Exosome là gì được hiểu là các túi ngoại bào (extracellular vesicles – EVs) do tế bào giải phóng, chứa protein, lipid và acid nucleic. Để thu được chế phẩm Exosome phù hợp cho nghiên cứu và phát triển sản phẩm, dịch nuôi cấy cần trải qua các bước downstream nhằm loại tạp chất, cô đặc và kiểm soát chất lượng. Trong đó, công nghệ lọc tiếp tuyến TFF là một giải pháp được MT ứng dụng để hỗ trợ cô đặc và xử lý EV ở quy mô phù hợp.
Exosome là gì?
Exosome là gì là nội dung được quan tâm trong nghiên cứu về túi ngoại bào. Theo đó, Exosome là một dạng EV có nguồn gốc từ các khoang nội bào và được tế bào giải phóng thông qua cơ chế liên quan đến multivesicular body (MVB). Túi ngoại bào không chỉ xuất hiện ở tế bào động vật có vú mà còn được vi khuẩn giải phóng, vì vậy chủ đề này có mối liên hệ chặt chẽ với nền tảng công nghệ vi sinh vật trong nghiên cứu và sản xuất sinh học. Với cấu trúc màng lipid kép, exosome mang theo nhiều thành phần sinh học như protein, lipid và RNA; thành phần cụ thể thay đổi theo nguồn tế bào, điều kiện nuôi cấy và quy trình thu nhận.
Do đó, thu nhận exosome không chỉ là bài toán phân tách theo kích thước hạt. Độ tinh khiết, tính toàn vẹn của EV, hiệu suất thu hồi và đặc tính sinh học đều cần được kiểm soát khi thiết kế quy trình downstream.
Exosome được ứng dụng trong những lĩnh vực nào?
Sau khi hiểu exosome là gì, có thể thấy Exosome và các túi ngoại bào (EV) đang được khai thác chủ yếu trong nghiên cứu y sinh, chẩn đoán và phát triển sản phẩm sinh học. Một số hướng ứng dụng tiêu biểu gồm:
- Nghiên cứu và phát triển thuốc: Exosome được nghiên cứu như phương tiện vận chuyển hoạt chất, protein hoặc vật liệu di truyền đến tế bào đích, mở ra hướng phát triển các hệ dẫn thuốc sinh học.
- Chẩn đoán và phát hiện dấu ấn sinh học: Các phân tử chứa trong Exosome có thể phản ánh đặc điểm của tế bào nguồn. Vì vậy, EV được nghiên cứu để tìm kiếm biomarker phục vụ phát hiện và theo dõi một số bệnh lý.
- Nghiên cứu điều trị bằng tế bào và EV: Exosome từ các loại tế bào khác nhau được nghiên cứu nhằm đánh giá khả năng điều hòa đáp ứng của tế bào đích, từ đó phát triển các hướng ứng dụng y sinh mới.
- Phát triển sản phẩm từ dịch nuôi cấy tế bào: Exosome được thu nhận từ dịch nuôi cấy để phục vụ nghiên cứu, đánh giá đặc tính và phát triển quy trình sản xuất. Với nguồn EV từ tế bào thực vật, việc nắm rõ quy trình nuôi cấy mô tế bào thực vật là bước đầu để chuẩn hóa nguyên liệu. Khi mở rộng quy mô, các công đoạn cô đặc, tinh sạch và kiểm soát chất lượng cần được chuẩn hóa để đảm bảo tính ổn định giữa các mẻ.
Vì sao cần tinh chế Exosome từ dịch nuôi cấy tế bào?
Dịch nuôi cấy tế bào sau quá trình sản xuất không phải là sản phẩm Exosome tinh khiết. Ngoài EV mục tiêu, môi trường còn chứa nhiều thành phần có thể gây ảnh hưởng đến các bước xử lý và chất lượng chế phẩm.
