối mRNA hiệu quả hơn qua bề mặt da, đồng thời duy trì protein collagen ở da gấp đôi thời gian so với việc sử dụng kim tiêm thông thường, góp phần thành công duy trì protein collagen bền vững và điều trị nếp nhăn hiệu quả trên làn da bị lão hóa do ánh sáng. 

0