Ống nano carbon bắt giữ tế bào ung thư

Các nhà nghiên cứu ở Mĩ vừa chế tạo ra một dụng cụ mới khả năng phát hiện ra tế bào ung thư và virus. Dụng cụ trên rốt cuộc có thể phát triển thành những dụng cụ kiểm tra giá thành thấp dành cho bác sĩ sử dụng ở những nước đang phát triển, nơi những thiết bị chẩn đoán đắt tiền khó có mặt đầy đủ, theo lời người lãnh đạo nhóm nghiên cứu, Mehmet Toner, tại Bệnh viện Đa khoa Massachusetts.

Những cột ống nano carbon có thể bắt giữ tế bào ung thư và những đối tượng nhỏ khác khi chúng chảy qua một dụng cụ vi lỏng. Mỗi cột có đường kính 30 µm. (Ảnh: Brian Wardle)

Việc phát hiện những tế bào ung thư độc thân trong một mẫu máu thường là khó khăn vì chúng có mặt với liều lượng rất nhỏ - chỉ một vài tế bào trong một mili lít mẫu. Những tế bào ung thư “tuần hoàn” này, như người ta thường gọi, là những tế bào bị đánh bật ra khỏi vị trí mô ban đầu và cho biết bệnh ung thư đã di căn, làm giảm khả năng sống sót của bệnh nhân. Vì thế, việc có thể phát hiện ra chúng là hết sức quan trọng. “Trong số những cái chết do ung thư, 90% không phải là kết quả của ung thư tại vị trí gốc mà từ những khối u đã phân tán ra khỏi vị trí gốc”, thành viên đội nghiên cứu, Brian Wardle ở Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), giải thích.

Toner và các đồng nghiệp đã chế tạo ra một phiên bản sơ khai của dụng cụ của họ cách đây bốn năm gồm hàng nghìn “cột” silicon nano mét giam giữ bên trong những rãnh vi lỏng. Những cột silicon đó được gắn những kháng thể có xu hướng dính lấy những loại tế bào ung bướu nhất định. Khi cho một mẫu máu đi qua dụng cụ trên (khoảng 2 ml/giờ), thì những tế bào ung bướu trong mẫu tiếp xúc với các cột bị giữ lại.

Tuy nhiên, cái khó với sự sắp xếp này là một số tế bào ung thư đi qua dụng cụ mà không tiếp xúc với cột nào hết. Hiện nay, đội của Toner khắc phục vấn đề này bằng cách chế tạo các cột xốp thay vì rắn chắc. Theo cách này, các tế bào vừa chảy qua cột vừa đi vòng quanh chúng. Điều này có nghĩa là các tế bào có cơ hội lớn hơn tiếp xúc với các cột và dính vào chúng.

Những cái cột xốp đó được thiết kế bởi Wardle, một kĩ sư hàng không. Những cấu trúc đã qua xử lí nano như vậy thường được nghiên cứu với mục tiêu chế tạo ra chất liệu composite tiên tiến dùng cho những bộ phận máy bay bền hơn.

Cột xốp trong dụng cụ mới được chế tạo từ những ống nano carbon sắp thẳng đứng thay cho silicon và có thể thu gom các tế bào ung thư tốt hơn các cột rắn đến tám lần. Ống nano carbon là những tấm nguyên tử carbon cuộn lại và sự lắp ráp các tấm carbon có tính xốp cao. Thật vậy, một dải ống nano carbon – có thể chứa tới 100 tỉ ống nano carbon trên mỗi centi mét vuông – có 99% là không khí.

Như trong dụng cụ mẫu, các nhà nghiên cứu gắn vào bề mặt của mỗi ống nao những kháng thể khác nhau bám dính lấy một loại tế bào ung thư đặc biệt nào đó. Nhưng chưa hết: việc thay đổi cấu hình của các ống nano còn cho phép chúng bắt lấy những đối tượng có kích cỡ khác nhau – chẳng hạn, những tế bào đường kính chừng 10 µm cho đến những virus nhỏ chỉ 40 nm.

Đội của Toner và Wardle đã chứng minh dụng cụ của họ hoạt động bởi việc phát hiện ra một vi khuẩn và virus phong phú, trong đó có vi khuẩn đánh dấu huỳnh quang Streptococcus pneumoniae. Các nhà nghiên cứu làm như vậy bằng cách gắn kháng thể kháng S. Pneumoniae lên dụng cụ vi lỏng. Họ còn thành công trong việc phát hiện ra bạch cầu ở người, lấy từ những người tình nguyện khỏe mạnh, và gắn kháng thể kháng CD4 lên dụng cụ.

“Sự chuẩn bị và lọc mẫu là cần thiết khi làm việc trực tiếp với những mẫu sinh vật phức tạp, thí dụ như máu”, bình luận của Hatice Altug ở trường Đại học Bostom, nhưng không có liên quan gì trong nghiên cứu trên. “Ở phương diện này, thật là rất hấp dẫn khi thấy dụng cụ này có thể bắt giữ và phân li rất hiệu quả những hạt sinh vật mục tiêu với kích cỡ đa dạng, từ virus cho đến vi khuẩn và tế bào”.

Vì công nghệ này còn tương thích với sự sản xuất quy mô lớn và giá thành thấp, cho nên nó còn thế có nhiều ứng dụng đa dạng trong sự chẩn đoán bệnh.

Đội MIT hiện đang nghiên cứu một dụng cụ cải tiến có thể phát hiện ra HIV, virus gây bệnh AIDS.

Nguồn: physicsworld.com