Phát triển thành công xét nghiệm máu nhanh, chi phí rẻ cho bệnh ung thư não

Mấu chốt của thiết bị chẩn đoán này chính là con chip sinh học sử dụng công nghệ điện động để phát hiện các chỉ dấu sinh học hoặc các thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu bì (EGFR) hoạt động, có sự biểu hiện quá mức trong một số loại ung thư như u nguyên bào thần kinh đệm và được tìm thấy trong các túi ngoại bào.

"Các túi ngoại bào hoặc exosome là các hạt nano độc đáo do tế bào tiết ra. Chúng có kích thước lớn - lớn hơn phân tử từ 10 đến 50 lần - và có điện tích yếu. Công nghệ của chúng tôi có thiết kế dành riêng cho các hạt nano này, tận dụng các đặc điểm của chúng để mang lại lợi thế cho chúng tôi", Hsueh-Chia Chang, giáo sư về lĩnh vực kỹ thuật hóa học và sinh học phân tử tại Notre Dame và là tác giả chính của nghiên cứu công bố trên Communications Biology cho biết.

Hai vấn đề chính thách thức các nhà nghiên cứu đó là: phát triển một quy trình có thể phân biệt EGFR hoạt động và EGFR bất hoạt, và tạo ra một công nghệ chẩn đoán nhạy bén nhưng vẫn có tính chọn lọc trong việc phát hiện EGFR hoạt động ở các túi ngoại bào từ các mẫu máu.

Để làm được điều này, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một con chip sinh học sử dụng cảm biến điện động học giá rẻ có kích thước bằng một quả bóng trong bút bi. Nhờ kích thước của các túi ngoại bào, các kháng thể trên cảm biến có thể tạo thành nhiều liên kết với cùng một túi ngoại bào. Phương pháp này tăng cường đáng kể độ nhạy và tính chọn lọc của chẩn đoán.

Sau đó, các hạt nano silica tổng hợp này sẽ "báo cáo" sự hiện diện của EGFR hoạt động ở các túi ngoại bào thu được, đồng thời mang lại điện tích âm cao. Khi các túi ngoại bào có EGFR hoạt động, có thể thấy được sự thay đổi điện áp và nó cho thấy sự hiện diện của u nguyên bào thần kinh đệm ở bệnh nhân.

Satyajyoti Senapati, phó giáo sư nghiên cứu về kỹ thuật hóa học và phân tử sinh học tại Notre Dame và là đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Cảm biến điện động của chúng tôi cho phép chúng tôi thực hiện những điều mà các phương pháp chẩn đoán khác không làm được. Chúng tôi có thể nạp trực tiếp máu mà không cần xử lý trước để cô lập các túi ngoại bào vì cảm biến của chúng tôi không bị ảnh hưởng bởi các hạt hoặc phân tử khác. Nó cho thấy độ nhiễu thấp và giúp cảm biến của chúng tôi nhạy hơn trong việc phát hiện bệnh so với các công nghệ khác”.

Thiết bị bao gồm ba thành phần: giao diện tự động hóa, nguyên mẫu ban đầu của thiết bị di động để cung cấp vật liệu để chạy thử nghiệm và chip sinh học. Mỗi thử nghiệm yêu cầu một chip sinh học mới, nhưng giao diện tự động hóa và nguyên mẫu có thể tái sử dụng. Thời gian chạy một xét nghiệm mất chưa đến một giờ, chỉ cần 100 microlit máu. Mỗi con chip sinh học có chi phí vật liệu sản xuất chưa đến 2 đô la.

Mặc dù thiết bị chẩn đoán này được phát triển cho bệnh u nguyên bào thần kinh đệm, các nhà nghiên cứu cho biết nó có thể được điều chỉnh cho các loại hạt nano sinh học khác. Điều này mở ra các khả năng phát triển các công nghệ phát hiện một số dấu ấn sinh học khác nhau cho các bệnh khác.

Chang cho biết, nhóm nghiên cứu đang khám phá thêm công nghệ chẩn đoán ung thư tuyến tụy và các rối loạn tiềm ẩn khác như bệnh tim mạch, chứng mất trí và động kinh. "Kỹ thuật của chúng tôi không dành riêng cho bệnh u nguyên bào thần kinh đệm, nhưng việc triển khai với nó là đặc biệt phù hợp do mức độ nguy hiểm của nó và sự thiếu hụt các xét nghiệm sàng lọc sớm hiện nay. Chúng tôi hy vọng rằng nếu có thể phát hiện sớm và kết quả có được khả thi hơn thì cơ hội sống sót sẽ tăng lên", Chang nói

Các mẫu máu để thử nghiệm thiết bị do Trung tâm nghiên cứu ung thư não tại Viện nghiên cứu ung thư Olivia Newton-John ở Melbourne, Úc cung cấp.