Ung thư bàng quang là một trong nhưng loại có tỷ lệ mắc bệnh cao nhất trên thế giới và được xếp hạng là khối u phổ biến thứ tư ở nam giới. Mặc dù tỷ lệ tử vong tương đối thấp, gần một nửa số khối u bàng quang tái xuất hiện trong vòng 5 năm, đòi hỏi phải theo dõi bệnh tình liên tục. Việc cần phải điều trị thường xuyên góp phần làm cho loại ung thư này trở thành một trong những căn bệnh ung thư tốn kém nhất để chữa trị.

Sự tích tụ của nanorobot trong khối u dưới kính hiển vi. Nguồn ảnh: IRB Barcelona

Trong khi các phương pháp điều trị hiện tại liên quan đến việc sử dụng thuốc trực tiếp vào bàng quang cho thấy tỷ lệ sống sót tốt, hiệu quả điều trị của chúng vẫn còn thấp. Một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn liên quan đến việc sử dụng các hạt nano có khả năng cung cấp các tác nhân trị liệu trực tiếp đến khối u. Đặc biệt, robot nano - hạt nano có khả năng tự hành trong cơ thể - rất đáng chú ý.

Gần đây một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Nanotechnology tiết lộ cách một nhóm nghiên cứu giảm thành công 90% kích thước khối u bàng quang ở chuột thông qua một liều nanorobot chạy bằng urê.

Những máy nano nhỏ bé này bao gồm một quả cầu xốp làm bằng silica. Bề mặt của chúng mang các thành phần khác nhau với các chức năng cụ thể. Trong số đó có enzyme urease, một loại protein phản ứng với urê có trong nước tiểu, cho phép hạt nano tự đẩy. Một thành phần quan trọng khác là iốt phóng xạ, một đồng vị phóng xạ thường được sử dụng để điều trị cục bộ các khối u.

Nghiên cứu, dẫn đầu bởi Viện Kỹ thuật Sinh học Catalonia (IBEC) và CIC biomaGUNE phối hợp với Viện Nghiên cứu Y sinh (IRB Barcelona) và Đại học Tự trị Barcelona (UAB), mở đường cho các phương pháp điều trị ung thư bàng quang sáng tạo. Những tiến bộ này nhằm mục đích giảm thời gian nằm viện, do đó chi phí điều trị thấp hơn và tăng sự thoải mái cho bệnh nhân.

"Với một liều duy nhất, chúng tôi quan sát thấy khối lượng khối u giảm 90%. Điều này hiệu quả hơn đáng kể vì bệnh nhân mắc loại khối u này thường có 6 đến 14 cuộc hẹn với các phương pháp điều trị hiện tại. Cách tiếp cận điều trị như vậy sẽ nâng cao hiệu quả, giảm thời gian nằm viện và chi phí điều trị", Samuel Sánchez, giáo sư nghiên cứu ICREA tại IBEC và là trưởng nhóm nghiên cứu giải thích. Bước tiếp theo là xác định xem các khối u này có tái phát sau khi điều trị hay không cũng đã được nhóm nghiên cứu tiến hành. 

Trong nghiên cứu trước đây, các nhà khoa học đã xác nhận rằng khả năng tự đẩy của robot nano cho phép chúng tiếp cận tất cả các thành bàng quang. Tính năng này là thuận lợi so với phương pháp hiện tại, trong đó, sau khi điều trị trực tiếp vào bàng quang, bệnh nhân phải thay đổi vị trí cứ sau nửa giờ để đảm bảo rằng thuốc đến được tất cả các thành bàng quang.

Nghiên cứu mới này chứng minh không chỉ tính di động của các hạt nano trong bàng quang mà còn cả sự tích tụ của chúng trong khối u. Thành tựu này được thực hiện nhờ các kỹ thuật khác nhau, bao gồm chụp cắt lớp phát xạ positron y tế (PET) hình ảnh chuột, cũng như hình ảnh kính hiển vi của các mô được loại bỏ sau khi hoàn thành nghiên cứu. Loại thứ hai được chụp bằng hệ thống kính hiển vi huỳnh quang được phát triển đặc biệt cho dự án này tại IRB Barcelona. Hệ thống quét các lớp khác nhau của bàng quang và cung cấp tái tạo 3D, do đó cho phép quan sát toàn bộ cơ quan.