Sau khi nuôi cấy tế bào, dịch thu được có thể chứa:
- Protein hòa tan: Protein tiết ra từ tế bào hoặc có nguồn gốc từ môi trường nuôi cấy.
- Mảnh vụn tế bào: Tế bào chết, mảnh màng và các thành phần nội bào.
- Các loại extracellular vesicles khác: Quần thể EV có nguồn gốc và kích thước khác nhau.
- Lipid và các hạt không mong muốn: Có thể cùng tồn tại trong dòng nguyên liệu.
- DNA/RNA tự do: Acid nucleic không nằm trong EV.
- Thành phần môi trường nuôi cấy: Các chất dinh dưỡng, protein hoặc phân tử bổ sung trong quá trình nuôi.
Vì vậy, downstream processing cần được thiết kế để từng bước thu hồi → làm trong → cô đặc → loại tạp → trao đổi môi trường → thu chế phẩm Exosome/EV phù hợp với mục tiêu sử dụng.
Cách tiếp cận này có nhiều điểm tương đồng với các quy trình thu hồi và tinh chế sản phẩm trong công nghệ lên men, nơi dịch nuôi cấy cũng phải được xử lý theo từng công đoạn. Ở một số quy trình, acid nucleic tự do còn được xử lý bằng enzyme trước khi cô đặc, do đó việc nắm vững công nghệ Enzyme sẽ hữu ích khi lựa chọn điều kiện xử lý phù hợp.
Quy trình tinh chế Exosome phổ biến
Quy trình tinh chế Exosome được thiết kế tùy theo nguồn nguyên liệu, quy mô và yêu cầu chất lượng của từng quy trình. Sau khi làm rõ exosome là gì, có thể xây dựng workflow downstream gồm các bước chính sau:
- Thu dịch nuôi cấy và tiền xử lý: Thu hồi conditioned medium, sau đó ly tâm hoặc lọc sơ bộ để loại tế bào nguyên vẹn và mảnh vụn, giảm tải cho các bước downstream tiếp theo.
- Làm trong dịch nuôi cấy: Loại bỏ các hạt và thành phần có kích thước lớn trước khi cô đặc hoặc tinh sạch, giúp giảm nguy cơ fouling và duy trì hiệu suất màng.
- Cô đặc EV/Exosome: Sử dụng ultrafiltration, TFF hoặc phương pháp phù hợp để giảm thể tích dịch. TFF được quan tâm nhờ khả năng xử lý thể tích lớn và tiềm năng scale-up trong quy trình sản xuất EV.
- Tinh sạch và loại tạp: Kết hợp các phương pháp như SEC, chromatography, filtration, TFF hoặc precipitation tùy mục tiêu. TFF có thể kết hợp SEC để cô đặc, trao đổi môi trường và hỗ trợ giảm protein hòa tan còn lại.
- Trao đổi môi trường: Tích hợp diafiltration với TFF để thay đổi buffer hoặc loại các phân tử nhỏ, đưa chế phẩm về điều kiện phù hợp cho bảo quản, phân tích hoặc downstream tiếp theo.
- Đặc trưng hóa và kiểm soát chất lượng: Đánh giá kích thước và phân bố hạt, nồng độ, marker đặc trưng, protein tạp, hình thái và hoạt tính sinh học theo mục tiêu sử dụng. Việc đặc trưng EV nên dựa trên nhiều nhóm chỉ tiêu thay vì một phép phân tích đơn lẻ.
TFF được ứng dụng như thế nào trong tinh chế Exosome?
Sau khi hiểu exosome là gì, có thể thấy quá trình thu nhận và tinh chế cần nhiều bước để vừa giữ lại EV, vừa loại bỏ các thành phần không mong muốn. TFF (lọc dòng chảy tiếp tuyến) là công nghệ màng được sử dụng chủ yếu để cô đặc Exosome, thu hồi sản phẩm và thay đổi môi trường xử lý.
