Tổng quan về các túi ngoại bào: exosomes và ứng dụng của chúng trong y học (P1)

1. Các loại túi ngoại bào

Túi ngoại bào hay thể tiết ngoại bào (Extracellular Vesicles – EVs) là các hạt được tiết ra từ hầu hết các loại tế bào, ban đầu được xem là cơ chế để tế bào loại bỏ chất thải, nhưng sau này đã được chứng minh là tác nhân quan trọng trong việc giao tiếp giữa các tế bào ở cả điều kiện sinh lý bình thường và bệnh lý. EVs có cấu trúc màng lipid kép, kích thước đa dạng từ khoảng vài chục nanomet (nm, 1 nm = 10^-9 m) đến vài micromet (1 µm = 10^-6 m).

Dựa trên kích thước và con đường hình thành, EV được chia làm ba nhóm chính:

- Vi túi (Ectosomes hay Microvesicles – MVs): kích thước từ 100 nm đến 1 µm, hình thành bằng cách nảy chồi trực tiếp từ màng sinh chất;

- Thể apoptosis (Apoptotic Bodies): kích thước lớn từ 1 đến 5 µm, giải phóng từ các tế bào trải qua quá trình chết theo chương trình (apoptosis).

- Exosomes: kích thước nhỏ nhất, khoảng 30–150 nm, có nguồn gốc từ thể đa túi (Multivesicular Bodies – MVBs) – là các bào quan thuộc hệ thống endosome có cấu trúc gồm một màng ngoài duy nhất chứa nhiều túi nhỏ bên trong, khi MVBs hợp nhất với màng tế bào sẽ giải phóng các túi nhỏ này vào môi trường ngoại bào, gọi là exosomes.

Hiện tại chưa có phương pháp tinh chế nào tách rời nghiêm ngặt các loại EV, chưa có sự đồng thuận về các tiêu chí cụ thể phân biệt nguồn gốc duy nhất của các túi này sau khi chúng rời khỏi tế bào, chưa phân biệt được rõ exosomes với các vi túi – khuyến cáo gọi chung là các thể tiết ngoại bào kích thước nhỏ (small EVs – sEVs). Gần đây, các hướng dẫn về EV đã được đề xuất trong bộ hướng dẫn tiêu chuẩn quốc tế MISEV2018 (Minimal Information for Studies of Extracellular Vesicles 2018), được công bố bởi Hiệp hội Quốc tế về Túi Ngoại bào (The International Society for Extracellular Vesicles – ISEV).

Bài viết này tập trung vào Exosome – loại thể tiết ngoại bào đang thu hút sự quan tâm lớn trong y học hiện đại như làm chất đánh dấu chẩn đoán hoặc phân phối thuốc hướng đích, nhờ những ưu điểm vượt trội về mặt tương thích sinh học.

2. Quá trình hình thành exosomes

- Sự lõm vào của màng sinh chất tạo thành thể nội bào sớm (early endosome);

- Sự trưởng thành tạo nên thể nội bào muộn (late endosome), màng của thể nội bào muộn tiếp tục lõm vào trong tạo nên các túi nhỏ bên trong, cấu trúc túi lớn chứa nhiều túi nhỏ này gọi là thể đa túi (tương lai các túi nhỏ bên trong chính là exosome);

- Đóng gói thành phần, gồm các cơ chế điều hòa để nhận diện, cố định các phân tử protein, lipid, axit nucleic (RNA, DNA) vào trong các túi nhỏ (Intraluminal Vesicles – ILVs);

- Các MVBs di chuyển về phía màng tế bào, hòa nhập với màng và giải phóng các ILVs ra môi trường ngoại bào, chính thức trở thành Exosome (những MVBs không đi theo con đường này mà hòa nhập với tiêu thể (lysosome) sẽ bị phân hủy).

3. Thành phần của Exosomes

Exosomes mang các đặc điểm phân tử đặc trưng cho loại tế bào tạo ra chúng. Dựa trên cơ sở dữ liệu EXOCARTA (http://www.exocarta.org) truy cập ngày 25 tháng 5 năm 2026, exosome chứa 13.476 loại protein, 3.408 loại RNA thông tin (mRNA), 10.755 loại RNA nhỏ không mã hóa (miRNA), 3.946 loại lipid.

- Protein: các protein tham gia vào sinh tổng hợp; các protein xuyên màng như CD9, CD63, CD81, CD82 – vốn được dùng để định danh exosomes; các protein đặc trưng cho tế bào sản sinh ra nó (như các yếu tố tăng trưởng ở exosomes tạo ra từ tế bào gốc trung mô, các protein đặc hiệu khối u ở exosomes tạo ra từ tế bào ung thư),…

- Lipid: màng exosomes giàu cholesterol, ceramide, sphingomyelin,… giúp chúng duy trì độ bền cao ở môi trường ngoại bào.

