Kỹ thuật mới: Chẩn đoán nhanh đột quỵ não bằng hạt nano gắn enzyme  

Đột quỵ là nguyên nhân gây tử vong ở người đứng thứ ba chỉ sau các bệnh tim mạch và ung thư, đứng hàng đầu về tỉ lệ gây tàn phế (1, 2). Theo thống kê của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), mỗi năm trên toàn cầu có khoảng 15 triệu ca đột quỵ với 5,5 triệu trường hợp tử vong (3). Tại Việt Nam, ước tính hàng năm có khoảng 200.000 bệnh nhân đột quỵ. Trong đó, tỉ lệ không qua khỏi lên đến 50% và 85 - 90% số ca sống sót chịu di chứng tàn tật yếu liệt lâu dài (2). Chẩn đoán đột quỵ thực sự đòi hỏi chạy đua với thời gian, tính đến từng phút, bởi trong cơn đột quỵ thiếu máu não, mỗi phút có khoảng 1,9 triệu tế bào thần kinh chết đi (4). Nguy cơ tử vong và mức độ di chứng phụ thuộc rất nhiều vào thời điểm chẩn đoán và bắt đầu điều trị. Hiện nay, chẩn đoán được dựa trên đánh giá lâm sàng và các kỹ thuật hình ảnh như chụp cắt lớp vi tính (CT scan), chụp cộng hưởng từ (MRI), chụp mạch máu não (Cerebral Angiography). Các quy trình này yêu cầu chuyên môn y tế cao và thời gian tiến hành có thể lên tới 1 giờ đồng hồ.

Hình 1. Khối máu đông trong động mạch cảnh. Nguồn: Hiệp hội Đột quỵ Hoa Kỳ (American Stroke Association)

Với mục tiêu rút ngắn thời gian chẩn đoán, một nhóm các nhà khoa học tại Viện nghiên cứu Baker, Đại học Cornell, Mỹ đang phát triển một thiết bị cho phép chẩn đoán đột quỵ lưu động chỉ trong 10 phút (5, 6). 

Chủ nhiệm nghiên cứu Roy Cohen và các cộng sự (5) gắn enzyme pyruvate kinase (PK) và luciferase (Luc) lên hạt nano silica nhằm phát hiện một chất chỉ thị sinh học có tên gọi neuron-specific enolase (NSE). NSE là một enzyme được giải phóng từ tế bào thần kinh bị tổn thương, do vậy nồng độ NSE trong máu bệnh nhân sẽ tăng cao khi xảy ra đột quỵ. NSE xúc tác chuyển hóa 2-phosphoglycerate (2-PG) thành phosphoenolpyruvate (PEP). Tiếp đó PEP phản ứng với ADP (adenosine diphosphate) xúc tác bởi PK tạo pyruvate và ATP (adenosine triphosphate). Enzyme Luc sử dụng ATP cho phản ứng phát quang. Cường độ tín hiệu ánh sáng được đo lường bằng cảm biến, từ đó tính được nồng độ NSE trong mẫu máu và xác định được tình trạng đột quỵ (Hình 2). Do enzyme có khả năng xúc tác đặc hiệu với hoạt tính rất cao, phương pháp này có độ nhạy cao và thời gian cho kết quả xét nghiệm ngắn, hứa hẹn nhiều tiềm năng ứng dụng.

Hình 2. Cơ chế phản ứng dây chuyền sử dụng enzyme pyruvate kinase và Luciferase gắn trên hạt nano silica nhằm ước tính nồng độ neuron-specific enolase. 2-PG: 2-phosphoglycerate, NSE: neuron-specific enolase, PEP: phosphoenolpyruvate, PK: pyruvate kinase, Luc: Luciferase, NP: nano silica.

Sáng kiến cố định enzyme PK và Luc lên hạt nano sillica, thay vì sử dụng dạng tự do, lấy ý tưởng từ một hệ thống enzyme gắn trên đuôi tế bào tinh trùng (7). Các enzyme này lần lượt tham gia xúc tác chuỗi phản ứng thủy phân đường fructose trong tinh dịch, trực tiếp cung cấp năng lượng cho tinh trùng chuyển động. Do sản phẩm của mỗi phản ứng mắt xích trong dây chuyền là nguyên liệu cho mắt xích tiếp theo, việc cố định các enzyme gần nhau cho phép chuyền cơ chất hiệu quả, tránh thất thoát do khuếch tán và tối ưu hóa hiệu suất chung. Tương tự, khi cố định 2 enzyme Luc và PK lên hạt nano, enzyme Luc có thể dễ dàng tiếp xúc với ATP là sản phẩm của phản ứng do PK xúc tác. Thêm vào đó, hạt nano góp phần làm chậm sự phân hủy của hai enzyme trong dung dịch, tăng tốc độ và hiệu quả phát ánh sáng ở cuối dây chuyền.

Tiến sĩ Cohen và các cộng sự đã tiến hành thí nghiệm bước đầu trong ống nghiệm cũng như thử nghiệm trên động vật và mẫu máu của một số   bệnh nhân lão khoa có tiền sử đột quỵ, và nhận được kết quả rất khả quan. Quy trình kỹ thuật này có lợi thế tương đối đơn giản, sử dụng lượng mẫu rất nhỏ (khoảng 1-2 ml máu), không đòi hỏi xử lý mẫu, do vậy hứa hẹn tính linh động cao, có thể áp dụng tại chỗ ngay khi có triệu chứng nghi ngờ. Kỹ thuật do Cohen và các cộng sự phát triển mở ra khả năng phát hiện sớm và  đồng thời nhiều chất chỉ thị sinh học khác gắn liền với tổn thương não bộ, rối loạn mất trí nhớ, suy giảm phán đoán, thậm chí một số bệnh tim mạch và ung thư (6).

Tác giả: Hà Diệu Anh (ĐH Bang Oregon, Hoa Kỳ)

Tài liệu tham khảo

-----

Đăng ngày: 01/14/2016