Các nhà nghiên cứu thuộc trường Đại học Purdue (Ấn Độ) đã phát minh ra một phương pháp để hiểu sâu hơn các quá trình tế bào phức tạp, bằng cách sử dụng các hạt tổng hợp kích thước rất nhỏ được gọi là dendrime. Công nghệ này có thể dẫn đến các phương pháp trị liệu nhằm trúng đích hơn đối với bệnh ung thư.

Sự hiểu biết chính xác về cách thức các tế bào có thể thu nhận các hạt nhỏ đưa vào, một quá trình mang tên nội nhập bào, có thể giúp các nhà nghiên cứu cải tiến sự vận chuyển thuốc và khám phá các cơ chế của virus. Nhưng các hạt được các tế bào thu nhận này và các protein điều khiển con đường xâm nhập tế bào lại có quá ít khiến cho các công nghệ thông thường khó có thể phát hiện được.

GS sinh hóa W. Andy Tao và các cộng sự tại Đại học Purdue đã phát triển một phương pháp có thể đưa các dendrime nội nhập vào các tế bào để theo dõi dấu vết, nắm bắt và cô lập các protein đang đóng vai trò điều tiết quá trình nội nhập tế bào và họ đã xác định được 809 protein tham gia vào con đường xâm nhập tế bào.

GS Tao cho biết, công nghệ theo dõi quy trình xâm nhập tế bào và vận chuyển vật liệu nano (Tracing Internalization and TrAfficking of Nanomaterials - TITAN) có thể giúp chúng ta hiểu được các tế bào thu nhận các hạt ngoại bào và cách chúng di chuyển các hạt này ra xung quanh như thế nào. Các hiểu biết đều có giá trị hữu ích cho các nghiên cứu tương lai nhằm phá vỡ những quy trình đó, không để cho các tác nhân có hại bên ngoài như virus xâm nhập, và phát triển các quy trình cung cấp thuốc hữu ích.

Dendrime là các hạt nano phân nhánh đối xứng, có kích thước tương đương với các protein xuất hiện tự nhiên. Là các phân tử có các nhánh hình cây, cấu trúc và kích thước rất nhỏ của dendrimer làm cho chúng trở thành một vật mang lý tưởng để vận chuyển các loại phân tử khác nhau thông qua nhiều nhánh của chúng để xâm nhập vào tế bào. Một trong những vai trò có giá trị nhất của hạt dendrimer đó là vận chuyển thuốc nhằm mục tiêu trong điều trị các bệnh ung thư. Các dendrime có thể dẫn nạp thuốc một cách có chọn lọc đến các tế bào ung thư, không giống như phương pháp hóa trị gây phá hủy các tế bào khỏe mạnh và ung thư như nhau.

Trước khi đưa chúng vào các tế bào, GS Tao và nhóm nghiên cứu của ông đã biến đổi hóa học các hạt dendrimer bằng cách gắn thẻ huỳnh quang vào, điều này cho phép dễ phát hiện ra các hạt dendrime hơn khi chúng di chuyển bên trong tế bào; một liên kết chéo phản ứng quang hóa (crosslinker photoreactive) sẽ cho phép các dendrime gắn vào các protein dưới bức xạ tia cực tím; và các nhà nghiên cứu có thể thao tác để tách các dendrime ra khỏi phần vật liệu tế bào còn lại.

Khi các nhà nghiên cứu chiếu xạ vào tế bào, các dendrime bên trong bám lấy tất cả các protein nằm ở xung quanh, tạo ta một khoảng dừng ngay trong thời gian thực, khi đó các protein ngừng điều khiển quá trình nội nhập bào (endocytosis). Nhóm nghiên cứu chiếu xạ vào các tế bào trong 3 khoảng thời gian khác nhau - 30 phút, 1 giờ và 2 giờ.

“Chúng tôi đã quan sát thấy các phân tử khác nhau trong từng thời điểm, điều đó cho chúng ta biết nơi có mặt các dendrime và qua đó cho biết các cơ chế chúng di chuyển vào tế bào”, GS Tao nói. “Giả sử bạn lái xe đến Wal-Mart, nhưng thay vì nói cho tôi biết bạn đi con đường nào, bạn có thể chụp ảnh các tòa nhà và điểm mốc ở các thời điểm khác nhau dọc theo con đường. Những hình ảnh sẽ cho tôi biết con đường bạn đã đi. Phương pháp này cũng tương tự như vậy”.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng trắc khối phổ để phân lập và xác định hàng trăm protein tham gia vào quá trình nhập bào, khẳng định các cơ chế được nhiều nhà sinh học giả định trước đây.

Việc biết được những protein nào dẫn dắt quá trình nhập bào và ở giai đoạn nào có thể giúp các nhà nghiên cứu cải tiến phương pháp vận chuyển thuốc nano. GS Tao cho biết, chúng tôi thu được rất nhiều thông tin quan trọng từ công nghệ TITAN, đây là một công nghệ nền tảng mở ra một phương pháp mới để nghiên cứu nhiều quá trình sinh học quy mô nhỏ bên trong các tế bào.

Một số ứng dụng tiềm năng của công nghệ TITAN bao gồm việc xác định virus xâm nhập và di chuyển bên trong tế bào như thế nào, cho biết các tế bào ung thư liên lạc với nhau như thế nào và giúp lần theo dấu vết nơi các hạt nano kết thúc bên trong tế bào, một đặc điểm còn tương đối chưa rõ ràng.

Việc hiểu được các hạt nano đi đến đâu bên trong các tế bào và liệu chúng có phân rã theo thời gian hay không là điều rất quan trọng. Công nghệ TITAN có thể theo dõi các hạt nano di chuyển bên trong tế bào và cho biết liệu chúng có kết thúc ở trong nhân hay không, là điều có thể gây ra rắc rối, hay chúng chấm dứt đúng ở nơi chứa chất thải tế bào.
Nguồn: Tạp chí khoa học và công nghệ Việt Nam