Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Khi các vi khuẩn có hại tích tụ trên răng và vết thương, chúng thường tạo ra lớp màng nhày, được gọi là màng sinh học (biofim), gây khó khăn để điều trị cho các phương pháp truyền thống. Các màng sinh học này hoạt động như những pháo đài siêu nhỏ, bảo vệ vi khuẩn khỏi tác động của kháng sinh, khiến việc loại bỏ nhiễm trùng trở nên khó khăn.

Tuy nhiên, các nhà khoa học từ đại học Stanford và đại học Pennsylvania đã phát triển một phương pháp đầy tiềm năng trong việc giải quyết trực tiếp các vấn đề này mà không cần đến thuốc kháng sinh. Phương pháp cải tiến này liên quan đến việc sử dụng các hạt nano vàng được thiết kế để tấn công màng biofilm một cách hiệu quả. Các hạt nano vàng được phủ một lớp đường lên bề mặt nhằm tăng khả năng nhắm trúng mục tiêu và bám dính vào màng sinh học của vi khuẩn. Khi các hạt nano vàng được đưa tới vị trí đích, chúng được kích hoạt để tạo nhiệt và phá hủy cấu trúc màng, tiêu diệt vi khuẩn ở bên trong lớp màng. Quá trình phá vỡ màng có thể được theo dõi trực quan thông qua quan sát hình ảnh.

Tiến sĩ Luisa Russell tại Khoa Khoa học và Công nghệ, Viện Hình ảnh Y sinh và Kỹ thuật Sinh học Quốc gia (NIBIB) đã nhấn mạnh tầm quan trọng của chiến lược không kháng sinh này. “Với phương pháp này, nano vàng có thể phá hủy lớp màng mà không cần phẫu thuật cắt bỏ các vết nhiễm trùng, điều này là cần thiết khi sử dụng kháng sinh. Hơn thế nữa, phương pháp này có thể điều trị cho những bệnh nhân bị dị ứng với kháng sinh hoặc bị nhiễm các chủng vi khuẩn kháng kháng sinh khác.” Bà cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tìm ra phương pháp điều trị thay thế không dựa vào kháng sinh do vấn đề kháng kháng sinh và dị ứng ngày càng gia tăng.

Ngoài khả năng kháng kháng sinh, các vấn đề khác của màng sinh học như khó phát hiện và loại bỏ, gây ra thách thức đáng kể trong chăm sóc y tế và nha khoa. Các nhà khoa học đã tìm ra một giải pháp có thể giải quyết hiệu quả vấn đề phát hiện và loại bỏ các màng sinh học này bằng việc sử dụng các hạt nano vàng được biết đến với khả năng tương thích sinh học và khả năng chuyển đổi ánh sáng thành nhiệt, các đặc tính này đã được khai thác hiệu quả để loại bỏ màng sinh học.

Để tối ưu hóa các hạt nano cho hình ảnh và trị liệu, các nhà khoa học đã chế tạo một cấu trúc độc đáo của nano vàng dạng rắn và rỗng (nanocage). Cấu trúc này đã tối ưu hóa khả năng phản ứng của hạt vàng nano với ánh sáng, phù hợp với mục đích để phát hiện vi khuẩn và tạo nhiệt. Các nhà khoa học đã phủ các hạt nano với dextran - một loại đường mà vi khuẩn sử dụng để tạo màng sinh học, đảm bảo các hạt nano có thể dễ dàng hấp thụ vào trong cấu trúc của lớp màng sinh học.

Hiệu quả của phương pháp đã được thử nghiệm trên các màng sinh học được hình thành bởỉ chủng vi khuẩn Streptococcus mutan trên răng và Staphylococcus aureus trong các vết thương ngoài da của chuột. Kết quả cho thấy hiệu quả cao trong việc loại bỏ màng sinh học sau khi xử lý bởi nano vàng. Tiến sĩ Maryam Hajfathalian – tác giả chính của nghiên cứu cho biết “Phương pháp điều trị đặc biệt nhanh đối với nhiễm trùng miệng. Sau khi chiế tia laser khoảng 30 giây, tất cả các vi khuẩn đã bị tiêu diệt”.

Nghiên cứu đã được đăng trên tạp chí Nghiên cứu Lâm sàng (the Journal of Clinical Investigation). Kết quả của nghiên cứu chỉ ra rằng phương pháp này không chỉ vượt trội hơn về hiệu quả so với các loại thuốc kháng sinh truyền thông như chlorhexidine và gentamicin mà còn không gây hại đến các mô khỏe mạnh xung quanh. Do đó, phương pháp điều trị mới này có thể áp dụng an toàn cho sinh vật sống mà không gây thêm thiệt hại.

Các nhà khoa học rất hào hứng về ứng dụng tiềm năng của kỹ thuật này trong tương lai. Họ dự định tiến hành các nghiên cứu sâu hơn để khám phá khả năng sử dụng các hạt nano vàng không chỉ để điều trị các bệnh nhiễm trùng hiện có mà còn ngăn chặn sự hình thành các màng sinh học. Điều này có thể có ý nghĩa quan trọng trong việc ngăn ngừa sâu răng và đẩy nhanh quá trình làm lành vết thương. Hajfathalian đã bày tỏ sự nhiệt thành đối với tương lai của công nghệ này. Ông khẳng định “Tôi nghĩ điều quan trọng phương pháp điều trị mới này cần được tối ưu hóa để trở nên đơn giản, rẻ và nhanh chóng vì chúng ta đã giới hạn việc sử dụng kháng sinh nên chúng ta cần những phương pháp mới như phương pháp này để thay thế”.

Kết luận
Nghiên cứu đột phá này trình bày ứng dụng của các hạt nano vàng trong điều trị các bệnh nhiễm trùng liên quan đến vi khuẩn sinh màng sinh học, mang đến một giải pháp thay thế phương pháp sử dụng thuốc kháng sinh truyền thống trong cuốc chiến chống lại vi khuẩn kháng kháng sinh. Hiệu quả của phương pháp trong việc loại bỏ màng sinh học, kết hợp theo dõi điều trị theo thời gian thực từ đó đánh dấu một bước tiến đáng kể trong điều trị y tế và các hoạt động chăm sóc sức khỏe trong tương lai.

Nguồn: https://nano-magazine.com/news/2024/3/13/new-study-reveals-gold-nanoparticles-efficacy-against-biofilms