Phần lớn ung thư buồng trứng được chẩn đoán ở giai đoạn muôn, thời điểm mà tỷ lệ sống của bệnh nhân thấp. Tuy nhiên, nếu ung thư được phát hiện ở giai đoạn sớm, tỉ lệ sống sau 5 năm có thể lớn hơn 90%.
Hiện tại, các nhà nghiên cứu tại Massachusetts Institute of Technology (MIT) đã phát triển một phương pháp có độ nhạy cao để phát hiện các khối u buồng trứng: trên các nghiên cứu ở chuột, các nhà khoa học đã phát hiện các khối u bao gồm những nốt có đường kính nhỏ hơn 2mm. Theo các nhà nghiên cứu, phương pháp này ứng dụng trên người có thể phát hiện các khối u sớm hơn 5 tháng so với các xét nghiệm máu.
Kỹ thuật mới sử dụng một “chỉ dấu sinh học tổng hợp” (synthetic biomarkers) – một loại hạt nano tương tác với protein của khối u giải phóng ra những mảnh vở và các mảnh vở này có thể được phát hiện trong mẫu nước tiểu của bệnh nhân. Phương pháp kiểm tra này có thể tạo ra một tín hiệu rõ ràng hơn việc sử dụng các “chỉ dấu sinh học tự nhiên” – những thứ chỉ được tìm thấy một lượng rất nhỏ trong máu của bệnh nhân.
“Những gì chúng tôi làm trong nghiên cứu này là thiết kế lại cảm biến để làm nó tốt hơn 15 lần so với cảm biến phiên bản trước đó. Chúng tôi so sánh cảm biến mới với chỉ dấu sinh học trong máu của chuột mang ung thư buồng trứng để chứng minh rằng phương pháp của chúng tôi ưu việt hơn”, theo Tiến sĩ Sangeeta Bhatia, thành viên của viện nghiên cứu Koch ở MIT, tác giả chính của nghiên cứu cho biết.
Phương pháp này có thể được điều chỉnh để phát hiện những dạng ung thư khác. Trong nghiên cứu này – được xuất bản trên tạp chí Nature Biomedical Engineering [1], các nhà khoa học cho thấy rằng họ có thể phát hiện những khối u ở ruột kết đã di căn đến gan.
Chỉ dấu sinh học tổng hợp
Bhatia lần đầu tiên công bố phương pháp chẩn đoán ung thư bằng chỉ dấu sinh học tổng hợp năm 2012. Phương pháp này đo hoạt động của enzyme phân cắt protein tên là endoprotease, enzyme này được tạo ra bởi các khối u để đưa các mạch máu đến và bao lấy các khối u vì vậy ung thư có thể được nuôi dưỡng, phát triển và lan rộng.
Để phát hiện loại enzyme này, các nhà nghiên cứu thiết kế các hạt nano được bao phủ bởi các mảnh peptide. Những mảnh peptide này có thể bị cắt bởi enzyme cắt protein (proteases) có tên MMPs. Sau khi tiêm vào chuột, những hạt nano tập trung ở vị trí các khối u. MMPs cắt các peptide để giải phóng các mảnh vở nhỏ. Những mảnh vở này sau đó sẽ được lọc bởi thận và tập trung trong nước tiểu, nơi mà chúng có thể được phát hiện bằng các phương pháp khác nhau, bao gồm cả thử nghiệm dùng giấy đo đơn giản.
Trong bài báo được xuất bản năm 2015, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một mô hình toán học của phương pháp này để làm sáng tỏ các câu hỏi như các hạt nano tuần hoàn trong cơ thể như thế nào, hiệu suất tương tác với proteases của chúng, và tỉ lệ cắt của proteases trên peptides. Mô hình này chỉ ra rằng để có thể phát hiện các khôi u có đường kính 5mm hoặc nhỏ hơn ở người, các nhà nghiên cứu cần cải tiến độ nhạy của hệ thống thêm một cấp độ nữa.
Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học sử dụng hai chiến lược mới để tăng độ nhạy cảm biến của họ. Thứ nhất là tối ưu hoá chiều dài của polymer dùng liên kết peptide với các hạt nano. Khi đoạn polymer đạt độ dài nhất định, proteases đặc hiệu sẽ phân cắt peptide với tỉ lệ cao hơn. Việc tối ưu hoá này đồng thời sẽ giảm sự phân cắt không đặc hiệu của enzyme.
