Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt: Các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp tiếp cận nanoplasmonics để quan sát quá trình sản xuất chất tiết của tế bào theo thời gian thực, bao gồm protein và kháng thể. Đây là một tiến bộ có thể hỗ trợ phát triển các phương pháp điều trị ung thư, vắc-xin và các liệu pháp khác.

Các chất tiết của tế bào như protein, kháng thể và chất dẫn truyền thần kinh đóng vai trò thiết yếu trong đáp ứng miễn dịch, chuyển hóa và giao tiếp giữa các tế bào. Hiểu về chất tiết của tế bào là chìa khóa để phát triển các phương pháp điều trị bệnh, tuy nhiên các phương pháp hiện tại chỉ có thể cho biết số lượng chất tiết mà không có bất kỳ chi tiết nào về thời gian và địa điểm chúng được sản xuất.

Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm BIOnanophotonic Systems (BIOS) thuộc Trường Kỹ thuật và Đại học Geneva đã phát triển một phương pháp hình ảnh quang học mới mang lại cái nhìn bốn chiều về chất tiết của tế bào theo cả không gian và thời gian. Bằng cách đặt các tế bào riêng lẻ vào các giếng cực nhỏ trong một con chip mạ vàng có cấu trúc nano, sau đó tạo ra một hiện tượng gọi là cộng hưởng plasmon trên bề mặt chip, họ có thể lập bản đồ các chất tiết khi chúng được tạo ra, đồng thời quan sát hình dạng và chuyển động của tế bào.

Bởi vì nó cung cấp một cái nhìn chi tiết chưa từng có về cách các tế bào hoạt động và giao tiếp, các nhà khoa học tin rằng phương pháp của họ, được công bố gần đây trên tạp chí Nature Biomedical Engineering, có tiềm năng to lớn để phát triển dược phẩm cũng như nghiên cứu cơ bản.

"Một khía cạnh mấu chốt trong nghiên cứu này là cho phép chúng tôi sàng lọc các tế bào riêng lẻ một cách nhanh chóng. Các phép đo về phản ứng trung bình của nhiều tế bào không phản ánh tính không đồng nhất của chúng... và trong sinh học, mọi thứ đều không đồng nhất, từ đáp ứng miễn dịch đến tế bào ung thư. Đây là lý do tại sao ung thư rất khó điều trị," người đứng đầu BIOS Hatice Altug cho biết.

Một triệu yếu tố cảm biến

Trọng tâm trong phương pháp của các nhà khoa học là một con chip nanoplasmonic có diện tích 1 cm² bao gồm hàng triệu lỗ nhỏ và hàng trăm khoang cho các tế bào riêng lẻ. Con chip này được làm bằng chất nền vàng có cấu trúc nano được bao phủ bởi một lưới polyme mỏng. Mỗi buồng chứa đầy môi trường tế bào để giữ cho các tế bào sống và khỏe mạnh trong quá trình chụp ảnh.

"Các chất bài tiết của tế bào giống như ngôn từ của tế bào: chúng lan truyền linh hoạt theo thời gian và không gian để kết nối với các tế bào khác. Công nghệ của chúng tôi nắm bắt được sự không đồng nhất chính về vị trí và quãng đường mà các “từ ngữ” này truyền đi,"- Saeid Ansaryan, nghiên cứu sinh tiến sĩ của BIOS và là tác giả đứng đầu của nghiên cứu cho biết.

Phần nanoplasmonics xuất hiện nhờ một chùm ánh sáng khiến các electron vàng dao động. Cấu trúc nano được thiết kế sao cho chỉ những bước sóng nhất định mới có thể xuyên qua nó. Khi một thứ gì đó - như sự bài tiết protein - xảy ra trên bề mặt chip làm thay đổi ánh sáng đi qua, quang phổ sẽ dịch chuyển. Một cảm biến hình ảnh CMOS (chất bán dẫn oxit kim loại) và đèn LED chuyển đổi sự thay đổi này thành các biến thể cường độ trên các pixel CMOS.

Ansaryan cho biết: "Cái hay của thiết bị của chúng tôi là các lỗ nano phân bố trên toàn bộ bề mặt sẽ biến mọi điểm thành một phần tử cảm biến. Điều này cho phép chúng tôi quan sát các mô hình không gian của các protein được giải phóng bất kể vị trí của tế bào".

Phương pháp này đã cho phép các nhà khoa học có cái nhìn tổng thể về hai quá trình thiết yếu của tế bào là phân chia tế bào và chết tế bào - đồng thời nghiên cứu sự tinh vi của các tế bào B  tiết kháng thể của người.

"Chúng tôi đã thấy vật chất tế bào được giải phóng theo hai hình thức chết tế bào: chết theo chương trình và hoại tử. Trong trường hợp thứ hai, vật chất được giải phóng bởi sự vỡ tung không đối xứng, tạo ra dấu ấn hình ảnh đặc trưng. Điều này chưa từng được thấy ở một tế bào đơn lẻ trước đó”- Altug cho biết.

Sàng lọc các tế bào phù hợp

Phương pháp này cho các tế bào vào môi trường giàu dinh dưỡng và không yêu cầu gắn các chất huỳnh quang độc hại như các công nghệ hình ảnh khác, nên các tế bào được nghiên cứu có thể dễ dàng được phục hồi. Điều này mang lại cho phương pháp này tiềm năng lớn để sử dụng trong việc phát triển dược phẩm, vắc-xin và các phương pháp điều trị khác. Ví dụ, để giúp các nhà nghiên cứu hiểu cách các tế bào phản ứng với các liệu pháp khác nhau ở cấp độ cá thể.

"Vì số lượng và kiểu bài tiết do một tế bào tiết ra là đại diện để xác định hiệu quả tổng thể của chúng, nên chúng tôi cũng có thể hình dung các ứng dụng liệu pháp miễn dịch trong đó bạn sàng lọc các tế bào miễn dịch của bệnh nhân để xác định những tế bào hiệu quả nhất và sau đó tạo ra một quần thể các tế bào đó", Ansaryan nói.

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/04/230411105840.htm