Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Trong những năm gần đây, nhu cầu phát hiện các chất chuyển hóa trong vi sinh vật một cách hiệu quả và tiết kiệm chi phí ngày càng tăng. Những chất chuyển hóa này là sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất trong cơ thể, có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về sự hiện diện và tiến triển của bệnh. Đặc biệt, 1-methyl nicotinamide (1-MNA) thu hút sự chú ý do vai trò của nó trong việc phản ánh tình trạng sức khỏe khác nhau như ung thư, bệnh gan và béo phì.

Các phương pháp truyền thống để phát hiện chất chuyển hóa, chẳng hạn như khối phổ và cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), thường có chi phí cao và phức tạp, gây khó khăn trong việc ứng dụng rộng rãi cho chẩn đoán. Trong khi đó, các cảm biến sinh học có độ nhạy cao đối với 1-MNA có thể được xem là giải pháp đơn giản và hiệu quả để phát hiện sớm và quản lý bệnh.

Trong một nghiên cứu gần đây, các nhà khoa học tại Nano Life Science Institute (WPI-NanoLSI), Đại học Kanazawa, đã đạt được bước tiến đáng kể trong lĩnh vực cảm biến sinh học. Họ phát triển một cảm biến có độ nhạy cải thiện để phát hiện 1-MNA trong nước tiểu, ngay cả khi không cần tinh chế mẫu. Đổi mới này mở ra tiềm năng tiếp cận dễ dàng và hiệu quả hơn trong chẩn đoán. Công trình nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Analytical Chemistry, chứng minh rằng cảm biến sinh học mới có khả năng nâng cao hiệu suất phát hiện 1-MNA.

Nồng độ 1-MNA trong cơ thể có liên quan đến nhiều bệnh lý như ung thư, rối loạn trao đổi chất và bệnh gan. Việc phát hiện sự thay đổi nồng độ 1-MNA giúp cung cấp cái nhìn sâu sắc về tình trạng sức khỏe của bệnh nhân. Tuy nhiên, các kỹ thuật truyền thống để đo lường 1-MNA bằng khối phổ và NMR gặp nhiều thách thức. Mặc dù đây là những phương pháp hiệu quả, nhưng chúng yêu cầu thiết bị đắt tiền và quy trình phức tạp, hạn chế khả năng ứng dụng rộng rãi trong chẩn đoán lâm sàng. Điều này thúc đẩy nhu cầu về các phương pháp thay thế có độ nhạy cao và dễ sử dụng hơn.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học Masaya Ueno, Tomoki Ogoshi và Atsushi Hirao đã hợp tác với WPI-NanoLSI để nghiên cứu nhóm phân tử pillararenes. Những phân tử này có tiềm năng đóng vai trò như cảm biến sinh học giúp phát hiện 1-MNA mà không cần tinh chế mẫu.

1-MNA được hình thành trong cơ thể thông qua quá trình methyl hóa nicotinamide (Nam), diễn ra dưới sự xúc tác của nicotinamide N-methyltransferase (NNMT). Đây là một phần của quá trình chuyển hóa vitamin B3, cụ thể là niacin. Hoạt động NNMT gia tăng có liên quan đến ung thư ác tính, và các nghiên cứu cho thấy việc ức chế NNMT có thể giúp giảm triệu chứng bệnh. Do đó, 1-MNA đóng vai trò quan trọng như một marker sinh học trong giám sát nồng độ NNMT, hỗ trợ chẩn đoán và quản lý bệnh.

Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng "Giám sát biểu hiện và hoạt động của NNMT trong bệnh nhân thông qua việc định lượng nồng độ 1-MNA là rất quan trọng trong việc làm sáng tỏ và chẩn đoán bệnh lý." Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng về mặt lâm sàng, đồng thời mở đường cho khả năng chẩn đoán được cải thiện.

Nhóm nghiên cứu từng khám phá tiềm năng của pillararene với nhóm chức năng carboxylate (P6AC) như một cảm biến sinh học đối với 1-MNA. Phân tử này có khả năng liên kết với 1-MNA và ức chế huỳnh quang thông qua quá trình chuyển điện tử cảm ứng quang học. Tuy nhiên, cảm biến này yêu cầu mẫu tinh khiết và không có khả năng phát hiện 1-MNA ở mức micromolar trong dịch nuôi cấy tế bào ung thư người, khiến nhóm nghiên cứu phải tìm kiếm phương pháp thay thế để tăng độ nhạy.

Trong nghiên cứu mới nhất, họ đã phát triển một phiên bản pillararene mới với nhóm chức năng sulfonate (P6AS). Phân tử này có ái lực mạnh hơn với 1-MNA gấp 700 lần so với P6AC, giúp cảm biến P6AS có thể phát hiện nồng độ 1-MNA dưới mức micromolar ngay cả khi không cần tinh chế mẫu nước tiểu. Đây là một cải tiến đáng kể, cho phép xác định chính xác nồng độ 1-MNA. Tuy nhiên, do mức độ huỳnh quang quá cao trong huyết thanh người, cảm biến này không thể sử dụng để phát hiện 1-MNA trong huyết thanh.

Dù phương pháp khối phổ có thể phát hiện 1-MNA ở mức nanomolar, cảm biến P6AS mang lại nhiều lợi thế, đặc biệt là khả năng xử lý số lượng mẫu lớn. Theo nhóm nghiên cứu, đây là công cụ đầy hứa hẹn để sàng lọc hàng nghìn chất ức chế NNMT tiềm năng, đóng góp quan trọng trong việc phát triển các phương pháp điều trị bệnh gan và ung thư.

Các nhà khoa học nhận định rằng độ nhạy của P6AS được cải thiện nhờ tính axit mạnh hơn của nhóm sulfonate so với nhóm carboxylate. Trong tương lai, họ đặt mục tiêu "Cải thiện chiến lược sàng lọc chất ức chế NNMT, chẩn đoán bệnh gan và hình ảnh tế bào ung thư." Điều này nhấn mạnh tiềm năng ứng dụng của cảm biến sinh học mới, không chỉ trong chẩn đoán lâm sàng mà còn trong nghiên cứu phát triển phương pháp điều trị mới.

Nguồn: https://nano-magazine.com/news/2024/9/10/revolutionising-disease-detection-with-a-breakthrough-biosensor-for-enhanced-1-mna-sensitivity