Bệnh ung thư là nguyên nhân gây tử vong thứ hai chỉ sau bệnh tim mạch. Trong quá trình sinh bệnh, các tế bào ung thư tách ra khỏi khối u ban đầu và đi vào máu, trở thành các tế bào ung thư tuần hoàn (CTCs) và có thể được coi như giai đoạn đầu của quá trình di căn. Hơn nữa ngay cả khi căn bệnh ung thư đã được trị khỏi thì nó vẫn có thể tái phát và lan sang các mô khác. Nguyên nhân là do các mầm mống ung thư có thể phát tán các tế bào vào trong máu. Khi các CTC di chuyển khắp cơ thể và bám rễ chỗ nào thì nó có thể tạo nên khối u chỗ đó và trở thành mối đe dọa mới. Ung thư phổi là loại ung thư phổ biến trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Đây là loại ung thư chiếm tỷ lệ tử vong và mắc mới cao nhất trong số các loại ung thư nói chung. Đặc biệt tại Việt Nam, ung thư phổi gây ra tỷ lệ tử vong cao nhất ở nam giới. Bệnh có tiên lượng xấu bởi tiến triển nhanh, di căn sớm và phát hiện bệnh thường ở giai đoạn muộn, trong đó 62,5% không còn khả năng phẫu thuật, khả năng điều trị ngoại khoa cũng như các biện pháp điều trị còn nhiều hạn chế. Ở các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam, tỷ lệ bệnh nhân ung thư phổi sống 5 năm chỉ chiếm khoảng 8,7%.

Do vậy, việc phát hiện bệnh ung thư nói chung và ung thư phổi nói riêng nên được thực hiện càng sớm càng tốt bởi các bác sỹ sẽ có phương pháp điều trị thích hợp và hiệu quả. Trong kỹ thuật tầm soát bệnh hiện nay, các bác sĩ thường lấy máu của bệnh nhân rồi dùng các kháng thể đặc hiệu để tìm kiếm sự hiện diện của CTC. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ cho kết quả nếu CTC xuất hiện với lượng lớn còn với lượng nhỏ CTC thì khó phát hiện chính xác

Việc phát triển các thiết bị có kích thước nhỏ, có khả năng phát hiện các tế bào ung thư CTC nhanh là một yêu cầu cấp thiết trong quá trình điều trị bệnh ung thư trên thế giới. Các thiết bị này cần phải có đầy đủ các chức năng từ sàng lọc tế bào, làm giàu tế bào, bẫy và bắt các tế bào đích, đo nồng độ tế bào, chuyển sang thông tin điện tử để xử lý trong các bộ vi điều khiển.

Mục đích của việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo, đo đạc và thử nghiệm hoạt động của một hệ thống vi lỏng kết hợp aptamer và cảm biến trở kháng là để phát hiện tế bào ung thư. Các phòng thí nghiệm vi cơ điện tử và vi hệ thống được đầu tư tại Việt Nam về cơ bản có thể đáp ứng được các yêu cầu nghiên cứu của đề tài này. Tuy nhiên, việc kết hợp các cấu trúc sinh học trên nền các chip MEMS để bắt giữ và phát hiện được các tế bào hiếm là một bài toán khó cần có nhiều kinh nghiệm làm việc trong lĩnh vực liên ngành này. Hiện nay, ở Việt Nam chưa có đơn vị nào tập trung vào lĩnh vực này. Với nền tảng hợp tác với đối tác Đài Loan, nhóm nghiên cứu của Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội kết hợp với các nhóm nghiên cứu thuộc khoa Sinh học và khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tập trung nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm sản phẩm chip phát hiện tế bào ung thư phổi chủng loại A549.

Mục tiêu chính của đề tài là tạo ra một tiềm năng về khoa học và công nghệ cho sự phát triển của các hệ thống phần cứng và phần mềm cũng như các thiết bị để chẩn đoán nhanh chóng các tế bào ung thư tuần hoàn trong máu. Trong nhiệm vụ này, chúng tôi đã dành ba năm để phát triển một công nghệ cảm biến vi lưu dựa trên aptamer có khả năng phát hiện tế bào ung thư tuần hoàn trong máu để chẩn đoán ung thư.

Phương pháp tiếp cận đề xuất mà nhóm nghiên cứu do Cơ quan chủ trì Trường ĐH Công nghệ, ĐHQGHN cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài PGS. TS. Chử Đức Trình đề xuất là tạo ra một thiết bị vi lỏng với trở kháng điện cảm ứng sinh học dựa trên aptamer. Phương pháp này mở ra một triển vọng mới cho việc chẩn đoán trong phòng thí nghiệm một cách nhanh chóng bệnh ung thư cũng như các bệnh chuyển hóa khác. Hơn nữa, các thiết bị được đề xuất là tương đối đơn giản và có thể được áp dụng trong các ứng dụng xét nghiệm tại chỗ. Thiết bị này có thể là một công cụ hữu ích trong các lĩnh vực chẩn đoán lâm sàng, xét nghiệm sinh học, và y sinh học.