Thứ hai, các nhà nhà nghiên cứu đã bổ sung một phân tử hướng mục tiêu có tên là “peptide thâm nhập khối u” vào các hạt nano. Phân tử hướng mục tiêu giúp cho các hạt nano tích luỹ với nồng độ cao tại các khối u và tăng số lượng các peptide được phân cắt - sản phẩm được thải ra trong nước tiểu.
Bằng cách kết hợp 2 cải tiến này, các nhà khoa học có thể tăng độ nhạy của cảm biến 15 lần, đủ để phát hiện ung thư buồng trứng hình thành từ những khối u nhỏ có đường kính 2mm ở chuột. Các nhà nghiên cứu cũng thử nghiệm phương pháp này trên gan, nơi mà họ có thể phát hiện các khối u có nguồn gốc từ ruột kết. Ở người, ung thư ruột kết thường di căn đến gan và hình thành các khối u nhỏ rất khó phát hiện tương tự như khối u buồng trứng.
Hình ảnh phóng lớn của tế bào biểu mô ung thư buồng trứng dạng trong suốt (ovarian clear cell carcinoma). Các tế bào này có các phần nhân hiện rõ và đăc điểm của các hạt nhân hyaline điển hình. Nguồn: Nephron/CC BY-SA 3.0
“Nghiên cứu quan trọng này xác nhận chiến lược mới trong việc phát hiện sớm ung thư mà không phụ thuộc vào các chỉ dấu sinh học được tạo ra từ các tế bào ung thư. Thay vào đấy, phương pháp này tạo ra các chỉ dấu sinh học nhân tạo tại vị trí khối u nếu có bất kỳ khối u nào tồn tại trong cơ thể. Phương pháp này cuối cùng sẽ giúp thay đổi cách chúng ta phát hiện ung thư”. Theo nhận định của Tiến sĩ Sanjiv Sam Gambhir, giám đốc khoa khoa học tia xạ, đại học Y Stanford, người không tham gia vào nghiên cứu đấy.
Chấn đoán sớm
Hiện tại, các bác sĩ có thể tìm kiếm các chỉ dấu sinh học trong máu được sản xuất từ khối u buồng trứng, nhưng các chỉ dấu này không tích tụ đủ nhiều để có thể được phát hiện cho đến khi các khối u có đường kính 1cm, thường khoảng 8 tới 10 năm sau khi chúng được hình thành. Phương pháp chẩn đoán khác là hình ảnh sóng siêu âm, cũng chỉ có thể phát hiện khối u buồng trứng có đường kính 1cm hoặc lớn hơn.
Các nhà nghiên cứu tại MIT tin rằng kỹ thuật mới của họ có thể phát hiện các khối u sớm hơn 5 tháng, và điều này có thể tạo nên sự khác biệt đáng kể cho bệnh nhân.
Trong bài báo này, các nhà nghiên cứu cũng chỉ ra họ có thể phát hiện những proteases bệnh từ dữ liệu chip sinh học của các tế bào của khối u của những bệnh nhân ung thư khác nhau. Chiến thuật này giúp các nhà nghiên cứu xác định loại peptide được sử dụng cho những dạng ung thư khác nhau và thậm chí cho những bệnh nhân ung thư khác nhau.
“Mọi khối u của các bệnh nhân là không giống nhau và không phải mỗi khối u đều được hướng đúng mục tiêu với cùng một phân tử”, Bhatia nói. “Kiến thức proteases từng bệnh giúp chúng ta tận dụng sức mạnh của kỹ thuật mới”.
Các nhà khoa học hiện nay đang điều tra khả năng ứng dụng phương pháp này vào các loại ung thư khác, ví dụ dung để phân biệt khối u phát triển nhanh và chậm trong ung thư tuyến tiền liệt.
Tác giả: Anne Trafton
Biên dịch: Nguyễn Thị Thu Hoài (Đại học Tây Nguyên)
Tài liệu tham khảo:
[1] Kwon, E. J., Dudani, J. S., & Bhatia, S. N. (2017). Ultrasensitive tumour-penetrating nanosensors of protease activity. Nature Biomedical Engineering, 1(4), 0054. doi:10.1038/s41551-017-0054
