Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh
 

MÔ HÌNH CHUỘT THÍ NGHIỆM CHO CÁC NGHIÊN CỨU UNG THƯ TRÊN NGƯỜI

Thứ sáu - 19/04/2024 09:32
Sự phát triển và tăng trưởng của ung thư vẫn là mối đe dọa quan trọng và tiếp diễn đối với cuộc sống của con người trên khắp thế giới. Trong khi các liệu pháp trị liệu tiên tiến như liệu pháp miễn dịch và CAR-T đã tiến triển đáng kinh ngạc trong điều trị ung thư di căn ở cả trường hợp u máu lẫn u đặc thì sự khởi phát di căn và tiến triển của ung thư vẫn là vấn đề còn nhiều tranh luận và rất cần những nghiên cứu thêm. Mô hình động vật thí nghiệm không chỉ có ưu điểm lớn trong việc mô phỏng cơ chế xuất hiện, phát triển và biến đổi di căn của khối u mà còn có thể sử dụng để đánh giá tác động trị liệu của nhiều phương pháp trong can thiệp lâm sàng, dần dần trở thành một công cụ không thể thiếu trong nghiên cứu ung thư. Trong bài viết này sẽ tóm lược những nghiên cứu gần đây sử dụng mô hình thử nghiệm trên chuột nhắt và chuột cống bạch tạng (còn gọi là chuột rat), tập trung vào mô hình tạo u tự phát, cảm ứng, chuyển gen và cấy ghép nhằm giúp định hướng cho những nghiên cứu tương lai về cơ chế của di căn và ngăn ngừa ung thư.

1. DẪN NHẬP
Theo Tổ chức Y tế Thế giới, có 19.3 triệu ca ung thư mới trên toàn thế giới năm 2020, và gần 10 triệu ca tử vong liên quan (1). Tuy nhiên, cùng với sự gia tăng dân số và già hóa, gánh nặng ung thư toàn cầu sẽ còn tiếp tục tăng. Ước tính đến năm 2040, số bệnh nhân ung thư sẽ đạt 28.4 triệu ca/năm, tăng 47% so với năm 2020 (2). Gần đây, các liệu pháp trị liệu mới, như liệu pháp miễn dịch hay liệu pháp nhắm trúng đích đã cải thiện đáng kể tỷ lệ sống của bệnh nhân so với các liệu pháp truyền thống; tuy nhiên, có một bộ phận có khả năng đáp ứng thấp với liệu pháp, và vấn đề kháng thuốc gần như không thể tránh khỏi (3). Do đó, nghiên cứu chuyên sâu về cơ chế xuất hiện phát triển của ung thư và cải thiện chiến lược chẩn đoán và điều trị có tầm quan trọng đặc biệt. Đây là tiêu điểm chính của các nghiên cứu về ung thư.
Mô hình khối u trên động vật có giá trị cho phân tích thực nghiệm vì khối u trên động vật có các đặc tính tương tự như khối u người. Chúng ta có thể nghiên cứu sự xuất hiện và phát triển của khối u qua quan sát mô hình khối u trên động vật, nghiên cứu ảnh hưởng của gen lên quá trình sinh ung và phát triển bằng cách knock out hay knock in một gen nào đó, có thể tạo mô hình PDX (patient –derived xenotransplantation – dị ghép từ người bệnh) để sàng lọc thuốc và thử nghiệm tiền lâm sàng. Hơn nữa, chiến lược thử nghiệm này cũng lợi thế vì chi phí thấp, động vật có vòng đời ngắn và giúp tránh được các thử nghiệm trên người. Do đó, việc sử dụng mô hình động vật vô cùng giá trị cho các nghiên cứu ung thư (4). Hiên nay, dựa vào tác nhân tạo khối u, mô hình động vật được phân chia thành 4 nhóm: tự phát, cảm ứng, chuyển gen và cấy ghép. Trong số này, các mô hình tự phát, cảm ứng và chuyển gen đều là khối u nguyên phát; mô hình cấy ghép bao gồm ghép đồng loại và ghép dị loại. Mô hình cấy ghép được sử dụng phổ biến nhất là dị ghép khối u người trên chuột suy giảm miễn dịch. So với các mô hình không phải từ động vật thì mô hình động vật có tính tương tự với bệnh người cao hơn, đặc biệt là chuột nhắt và chuột rat. Chúng có chu kỳ sinh sản ngắn cải thiện hiệu suất thử nghiệm. Dự án giải trình tự bộ gen chuột đã hoàn thành năm 2002 cho thấy 99% gen người tồn tại ở chuột với sự tương đồng gen cao, 78.5% (5). Do đó, chuột là động vật được sử dụng phổ biến nhất trong nghiên cứu về ung thư. Bài viết này giới thiệu những tiến triển nghiên cứu với các mô hình khối u người khác nhau trên chuột nhắt và chuột rat; phân tích quá trình phát triển, ưu nhược điểm, ứng dụng và triển vọng phát triển tương lai.        
 