Nhiệm vụ “Phát triển hệ thống vi lỏng kết hợp Aptamer và cảm biến trở kháng nhằm phát hiện tế bào ung thư” được triển khai thực hiện theo tiến độ đặt ra với sự phối hợp hiệu quả giữa hai nhóm nghiên cứu phía Việt Nam và nhóm nghiên cứu phía đối tác Đài Loan. Các sản phẩm khoa học trung gian cũng như sản phẩm cuối cùng là hệ thống vi lỏng kết hợp Aptamer và cảm biến trở kháng có chất lượng tốt, đáp ứng yêu cầu đặt ra của nhiệm vụ, có khả năng phát hiện tế bào ung thư phổi dòng A549. Một số kết quả đã được tổng hợp và công bố trên các tạp chí và hội nghị chuyên ngành có uy tín. Với sự hỗ trợ của phía đối tác Đài Loan cả về kỹ thuật, công nghệ cũng như chia sẻ kinh nghiệm trong nghiên cứu trong lĩnh vực BioMEMS, nhiệm vụ đã đạt được kết quả vượt trội so với các nội dung nghiên cứu có liên quan được tiến hành trong nước về cảm biến vi lưu ứng dụng cho các xét nghiệm y sinh, tiệm cận với các nghiên cứu quốc tế, kết quả nghiên cứu được đăng bởi các tạp chí ISI có uy tín.

Các kết quả thu được từ hợp tác với Đài Loan trong khuôn khổ hợp tác này là tiền đề quan trọng để nhóm tiếp tục nghiên cứu phát triển, tối ưu các cấu trúc kênh dẫn và cảm biến, các hệ thống phân lập tế bào, phát triển các mô-đun mạch điện tử và kết hợp các aptamer với phương pháp đo trở kháng dựa trên kỹ thuật điện di trong kênh vi lưu, hướng tới nâng cao hơn nữa độ chính xác phát hiện và định lượng tế bào ung thư hiếm. Các kỹ thuật công nghệ tiếp thu được từ hợp tác nghiên cứu với đối tác sẽ tiếp tục được nhóm nghiên cứu phát huy triển khai các nghiên cứu tại Việt Nam. Trên cơ sở đó, thời gian tới nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục triển khai các nội dung theo hướng từng bước hoàn thiện sản phẩm, hướng tới có thể ứng dụng trong thực tế.

Ngoài ra, nền tảng chip vi lỏng tích hợp cảm biến điện tử được phát triển từ nhiệm vụ này có tiềm năng ứng dụng lớn, nhất là trong các xét nghiệm sàng lọc tầm soát bệnh ung thư hay các xét nghiệm sàng lọc bệnh truyền nhiễm. Với nền tảng chip vi lỏng tích hợp cảm biến điện tử, bằng cách thay thế các chế phẩm sinh học được nghiên cứu phù hợp có thể sử dụng cho tầm soát bệnh. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu và hợp tác với đối tác, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục hợp tác với phía đối tác Đài Loan nhằm phát triển các chip xét nghiệm y sinh nhất là trong nghiên cứu phát triển các chế phẩm sinh học đặc hiệu cao và khâu kiểm chuẩn thiết bị, hướng tới đưa ra ứng dụng trong thực tế.

Trong các công việc tới đây, thiết kế các cấu trúc cảm biến và kênh mới, phát triển các mô-đun điện tử, kết hợp aptamer, đo trở kháng và phương pháp tập trung tế bào dựa trên hiện tượng điện di, hay nâng cao hiệu quả phát hiện cần được tiếp tục tối ưu để định lượng tế bào ở nồng độ thấp trong kênh vi lỏng. Bên cạnh đó, sự kết hợp các đầu dò aptamer với các vật liệu nano điển hình, hay hạt từ có thể được xem xét, để tăng cường mật độ tín hiệu điện hóa, cũng như nâng cao độ nhạy, độ đặc hiệu của cảm biến đối với các dòng tế bào ung thư tuần hoàn. Các nghiên cứu về chip kênh nano cho việc tập trung và phát hiện protein đích hay dấu sinh học cũng rất hữu ích cho các ứng dụng lâm sàng. Những kết quả đạt được và dự kiến công việc sắp tới hứa hẹn một triển vọng hợp tác chặt chẽ và hiệu quả hơn giữa hai bên trong các nghiên cứu tiếp theo.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 16869/2019) tại Cục Thông tin KHCNQG.

Đ.T.V (NASATI)