Hình ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua của các robot nano.Nguồn ảnh: Viện Kỹ thuật Sinh học Catalonia (IBEC)

"Hệ thống quang học sáng tạo mà chúng tôi đã phát triển cho phép chúng tôi loại bỏ ánh sáng phản xạ bởi chính khối u, cho phép chúng tôi xác định và định vị các hạt nano trên khắp cơ quan mà không cần dán nhãn trước, ở độ phân giải chưa từng có. Chúng tôi quan sát thấy rằng các robot nano không chỉ tiếp cận khối u mà còn xâm nhập vào nó, do đó tăng cường hoạt động của dược phẩm phóng xạ", Julien Colombelli, lãnh đạo nền tảng Kính hiển vi kỹ thuật số tiên tiến tại IRB Barcelona chia sẻ.

“Robot nano thiếu các kháng thể đặc hiệu để nhận ra khối u và mô khối u thường cứng hơn mô khỏe mạnh. Tuy nhiên, chúng tôi quan sát thấy rằng những robot nano này có thể phá vỡ ma trận ngoại bào của khối u bằng cách tăng cục bộ độ pH thông qua phản ứng hóa học tự hành. Hiện tượng này ủng hộ sự xâm nhập khối u lớn hơn và có lợi trong việc đạt được sự tích lũy ưu tiên trong khối u, "Meritxell Serra Casablancas, đồng tác giả đầu tiên của nghiên cứu và nhà nghiên cứu IBEC giải thích lý do tại sao robot nano có thể xâm nhập vào khối u đặt ra một thách thức.

Do đó, các nhà khoa học kết luận rằng các robot nano va chạm với urothelium như thể nó là một bức tường, nhưng trong khối u, xốp hơn, chúng xâm nhập vào khối u và tích tụ bên trong. Một yếu tố quan trọng là tính di động của các robot nano, làm tăng khả năng tiếp cận khối u.

Ngoài ra, theo Jordi Llop, một nhà nghiên cứu tại CIC biomaGUNE và đồng trưởng nhóm nghiên cứu, "Việc sử dụng cục bộ các robot nano mang đồng vị phóng xạ làm giảm xác suất tạo ra các tác dụng phụ và sự tích tụ cao trong mô khối u ủng hộ hiệu quả xạ trị".

"Kết quả của nghiên cứu này mở ra cánh cửa cho việc sử dụng các đồng vị phóng xạ khác có khả năng tạo ra hiệu quả điều trị lớn hơn nhưng việc sử dụng chúng bị hạn chế khi được quản lý một cách có hệ thống", Cristina Simó, đồng tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết thêm.

Nghiên cứu củng cố kết quả của hơn ba năm nỗ lực hợp tác giữa các tổ chức khác nhau. Một phần dữ liệu bắt nguồn từ luận án tiến sĩ của Meritxell Serra và Ana Hortelao, cả hai nhà nghiên cứu trong nhóm thiết bị sinh học nano thông minh của IBEC, do Sánchez dẫn đầu. Nó cũng bao gồm luận án của Cristina Simó, đồng tác giả đầu tiên của nghiên cứu, người đã thực hiện nghiên cứu tiền tiến sĩ của mình trong Phòng thí nghiệm hình ảnh phóng xạ và hạt nhân do Jordi Llop dẫn đầu tại CIC biomaGUNE. Chuyên môn của nhóm Esther Julián tại UAB trong mô hình động vật của bệnh là một đóng góp bổ sung. Công nghệ làm nền tảng cho các robot nano này, mà Samuel Sánchez và nhóm của ông đã phát triển trong hơn bảy năm, gần đây đã được cấp bằng sáng chế và đóng vai trò là nền tảng cho Nanobots Therapeutics, một công ty con của IBEC và ICREA được thành lập vào tháng 1/2023.

Làm việc với robot nano đã đặt ra một thách thức khoa học đáng kể trong các kỹ thuật hình ảnh sinh học để hình dung các yếu tố này trong các mô và chính khối u. Các kỹ thuật lâm sàng không xâm lấn phổ biến, chẳng hạn như PET, thiếu độ phân giải cần thiết để xác định vị trí các hạt rất nhỏ này ở mức độ hiển vi. Do đó, Nền tảng kính hiển vi khoa học tại IRB Barcelona đã sử dụng kỹ thuật kính hiển vi sử dụng một tấm ánh sáng laser để chiếu sáng các mẫu, cho phép thu nhận hình ảnh 3D thông qua tán xạ ánh sáng khi tương tác với các mô và hạt. Khi quan sát thấy khối u tự tán xạ một phần ánh sáng, tạo ra nhiễu, các nhà khoa học đã phát triển một kỹ thuật mới dựa trên ánh sáng phân cực loại bỏ tất cả sự tán xạ từ mô và tế bào khối u. Sự đổi mới này cho phép trực quan hóa và định vị của nanorobot mà không cần đánh dấu trước bằng các kỹ thuật phân tử.

Nguồn: https://phys.org/news/2024-01-dose-urea-powered-nanorobots-bladder.html