Công nghệ mới được gọi là “miếng dán nhà máy cytokine”, sử dụng các tế bào biến đổi gen hoạt động như những “nhà máy sinh học” siêu nhỏ để sản xuất liên tục các protein hỗ trợ chữa lành mô trong thời gian dài.

Theo nhóm nghiên cứu, các vết thương mãn tính từ lâu vẫn là thách thức lớn trong y học do cơ thể thường gặp khó khăn trong việc duy trì ổn định các tín hiệu miễn dịch cần thiết cho quá trình phục hồi mô. Trong khi đó, nhiều liệu pháp hiện nay gặp hạn chế vì các protein chữa lành bị phân hủy nhanh chóng và không thể tồn tại lâu tại vị trí tổn thương.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu tại Đại học Rice đã thiết kế một nền tảng phân phối dựa trên tế bào, sử dụng các tế bào biến đổi gen được lập trình để liên tục tạo ra cytokine thay vì chỉ giải phóng trong thời gian ngắn.

Cytokine là các protein tín hiệu đóng vai trò quan trọng trong điều hòa phản ứng viêm, hoạt động miễn dịch và tái tạo mô. Việc đưa trực tiếp các protein này đến vị trí tổn thương giúp duy trì môi trường chữa lành ổn định trong suốt quá trình phục hồi.

Thiết bị được phát triển từ phòng thí nghiệm của giáo sư Omid Veiseh. Các nhà khoa học đã bao bọc các tế bào ARPE-19 biến đổi gen bên trong một chất nền tương thích sinh học có màng bảo vệ. Những tế bào này có khả năng tiết ra nhiều cytokine khác nhau như IL-10, IL-12 và TGF-β.

Lớp nền đặc biệt này cho phép chất dinh dưỡng và protein điều trị đi qua, đồng thời bảo vệ các tế bào biến đổi gen khỏi sự tấn công của hệ miễn dịch. Theo nhóm nghiên cứu, cấu trúc này giúp duy trì quá trình giải phóng cytokine cục bộ trong thời gian dài hơn.

Trong các thử nghiệm tiền lâm sàng trên chuột và lợn, miếng dán cho thấy khả năng tăng tốc đáng kể quá trình lành vết thương ở các mô tổn thương.

"Các phát hiện cho thấy việc giải phóng cytokine liên tục, cục bộ có thể hỗ trợ các con đường sinh học quan trọng tham gia vào quá trình sửa chữa mô như thế nào", ông Veiseh cho biết.

Theo ông, việc duy trì nguồn cung cấp ổn định các phân tử báo hiệu tại vị trí vết thương đã giúp kích hoạt phản ứng chữa lành tự nhiên của cơ thể một cách hiệu quả hơn.

Nhóm nghiên cứu cũng phân tích tác động của miếng dán ở cấp độ tế bào. Kết quả giải trình tự RNA cho thấy nhiều con đường sinh học liên quan đến chữa lành vết thương đã được kích hoạt sau điều trị.

Phân tích hệ phiên mã cho thấy hoạt động gia tăng ở các gen liên quan đến tái tạo mô và điều hòa miễn dịch. Theo các nhà khoa học, điều này giúp giải thích ở cấp độ phân tử vì sao vết thương trên động vật lại nhanh lành hơn.

Một ưu điểm đáng chú ý của nền tảng này là tính linh hoạt cao. Hệ thống được thiết kế để các nhà khoa học có thể điều chỉnh tế bào biến đổi gen nhằm tạo ra nhiều tổ hợp cytokine, yếu tố tăng trưởng hoặc protein điều trị khác nhau tùy theo từng loại bệnh lý.

Nhóm nghiên cứu cũng tích hợp vào miếng dán một chất nền hydrogel tối ưu hóa, có thể kết hợp với các công nghệ điện tử sinh học trong tương lai.

Theo các nhà khoa học, công nghệ “nhà máy cytokine” không chỉ giới hạn trong chữa lành vết thương mà còn có thể được ứng dụng trong nhiều bệnh lý khác cần cung cấp protein điều trị tại chỗ và liên tục.

Ông Christian Schreib, trợ lý giáo sư nghiên cứu tại khoa kỹ thuật sinh học của Đại học Rice và đồng tác giả nghiên cứu, cho biết nhóm hiện đang tìm cách cải thiện khả năng kiểm soát quá trình giải phóng cytokine.

"Khả năng điều chỉnh cách thức lẫn thời điểm giải phóng cytokine mở ra cánh cửa cho việc kiểm soát chính xác hơn quá trình điều trị", Schreib nói. Ông cho biết thêm rằng công việc trong tương lai có thể bao gồm các hệ thống quang di truyền (optogenetic) giúp điều tiết việc tiết cytokine trong thời gian thực.

Nghiên cứu nhận được sự hỗ trợ từ Cơ quan Quản lý các dự án nghiên cứu tiên tiến quốc phòng Mỹ (DARPA) và đã được công bố trên tạp chí Nature Biomedical Engineering.