Những cảm biến nhỏ bé này có thể phát hiện ung thư sớm
Nghiên cứu mới sử dụng cảm biến nano để phát hiện các tương tác giữa protein với protein có thể báo hiệu ung thư. Các phát hiện có thể đặc biệt hữu ích để xác định bệnh bạch cầu lymphocytic sớm hơn nhiều.
Ung thư là một trong những nguyên nhân gây tử vong hàng đầu ở cả Hoa Kỳ và trên toàn thế giới. Theo Viện Ung thư Quốc gia, đã có hơn 8 triệu ca tử vong liên quan đến ung thư trên khắp thế giới vào năm 2012 và hơn 600.000 người ở Hoa Kỳ có thể chết vì căn bệnh này vào năm 2018.
Việc phát hiện sớm căn bệnh đe dọa tính mạng này là rất quan trọng, và các nhà khoa học y tế đang nỗ lực làm việc để tìm ra những cách mới hơn và hiệu quả hơn để chẩn đoán ung thư càng sớm càng tốt.
Giờ đây, nghiên cứu mới sử dụng các cảm biến nhỏ để phát hiện những thay đổi phân tử nhỏ có thể là dấu hiệu của bệnh ung thư.
Liviu Movileanu, giáo sư vật lý tại Đại học Khoa học và Nghệ thuật thuộc Đại học Syracuse ở New York, cùng với Avinash Kumar Thakur, một nhà nghiên cứu tiến sĩ về vật lý tại Syracuse, trình bày chi tiết về vai trò của các cảm biến nano này trong một bài báo xuất hiện trên tạp chí Bản chất Công nghệ sinh học.
Như GS Movileanu giải thích, các cảm biến nano có thể đặc biệt hữu ích trong việc phát hiện bệnh bạch cầu lymphocytic, một dạng ung thư bắt đầu trong tủy xương và di căn vào máu.
Tại Hoa Kỳ, gần 21.000 trường hợp mắc bệnh bạch cầu lymphocytic mới có khả năng xảy ra vào năm 2018 và hơn 4.500 người có thể tử vong.
Cách thức hoạt động của cảm biến nano
Các cảm biến nano bắt nguồn từ phòng thí nghiệm của Giáo sư Movileanu có thể phát hiện cái gọi là tương tác giữa protein với protein (PPI), tức là các quá trình cần thiết cho sự phát triển của tế bào.
Cái gọi là quần xã tương tác đề cập đến "bản đồ hoàn chỉnh của các tương tác protein có thể xảy ra trong một cơ thể sống." Interactomics - hoặc lập bản đồ hệ tương tác, sử dụng các kỹ thuật tính toán và công nghệ tiên tiến - là một lĩnh vực phụ của vật lý sinh học đang phát triển mạnh nghiên cứu hậu quả của những tương tác này.
PPI phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chẳng hạn như loại tế bào, giai đoạn phát triển của nó và điều kiện môi trường. Một số PPI là ổn định, nhưng những PPI khác là tạm thời.
Ví dụ, những tương tác cần thiết để kích hoạt biểu hiện gen hoặc những tương tác ảnh hưởng đến tín hiệu tế bào và sự phát triển của tế bào ung thư là thoáng qua, có nghĩa là chúng chỉ kéo dài khoảng một phần nghìn giây.
Bản chất thoáng qua của những PPI này khiến chúng khó bị phát hiện bằng các phương pháp hiện có.
Tuy nhiên, các cảm biến nano có nguồn gốc từ phòng thí nghiệm của GS Movileanu đã vượt qua trở ngại này bằng cách tạo ra một lỗ nhỏ trong màng tế bào để dòng điện chạy qua.
Khi các protein đi qua các lỗ nhỏ hoặc lỗ nano này, chúng sẽ thay đổi cường độ của dòng điện. Những thay đổi này tiết lộ danh tính và đặc tính của từng loại protein.
Giáo sư Movileanu, người đã lấy bằng Tiến sĩ, cho biết: “Dữ liệu thu thập được từ một mẫu protein đơn lẻ là rất lớn. bằng vật lý thực nghiệm từ Đại học Bucharest ở Romania và hiện là thành viên của nhóm nghiên cứu vật lý sinh học và vật liệu sinh học tại Khoa Vật lý tại Syracuse.
Nhà nghiên cứu tiếp tục: “Các cấu trúc nano của chúng tôi cho phép chúng tôi quan sát các sự kiện sinh hóa một cách nhạy cảm, cụ thể và định lượng. “Sau đó, chúng tôi có thể đưa ra đánh giá chắc chắn về một mẫu protein duy nhất”.
Nhà nghiên cứu tiếp tục: “Kiến thức chi tiết về bộ gen người đã mở ra một biên giới mới cho việc xác định nhiều protein chức năng liên quan đến các liên kết vật lý ngắn gọn với các protein khác.
“Những xáo trộn lớn về sức mạnh của các PPI này dẫn đến tình trạng bệnh tật. Do tính chất nhất thời của những tương tác này, nên cần có những phương pháp mới để đánh giá chúng ”.
Nhà vật lý cũng giải thích cách cơ chế phát hiện được tinh chỉnh của cảm biến nano của ông có thể giúp chống lại bệnh ung thư.
“Nếu chúng ta biết các bộ phận riêng lẻ của tế bào hoạt động như thế nào, chúng ta có thể tìm ra lý do tại sao một tế bào lệch khỏi chức năng bình thường sang trạng thái giống như khối u […] Các cảm biến nhỏ của chúng ta có thể làm những việc lớn đối với việc sàng lọc dấu ấn sinh học, cấu hình protein và nghiên cứu quy mô của protein [được gọi là proteomics]. ”
Giáo sư Liviu Movileanu
Giáo sư Movileanu hy vọng rằng cảm biến nano của ông sẽ đặc biệt hữu ích để phát hiện bệnh bạch cầu lymphocytic, một tình trạng mà các tế bào máu không trưởng thành và chết đi như bình thường, nhưng "tích tụ trong tủy xương và chèn lấn các tế bào khỏe mạnh bình thường."