1
Hình 1. Tỷ lệ khối u tự phát ở các giống chuột khác nhau
 
2. MÔ HÌNH ĐỘNG VẬT MANG KHỐI U TỰ PHÁT
Mô hình động vật mang khối u tự phát được sử dụng để nghiên cứu các khối u xuất hiện tự nhiên trên động vật thí nghiệm mà không có bất kỳ can thiệp nhân tạo, chủ ý nào. Loại mô hình này cũng như tỷ lệ phát sinh của nó rất khác nhau tuỳ loài và giống động vật thí nghiệm (Hình 1). Ưu điểm của mô hình tự phát là quá trình hình thành khối u tương tự như ở người, thời gian xuất hiện và phát triển dài, có thể được điều trị hoàn toàn với can thiệp nhiều yếu tố, có thể quan sát vai trò của yếu tố di truyền trong sinh ung thư. Tuy nhiên, nhược điểm là thời gian thử nghiệm dài, cần nhiều động vật, chi phí cao; thêm vào đó, khối u tự phát trên mỗi cá thể động vật thường không đồng nhất và có khác biệt tăng trưởng, gây khó khăn để có số lượng lớn động vật mang khối u với sự tăng trưởng đồng nhất cùng lúc.
Các loại khối u phổ biến nhất theo thứ tự là khối u vú, khối u phổi và khối u gan. Tỷ lệ khởi phát và tỷ lệ tử vong do ung thư vú trên thế giới đang gia tăng và đã vượt qua ung thư phổi từ năm 2020, trở thành loại ung thư ưu thế nhất trên thế giới (1). Chuột nhắt có tỷ lệ phát sinh ung thư vú cao (6). Sự xuất hiện ung thư vú ở chuột nhắt chịu tác động bởi nhiều yếu tố, bao gồm virus, hormon, di truyền và thức ăn (7). Virus u vú ở chuột (MMTV) là nguyên nhân phổ biến nhất gây ung thư vú; chúng gây ung thư vú và lymphoma ở chuột chủ yếu do đột biến chèn đoạn và khuếch đại trong bộ gen, do đó, chuột mang MMTV dễ sinh u vú (8). Các giống chuột có tỷ lệ u vú tự phát cao là: C3H/He, DD, A, SHN, TA2…
Tỷ lệ u phổi tự phát ở chuột khá cao và chủ yếu là u tuyến (adenoma) và ung thư biểu mô tuyến (adenocarcinoma) tùy vào giống chuột. Giống chuột A và chuột SWR có tỷ lệ phát sinh cao hơn; theo sau là BALB/c, CBA và C3H; thấp nhất là DBA và C57BL/6. Tuy nhiên, chuột SWR có thời gian nuôi dài, vì vậy dòng chuột FVB/N có thời gian ngắn hơn và tỷ lệ phát triển u tự phát cao thường được sử dụng phổ biến trong các mô hình u phổi (19).
Đối với u gan, khối u gan tự phát ở chuột thường bắt nguồn từ tế bào gan (hepatocyte); dạng ung thư đường mật (cholangiocarcinoma) thường hiếm và ung thư càng hiếm hơn. Tỷ lệ u gan khác nhau tùy vào giống chuột nhưng con đực thường cao hơn con cái (21). Các giống chuột có tỷ lệ u gan tự phát cao là C3H/He, FLS, B6C3F1…Và còn nhiều loại u tự phát khác như ung thư biểu mô tuyến thận ở chuột C+, leukemia ở chuột AKR, ung thư hồng cầu lưới ở chuột SJL…  

3. MÔ HÌNH ĐỘNG VẬT MANG KHỐI U DO CẢM ỨNG
Mô hình động vật mang khối u do cảm ứng là mô hình sử dụng tác nhân gây ung thư để gây biến đổi các đặc tính di truyền của tế bào, khiến các tế bào bị kích hoạt tăng trưởng bất thường và hình thành khối u (Hình 2). Các phương pháp cảm ứng bao gồm vật lý, hóa học và sinh học; trong đó thì phương pháp hóa học là đại trà và hiệu quả nhất (Bảng 1) với các ưu điểm là dễ sử dụng, thời gian thử nghiệm ngắn và tính lặp lại cao (45). Tuy nhiên, khuyết điểm là tỷ lệ tử vong cho động vật cao và thời gian, vị trí và số lượng tổn thương không đồng nhất giữa các cá thể.
 
