1. Tóm tắt 

Hội thảo do Viện Mắt Quốc gia Hoa Kỳ (NEI) tổ chức đã tập trung vào việc đánh giá thực trạng, xác định những thách thức và nhu cầu trong nghiên cứu túi ngoại bào (extracellular vesicles - EV) liên quan đến thị giác. Hội thảo quy tụ 20 chuyên gia từ nhiều lĩnh vực để thảo luận về sinh học EV và tiềm năng ứng dụng của EV trong chẩn đoán, điều trị và tiên lượng bệnh lý thị giác. Đây là một hoạt động trọng tâm nhằm thực hiện Kế hoạch Chiến lược "Tầm nhìn cho Tương lai (2021–2025)" của NEI, trong đó xem nghiên cứu EV là ưu tiên trong lĩnh vực Y học Tái tạo. Bài viết này trình bày những ý kiến từ hội thảo, nêu bật các cơ hội mới và tiềm năng của nghiên cứu EV trong việc cải thiện sức khỏe mắt và giải quyết các bệnh lý thị giác. 

2. Giới thiệu 

Túi ngoại bào (extracellular vesicles - EV) là các hạt nano không đồng nhất được bao bọc bởi màng lipid (bao gồm exosome, ectosome, microvesicle và apoptotic body) được giải phóng bởi tế bào, đóng vai trò trung gian trong giao tiếp giữa các tế bào thông qua các thành phần đa dạng như RNA, DNA, protein và lipid. Trong lĩnh vực y học thị giác, EV được xem là dấu ấn sinh học tiềm năng và phương pháp không sử dụng tế bào để hỗ trợ y học tái tạo, đặc biệt có triển vọng trong việc ứng dụng điều trị các bệnh lý về mắt. Tuy nhiên, khả năng chẩn đoán và điều trị của EV trong nghiên cứu thị giác vẫn chưa được khai thác đầy đủ, và sự hiểu biết cơ bản về sinh học EV trong hệ thống thị giác vẫn đang ở giai đoạn sơ khai. 

Mắt có những đặc điểm đặc biệt như kích thước nhỏ gọn, chức năng miễn dịch đặc thù với hàng rào máu-mắt, sự hiện diện của dịch sinh học riêng và khả năng tiếp cận để đưa thuốc tại chỗ. Nghiên cứu thị giác luôn đi đầu trong các tiến bộ công nghệ, ví dụ như chụp cắt lớp quang học (OCT), liệu pháp nội nhãn kháng yếu tố tăng trưởng nội mô mạch máu (anti-VEGF) và liệu pháp gen. Do đó, lĩnh vực nghiên cứu thị giác có tiềm năng lớn để dẫn đầu các phát triển trong nghiên cứu EV, mở ra cơ hội đặc biệt cho việc khám phá và tiến bộ. 

Hình 1. Hình ảnh giải phẫu mắt (Nguồn ảnh) 

Viện Mắt Quốc gia Hoa Kỳ (NEI) đã đưa nghiên cứu túi ngoại bào (EV) trở thành ưu tiên hàng đầu trong lĩnh vực Y học Tái tạo, một trong bảy trọng tâm của Kế hoạch Chiến lược "Tầm nhìn cho Tương lai (2021–2025). 

3. Thách thức và cơ hội 

Trong cuộc thảo luận, các nghiên cứu về EV trong lĩnh vực thị giác được nhận thấy rằng đang tụt lại so với các lĩnh vực khác, điều này được chứng minh qua số lượng bài báo và thử nghiệm lâm sàng. 

Nước mắt là một dịch sinh học dễ tiếp cận, cung cấp thông tin sinh học quý giá liên quan đến nhiều bệnh lý mắt ở phần trước, bao gồm bệnh khô mắt, viêm kết mạc giác mạc, hội chứng Sjögren, rối loạn tuyến Meibomian và bệnh ghép chống chủ (OGVHD). Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng nước mắt chứa một lượng lớn các phân tử, bao gồm lipit, điện giải, protein, peptide và các chất chuyển hóa phân tử nhỏ, xuất phát từ nhiều nguồn khác nhau như tuyến lệ, tuyến Meibomian, tế bào chén và tế bào biểu mô và thần kinh trên bề mặt mắt. 

Tuy nhiên, vẫn còn những thách thức trong việc nghiên cứu EV trong nước mắt và các dịch sinh học mắt khác như dịch thủy tinh và dịch tiền phòng. Những thách thức này bao gồm thể tích mẫu hạn chế dẫn đến sự phong phú EV bị hạn chế trong các nghiên cứu phát hiện, sự biến động trong kết quả thí nghiệm, thiếu kiến thức về các dấu ấn đặc hiệu chỉ ra nguồn gốc của EV từ các tế bào và mô mắt và sự không chắc chắn về chức năng của EV thay đổi trong bệnh lý mắt. Ngoài ra, mức độ mà các EV tuần hoàn trong cơ thể có liên quan đến các bệnh mắt vẫn chưa được xác định. 

