Các công cụ xác định chính xác mới giúp việc phẫu thuật khối u trở nên nhanh chóng

Để sản xuất organoid, các nhà nghiên cứu thường phải băm nhỏ khối u khỏe thành từng mảnh nhỏ bằng tay, sử dụng kéo để cắt các mẫu vật xuống kích thước dưới cỡ milimét. Công việc mổ xẻ này rất tẻ nhạt nhưng thường được thực hiện bởi các sinh viên sau đại học hoặc nhà khoa học nghiên cứu có tay nghề cao và thường là những người có trình độ rất cao.

Những công việc vất vả đó có thể sớm qua đi khi các nhà nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật Stanford đã phát triển được hai công cụ mới giúp tăng tốc độ cắt chính xác các mẫu khối u thành các organoid có kích thước dưới milimét đó là: microDicer (µDicer) và microGrater (µGrater).

Các nhà phát minh tin rằng những công cụ này, không giống như những dụng cụ quen thuộc được sử dụng trong phòng bếp ở khắp mọi nơi để thái hạt lựu rau hoặc bào pho mát, sẽ cho phép các nhà nghiên cứu cải thiện độ đồng nhất và chất lượng của mẫu, có tác động trực tiếp đến chất lượng dữ liệu từ các thí nghiệm hạ nguồn như phép đo phản ứng thuốc.

"Cộng tác viên và đồng tác giả của chúng tôi, Calvin Kuo, trưởng nhóm Chương trình Sinh học Ung thư tại Trung tâm Ung thư Stanford, đã chỉ ra rằng trong nghiên cứu liệu pháp miễn dịch ung thư, việc duy trì mối quan hệ không gian giữa các nhóm tế bào khối u và tế bào miễn dịch đã xâm nhập vào khối u-trái ngược với việc làm việc với từng tế bào-thực sự quan trọng đối với độ chính xác trong việc thử nghiệm thuốc và liệu pháp miễn dịch. Các công cụ của chúng tôi giúp các nhà nghiên cứu tạo ra các cơ quan dạng hạt hiệu quả hơn để duy trì các mối quan hệ đó", Sindy Tang, phó giáo sư kỹ thuật cơ khí và là tác giả chính của nghiên cứu mới mô tả về microDicer và microGrater cho biết. Công trình nghiên cứu mới này đã được công bố trên Microsystems & Nanoengineering. "Những công cụ mới này sẽ đẩy nhanh công việc thủ công trong phòng thí nghiệm. Nó tạo ra các cơ quan dạng hạt có kích thước đồng đều và các lưỡi dao có thể thay đổi theo bất kỳ kích thước nào mà nhà nghiên cứu yêu cầu", Tang nói thêm

Việc kiểm soát chính xác kích thước của organoid cho phép các nhà nghiên cứu đặt ra câu hỏi rằng liệu có kích thước organoid có được đã "hoàn hảo" hay chưa. Nếu organoid quá nhỏ, nó có thể không giữ được các đặc tính ban đầu của khối u khi nó tồn tại trong cơ thể. Tuy nhiên, nếu organoid quá lớn, nó có thể chết do oxy và chất dinh dưỡng khó đi qua các tế bào khối u bên trong.

Tang và nhóm của cô đã chế tạo các lưỡi dao của microDicer bằng silicon bằng các công cụ gia công vi mô của ngành sản xuất chip máy tính cổ điển. Các hoa văn lưỡi dao được khắc vào silicon bằng phản ứng của plasma. Các lưỡi dao của microGrater được làm bằng thép không gỉ.

Lưỡi dao của microDicer trông giống như một lưới các hình lục giác lồng vào nhau theo chiều dọc, giống như một tổ ong có các cạnh sắc nhọn. Để sử dụng microDicer, một nhà nghiên cứu sẽ cạo các lớp mô mỏng sau đó được ép qua lưới tổ ong của microDicer để tạo ra các mẫu khối u chính xác và đồng nhất.

Mặt khác, mảng lưỡi dao của microGrater sẽ có một loạt các hình chữ nhật bo tròn gọn gàng và dài hơn nửa milimét một chút; các cạnh của mỗi hình chữ nhật bo tròn được vát để tạo thành các lưỡi dao cạo cắt các cơ quan chính xác khi mô được di chuyển qua lại trên máy bào.

Các mẫu khối u mà Tang và các đồng nghiệp của cô đang nghiên cứu được nuôi cấy trên chuột thí nghiệm và là mô hình tốt về khối u ở người. Mục tiêu cuối cùng là có được một loại liệu pháp điều trị ung thư được cá nhân hóa, trong đó các mẫu được thu thập từ một bệnh nhân cụ thể để kiểm tra liệu pháp miễn dịch nào sẽ hiệu quả nhất đối với họ. Tang cho biết, bằng cách chuẩn hóa quy trình và kích thước các cơ quan theo cách mà việc băm nhỏ bằng thủ công là không thể, những công cụ mới này có thể đẩy nhanh quá trình phê duyệt từ các cơ quan quản lý, như FDA, để đưa vào sử dụng rộng rãi hơn.

Công trình gần đây nhất của cô dựa trên các công nghệ này nhằm tìm cách xác định kích thước lý tưởng cho các cơ quan trên các loại mô khác nhau. Có thể các loại ung thư và mô khác nhau có các yêu cầu về kích thước khác nhau, một thông số mà tính linh hoạt của các công cụ của Tang có thể làm được. Cô ấy có thể tinh chỉnh các lưỡi dao để tạo ra các cơ quan có kích thước từ vài trăm micromet đến một milimét. Hơn nữa, cô ấy hiện cũng đang nghiên cứu cách hình dạng của lưỡi dao ảnh hưởng đến độ trung thực của các vết cắt. Động tác cắt các mô sinh học mềm là một vấn đề khó và chưa được hiểu rõ.

Công cụ microDicer và microGrater không phải là công cụ cơ học đầu tiên của Tang cho mục đích sinh học. Cô đã gây chú ý cách đây vài năm với một công cụ khác - máy cắt tế bào - có khả năng phân chia từng tế bào thành hai để nghiên cứu cách các tế bào đơn lẻ lành lại. Phát minh đó đã thu hút sự quan tâm đáng kể từ các phòng thí nghiệm sinh học khác khi họ tìm hiểu về khả năng cắt mô, một động lực thúc đẩy sự phát triển của microDicer và microGrater. Hiện cô đang đánh giá các cách phổ biến các công cụ này đến cộng đồng nghiên cứu, bao gồm khả năng đưa các công cụ này ra thị trường.