2
Hình 2. Các hoá chất khác nhau có thể cảm ứng tạo khối u ở những cơ quan khác nhau
 
Các hoá chất phổ biến thường sử dụng để gây khối u cảm ứng là: urethane (ban đầu được sử dụng như thuốc diệt cỏ, sau là chất hóa trị liệu bệnh bạch cầu, ức chế phân chia tế bào), NNK (một trong những chất gây ung thư chính trong khói thuốc lá), DMN/DEN, ENU (tác nhân gây đột biến mạnh, có thể gây đột biến gen sinh ung nhanh trên chuột), NTCU, DMBA (có hoạt tính ức chế miễn dịch và sinh u tiềm tàng), NMBA, MCA, AOM…Ngoài ra, một số tác nhân khác có thể gây khối u do cảm ứng là: chế độ ăn giàu béo, bức xạ ion hoá…
 
BẢNG 1. Tóm tắt thông tin tạo mô hình khối u do cảm ứng bằng hoá chất
Hóa chất Loài Đường
sử dụng
Liều Loại khối u Tỷ lệ Tham khảo
Urethan Chuột nhắt A i.p. 1,000 mg/kg, 1 liều Khối u phổi 6 tháng: 75% (29)
  Chuột nhắt BALB/c i.p. 600 mg/kg, 3 lần mỗi 2 ngày Khối u phổi 20 tuần: 70% (30)
  Chuột nhắt Swiss (mới sinh) uống sữa mẹ Cái mẹ được truyền 30 mg ngày 1, 3 và 5 sau sinh Khối u phổi 3 tháng: 52%; 7 tháng: 78% (31)
  Chuột nhắt Swiss (mới sinh) i.h. 2 mg, 1 liều Khối u phổi 3 tháng: 100% (31)
  Chuột nhắt C57BL/6J i.p. 1,000 mg/kg, 1 lần mỗi tuần trong 10 tuần Khối u phổi 30 tuần: 100% (32)
NNK Chuột nhắt A/J i.p. 100 mg/kg, 1 liều Adenoma phổi 34–42 tuần: 50% (33)
  Chuột nhắt A/J i.p. 3 mmol hàng tuần trong 8 tuần Adenoma phổi 26 tuần: 100% (34)
  Chuột nhắt Swiss (mới sinh) i.p. 50 mg/kg, ngày 1, 4, 7, 10 và 14 sau sinh  Khối u phổi 13–15 tháng: 57% (đực),
37% (cái)
(35)
DEN Chuột nhắt FVB/N (15 ngày tuổi) i.p. 15 mg/g, 1 liều Ung thư phổi (ung thư thể nhú) 12 tháng: 72% (36)
  Chuột nhắt C57BL/6 (đực) i.g. 0.014% DEN cho 6 ngày 1 tuần Carcinoma tế bào gan 11–15 tuần: 100% (37)
DEN+ CCl4 Chuột nhắt B6C3F1/J
(đực)
i.p. (CCl4)
i.v. (DEN)
1 mg/kg DEN, 40.2 ml/kg CCL4 mỗi tuần từ tuần 8 đến 14 Adenoma gan/ung thư gan 22 tuần: 100% (adenoma gan), 50% (ung thư gan) (38)
ENU Chuột lớn SD (con non) i.v. (cái mang bầu) 50 mg/kg, ngày 20 thai kỳ Khối u hệ thần kinh 1 năm: 100% (39)
NTCU Chuột nhắt SWR/J phết da giọt 25 ml dung dịch 0.04 M, 2 lần 1 tuần trong 8 tháng Carcinoma tế bào vảy của phổi 8 thàng: 100% (40)
  Chuột nhắt NIH Swiss phết da giọt 25 ml dung dịch 0.04 M, 2 lần 1 tuần trong 8 tháng Carcinoma tế bào vảy của phổi 8 tháng: 83% (40)
  Chuột nhắt A/J phết da giọt 25 ml dung dịch 0.04 M, 2 lần 1 tuần trong 8 tháng Carcinoma tế bào vảy của phổi 8 tháng: 75% (40)
  Chuột nhắt FVB/J phết da giọt 25 ml dung dịch 0.04 M, 2 lần 1 tuần trong 8 tháng Carcinoma tế bào vảy của phổi 8 tháng: 44% (40)
  Chuột nhắt BALB/cJ phết da giọt 25 ml dung dịch 0.04 M, 2 lần 1 tuần trong 8 tháng Carcinoma tế bào vảy của phổi 8 tháng: 38% (40)
DMBA Chuột lớn SD i.g. 80 mg/kg, gavaged once Ung thư vú 12 tuần: 100% (41)
NMBA Chuột lớn SD i.h. 0.5 mg/kg, 3 lần một tuần trong 5 tuần hoặc 1 lần một tuần trong 15 tuần Khối u thực quản 20 tuần: 100% (42)
MCA Chuột nhắt BC3Fl Nhỏ khí quản 0.5 mg, 6 lần 1 tuần Carcinoma tết bào vảy của cơ quan hô hấp 10–28 tuần: 86% (43)
  Chuột nhắt DBA/2 Nhỏ khí quản 0.5 mg, 6 lần 1 tuần Carcinoma tết bào vảy của cơ quan hô hấp 7 tháng: 6% (43)
AOM Chuột nhắt A/J hay  FVB/N i.p. 10 mg/kg, 1 lần 1 tuần trong 6 tuần Khối u ruột 30 tuần: 80%–100% (44)