4. Công cụ và phương pháp nghiên cứu cho EVs 

Nhiều công cụ và phương pháp dùng để phân lập EVs đã được liệt kê trong bảng 1: 

Trong đó, hoạt tính sinh học bị ảnh hưởng bởi các phương pháp phân lập khác nhau do việc ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của màng exosome. 

Từ viết tắt các phương pháp phân tích: DUC - differential ultracentrifugation (siêu ly tâm vi sai); DGUC - density gradient ultracentrifugation (siêu ly tâm mật độ gradient); EM - electron microscopy (kính hiển vi điện tử); EXODUS - exosome detection via the ultrafast-isolation system (hệ thống lọc nano màng kép kết hợp dao động áp suất âm); FC/dFC - (digital) Flow Cytometry (phân tích dòng chảy tế bào); HiMEX - high-throughput magneto-electrochemical extracellular vesicles system (hệ thống túi ngoại bào từ hóa – điện hóa thông lượng cao); IAC - immunoaffinity capture (liên kết ái lực miễn dịch); LA - lipidomic analysis (phân tích lipidomic); MS - mass spectrometry (sắc ký khối phổ); NGS - next-generation sequencing (giải trình tự thế hệ mới); NTA - nanoparticle tracking analysis (phân tích hạt kích thước nano); PEG - polyethylene glycol precipitation (tủa polyethylene glycol); SEC - size exclusion chromatography (sắc ký loại trừ kích thước); TFF - tangential flow filtration (lọc tiếp tuyến); WB - western blotting,  

Hệ thống phân lập Exosome tự động：EXODUS 

EXODUS sử dụng công nghệ tiên tiến để tách chiết exosome dựa trên hệ thống lọc nano màng kép, được tích hợp bằng dao động áp suất âm định kỳ (periodic negative pressure oscillation - NPO) và dao động điều hòa kép (double-coupled harmonic oscillations - HO). Các tạp chất trong mẫu, chẳng hạn như axit nucleic tự do và protein, có thể được loại bỏ nhanh chóng, và exosome được giữ lại bởi các lỗ nano, giúp tinh chế và làm giàu exosome [2]. 

Hình 2. Nguyên lý phân lập exosome trên EXODUS (nguồn ảnh) 

Với công nghệ này, exosome từ mẫu nước mắt có thể được phân lập một cách dễ dàng và tự động. Ngoài ra, EXODUS còn có thể dùng cho các mẫu hiếm khác và các mẫu dịch nuôi cấy tế bào khác (hình 3). 

5. Thảo luận 

Tiềm năng chẩn đoán và điều trị của EV đã được nhấn mạnh nhờ các tiến bộ công nghệ và nghiên cứu đa lĩnh vực. EV từ tế bào gốc và các loại tế bào khác cho thấy đặc tính kháng viêm, tái tạo, bảo vệ thần kinh và hỗ trợ sự sống. Thêm vào đó, dựa vào kỹ thuật sinh học phân tử như chỉnh các marker bề mặt, hoặc cho EVs mang thuốc, mở ra triển vọng mới cho liệu pháp điều trị các bệnh lý mắt. 

Tuy nhiên, vẫn tồn tại nhiều thách thức. Hiểu biết hạn chế về vai trò của EV trong bệnh lý mắt, cùng với các rào cản công nghệ như phân lập, đặc điểm hóa, và theo dõi EV in vivo, đang cản trở ứng dụng lâm sàng. 

Những khoảng trống này tạo cơ hội cho nghiên cứu cơ bản và công nghệ. Kết hợp các công nghệ mới từ lĩnh vực EV rộng hơn với nghiên cứu hệ thị giác có thể tạo đột phá, nhờ vào sự hợp tác liên ngành giữa các nhà khoa học với chuyên môn đa dạng. 

Tài liệu tham khảo 

[1] Thông tin hội thảo: https://www.nei.nih.gov/about/goals-and-accomplishments/nei-research-initiatives/regenerative-medicine/extracellular-vesicle-workshop 

[2] Chen, Y., Zhu, Q., Cheng, L., Wang, Y., Li, M., Yang, Q., ... & Liu, F. (2021). Exosome detection via the ultrafast-isolation system: EXODUS. Nature methods, 18(2), 212-218.