- Cô đặc Exosome: TFF giữ Exosome lại trên màng trong khi nước và các thành phần nhỏ hơn đi qua, giúp giảm thể tích dịch và tăng nồng độ Exosome cho bước xử lý tiếp theo.
- Thu hồi Exosome: Dòng chảy liên tục giúp hạn chế việc EV bị giữ lại quá nhiều trên bề mặt màng, qua đó hỗ trợ duy trì lượng sản phẩm thu hồi trong quá trình xử lý.
- Thay đổi môi trường bằng diafiltration: TFF có thể kết hợp với quá trình thay buffer để loại bớt các phân tử nhỏ còn lại và chuyển Exosome sang môi trường phù hợp với bước tiếp theo.
- Kiểm soát điều kiện vận hành: Áp suất, tốc độ dòng chảy, loại màng, diện tích màng và nhiệt độ cần được lựa chọn phù hợp để hạn chế hiện tượng màng bị bám tắc, duy trì hiệu suất xử lý và bảo vệ chất lượng EV.
- Kết hợp với các phương pháp tinh sạch khác: TFF có ưu thế về cô đặc và xử lý thể tích lớn nhưng không nhất thiết thay thế toàn bộ công đoạn tinh sạch. Tùy yêu cầu chất lượng, TFF có thể kết hợp với SEC, chromatography hoặc các phương pháp phân tách khác để đạt độ tinh sạch mong muốn.
Hệ thống TFF của MT – Công nghệ cô đặc và tinh chế Exosome
MT cung cấp giải pháp hệ thống lọc tiếp tuyến TFF phục vụ công đoạn cô đặc, thu hồi và hỗ trợ tinh chế Exosome/EV từ dịch nuôi cấy tế bào. Cấu hình được tư vấn theo yêu cầu công nghệ của từng dự án, với các năng lực chính:
- Thiết kế theo yêu cầu quy trình: MT lựa chọn loại màng, diện tích lọc, bơm và điều kiện vận hành dựa trên thể tích dịch, đặc tính Exosome, mức thu hồi và nhu cầu thay đổi môi trường.
- Cấu hình thiết bị đồng bộ: Hệ thống có thể tích hợp màng lọc, bơm, bồn chứa, đường ống, thiết bị đo và cụm lọc, giúp quá trình vận hành ổn định và thuận tiện kiểm soát.
- Kết hợp với các công đoạn tinh chế: TFF có thể được sử dụng để cô đặc EV sau bước làm trong hoặc thay đổi môi trường trước công đoạn tiếp theo. Tùy yêu cầu về độ tinh sạch, hệ thống có thể kết hợp với lọc loại theo kích thước (SEC) hoặc sắc ký.
- Kiểm soát và tự động hóa: Hệ thống có thể theo dõi các thông số như áp suất, lưu lượng và điều kiện vận hành. Với quy trình yêu cầu kiểm soát cao, PLC-HMI/SCADA hỗ trợ tự động hóa, thiết lập công thức vận hành và duy trì tính ổn định giữa các mẻ.
- Linh hoạt theo quy mô: MT tư vấn lựa chọn hệ thống dùng một lần hoặc bằng thép không gỉ tùy quy mô, mục tiêu sử dụng và yêu cầu sản xuất, phù hợp với các dự án Pharma, Biotech, Vaccine, thực phẩm và nghiên cứu.
Exosome là gì có thể hiểu là một dạng túi ngoại bào (EV) giàu tiềm năng trong công nghệ sinh học, biomarker và vận chuyển thuốc. Để thu nhận và tinh sạch hiệu quả, quy trình cần kiểm soát chặt chẽ từ làm trong, cô đặc đến thay đổi môi trường. TFF hỗ trợ tốt các công đoạn này và có thể kết hợp với SEC hoặc sắc ký tùy yêu cầu. Liên hệ MT để được tư vấn và thiết kế hệ thống TFF phù hợp với quy trình, quy mô và yêu cầu vận hành của dự án.