- Axit nucleic: DNA và mRNA có thể được dịch mã ở tế bào đích tiếp nhận exosome; miRNA, circRNA, lncRNA có thể điều hòa thay đổi sự biểu hiện gen ở tế bào nhận.

4. Các loại tế bào sản xuất Exosomes cho mục đích điều trị

Exosomes (cũng như EVs nói chung) trong cơ thể được tiết ra từ hầu hết các loại tế bào và giải phóng vào nhiều dịch sinh học (huyết thanh, nước tiểu, nước bọt, sữa mẹ,…). Một số loại tế bào khá phù hợp để sản xuất Exosomes cho điều trị, trong đó khả năng phân phối thuốc hiệu quả phụ thuộc vào kích thước, số lượng, thành phần và các protein bề mặt đặc trưng cho loại tế bào sản xuất. Một số loại tế bào chính để sản xuất exosomes cho điều trị như:

- Tế bào gốc trung mô (Mesenchymal Stem Cell – MSC): MSC là lựa chọn phổ biến nhất hiện tại để sản xuất exosomes, có khả năng tiết ra lượng exosomes cao, với hoạt tính điều hòa miễn dịch, thúc đẩy làm lành vết thương, sửa chữa mô,…

- Tế bào tua hay tế bào đuôi gai (Dendritic Cell – DC): Exosomes từ DC có tính sinh miễn dịch thấp, đồng thời có thể vượt qua các rào cản sinh học như hàng rào máu não.

- Đại thực bào: Exosomes từ đại thực bào biểu hiện các protein miễn dịch, tương tác với tế bào nội mô mạch máu não và vượt qua hàng rào máu não, thể hiện tác dụng kháng u và chống viêm mạnh

- Tiểu cầu: Exosomes từ tiểu cầu có thể ức chế hoạt hóa tiểu cầu và viêm nội mô, tăng sự tăng sinh và di chuyển của MSC, có thể sử dụng đồng loài.

- Tế bào ung thư: Exosomes từ các dòng tế bào ung thư là con dao hai lưỡi, có thể ngăn chặn sự phát triển của khối u nhưng cũng có thể thúc đẩy ung thư, nên việc sử dụng chúng để điều trị tiềm ẩn nguy cơ làm trầm trọng thêm bệnh ác tính.

5. Các phương pháp phân tách Exosomes

Hiện tại chưa có một phương pháp đơn lẻ nào tối ưu cho mọi mục đích, mỗi phương pháp đều có ưu-nhược điểm riêng

- Ly tâm siêu tốc hay siêu ly tâm (Ultracentrifugation): hiện là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất; chủ yếu dựa vào mật độ, kích thước và hình dạng của túi ngoại bào; có ưu điểm là ít bước tiền xử lý, lượng mẫu lớn, ít nguy cơ nhiễm tạp chất, chi phí vận hành thấp, khả năng cô đặc exosomes cao; nhược điểm là cần đầu tư ban đầu cho thiết bị đắt tiền, tốn thời gian, dễ hỏng gradient phân tách, exosomes có thể bị phá vỡ cấu trúc do lực ly tâm rất cao (lên tới hơn 100.000×g).

- Siêu lọc (Ultrafiltration): dựa trên kích thước túi và áp suất chất lỏng để đẩy dịch qua màng có kích thước lỗ xác định, có thao tác nhanh và đơn giản nhưng exosome dễ bị phân hủy hoặc mất.

- Sắc ký loại trừ kích thước (Size-Exclusion Chromatography – SEC): giúp tách exosome khỏi protein tự do dựa trên kích thước và mật độ khi di chuyển qua cột gel xốp; ưu điểm là độ tinh khiết cao, bảo toàn tính toàn vẹn, cấu trúc và hoạt tính sinh học; có nhiều hạn chế như thiết bị chuyên dụng, thể tích lớn, năng suất thấp, không đảm bảo vô trùng.

- Phương pháp ái lực miễn dịch (Immunoaffinity Capture): Dùng các hạt từ gắn kháng thể đặc hiệu với các dấu ấn bề mặt exosomes; ưu điểm là tách được nhanh chóng, đơn giản và độ tinh sạch rất cao; nhược điểm là rất tốn kém, khó áp dụng ở quy mô lớn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Di Bella M. A. (2022). Overview and update on extracellular vesicles: considerations on exosomes and their application in modern medicine. Biology, 11(6), 804. https://doi.org/10.3390/biology11060804