4. MÔ HÌNH ĐỘNG VẬT MANG KHỐI U BẰNG CHUYỂN GEN
Trong những năm gần đây, nhiều bằng chứng đã cho thấy rằng đột biến gen là một nguyên nhân quan trọng gây u, và liệu pháp nhắm trúng đích các gen điều khiển (driving genes) đã đạt những kết quả khả quan trên bệnh nhân u có nền tảng di truyền chuyên biệt, tuy nhiên kháng thuốc vẫn là vấn đề làm hạn chế những ích lợi xa hơn (3). Do đó, hiểu được cơ chế của các đột biến điều khiển trong sinh u và phát triển là cốt yếu. Do tính tương đồng cao giữa các gen mã hóa protein của chuột và người nên chuột chuyển gen được sử dụng để nghiên cứu tác động của đột biến gen trong sinh u và phát triển từ giữa những năm 1980 (5) (Bảng 2). Ưu điểm của mô hình chuyển gen là có nhiều lợi thế trong nghiên cứu cơ chế sinh u và trốn tránh miễn dịch của khối u. Tuy nhiên, quá trình tạo mô hình động vật biến đổi gen dài, chi phí chăm sóc cao và khó có số lượng lớn động vật thử nghiệm gây cản trở cho những nghiên cứu lớn và cần thực hiện nhanh (76). Các gen đột biến thường là gen tiền sinh ung (proto-oncogen) hay gen ức chế khối u (tumour suppressor gen); một gen có thể liên quan tới nhiều loại khối u và một khối u có thể mang nhiều gen đột biến.
BẢNG 2. Các loại khối u do đột biến gen gây ra
Gen
 đột biến
Loại gen Loại khối u Vùng đột biến phổ biến Tham khảo
KRAS Proto- oncogene Ung thư tụy (70%–90%), ruột (50%), phổi (25%–50%) G12D, G12V, G12C, G13D, AMP, G12R (69, 70)
TP53 Tumor suppressor gene Ung thư thực quản, đại trực tràng, đầu, cổ, thanh quản và phổi 157, 158, 179, 245, 248, 249, 273 (71, 72)
PTEN Tumor suppressor gene Ung thư vú (12%), tuyến giáp (1%), nội mạc tử cung (2.6%), tế bào thận (1.6%), ruột (5%) và u melanin ác tính (2%)   (73)
EGFR Proto- oncogene U nguyên bào thần kinh đệm, ung thư phổi không tế bào nhỏ, ung thư vú, u thần kinh đệm trẻ em, u nguyên tủy bào và ung thư buồng trứng
 
 
 
Mất đoạn exon 19, đột biến điểm exon 21, exon 18 và chen đoạn exon 20 (74, 75)

5. MÔ HÌNH ĐỘNG VẬT MANG KHỐI U BẰNG CẤY GHÉP
Tạo mô hình chuột mang khối u người bằng cách cấy ghép tế bào và/hoặc mô khối u từ người lên chuột nhận (có chức năng miễn dịch bị suy giảm) (Hình 3). Ưu điểm của phương pháp này là hầu hết các loại khối u người đều có thể cấy ghép lên động vật suy giảm miễn dịch, và dưới cùng điều kiện tiêm, tốc độ tăng trưởng của động vật như nhau, ít khác biệt trong hình thành khối u và tỷ lệ tạo u cao. Khuyết điểm là động vật nhận cần ở trong tình trạng suy giảm miễn dịch, cần nuôi nhốt đặc biệt trong môi trường vô trùng, khá tốn kém để duy trì. Thêm vào đó, không phải tất cả các loại tế bào khối u người đều có thể thiết lập thành công trên mô hình gặm nhấm và phần đệm của mô khối u người thu được có thể mang các thành phần từ động vật nhận. Cũng cần chú ý rằng chìa khóa để phát triển một mô hình khối u cấy ghép tối ưu nằm ở tình trạng miễn dịch của động vật nhận (tình trạng suy giảm miễn dịch) và thành phần của mảnh ghép (chứa phần quan trọng hay tất cả thành phần của khối u).
3

Hình 3. Sự phát triển của chuột suy giảm miễn dịch
và cách thức xây dựng mô hình “chuột người hoá”
 
6. TRIỂN VỌNG TƯƠNG LAI
Việc sử dụng mô hình động vật để phát triển liệu pháp chăm sóc sức khỏe có thể thấy từ thế kỷ thứ 6 trước công nguyên (152). Trong thời gian này, có nhiều phát triển quan trọng trong công nghệ sinh học và mô hình động vật, đã đóng góp cho sự phát triển của các khám phá về thuốc và cơ chế bệnh tật. Từ khi thiết lập các mô hình u tự phát đầu tiên, chúng ta đã thu được nhiều thông tin về phát sinh và tiến triển của khối u. Tuy nhiên, chúng ta dần loại trừ phương pháp này do tính ngẫu nhiên của chúng, chi phí cao và thời gian sinh u kéo dài. Sau đó, các nhà khoa học sử dụng các chất hóa học để cảm ứng hình thành khối u trên chuột, thiết lập mô hình khối u và nghiên cứu tác động gây ung thư của một số tác nhân. Cảm ứng là phương pháp tạo khối u được sử dụng nhiều nhất hiện nay, do yêu cầu kỹ thuật và chi phí thấp, hầu hết các phòng thí nghiệm đều có thể thực hiện kỹ thuật này. Với sự phát triển của mô hình động vật chuyển gen và mô hình PDX, chúng ta có nhiều kiến thức hơn về chức năng gen chuyên biệt, xây dựng mô hình động vật bệnh người và đánh giá độ an toàn và hiệu quả của các loại thuốc mới. Hy vọng đây sẽ là ánh sáng rực rỡ cho các nghiên cứu mô hình khối u động vật trong tương lai.
Tuy nhiên, vẫn có những hạn chế đáng kể trong mô hình hóa ung thư người, chủ yếu phản ánh trong vi môi trường miễn dịch và khối u, hoặc những khác biệt tinh tế hơn do khác biệt loài. Mặc dù chúng ta đã phát triển mô hình PDX và mô hình “chuột người hóa” để giảm những khác biệt này nhưng vẫn rất khẩn thiết phải phát triển và thiết lập các mô hình khối u động vật hiệu quả hơn để phục vụ nghiên cứu chi tiết hơn tiến trình phát triển của khối u.
Tác giả: Y. Zhou et al.
Lược dịch và tóm tắt: Huỳnh Chí Thiện
 
 

Tổng số điểm của bài viết là: 0 trong 0 đánh giá

Click để đánh giá bài viết

Những tin mới hơn

Những tin cũ hơn

Lượt truy cập
  • Đang truy cập25
  • Hôm nay5,488
  • Tháng hiện tại339,238
  • Lượt truy cập:21930747
Liên kết web
Bộ giống vi sinh vật
0101
20210723 DG BANNER
logo
Bạn đã không sử dụng Site, Bấm vào đây để duy trì trạng thái đăng nhập. Thời gian chờ: 60 giây