Nanorobot có kích thước cực nhỏ, có khả năng tự điều khiển và được lập trình để tìm kiếm và tiêu diệt những khối u. Và đây hoàn toàn không phải là chuyện khoa học viễn tưởng mà bạn thường xem trên màn ảnh.
Các nhà khoa học từ Đại học Bang Arizona, cùng với các nhà nghiên cứu từ Trung tâm Khoa học và Công nghệ Nano Quốc gia của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (the National Center for Nanoscience and Technology of the Chinese Academy of Sciences), đã thành công trong việc lập trình các nanorobots để thu nhỏ các khối u ở chuột.
Đó là một bước đột phá lớn trong lĩnh vực nano học về ung thư.
Xạ và hóa trị là các phương pháp điều trị ung thư phổ biến. Chúng có tác dụng trong việc phá huỷ các tế bào ung thư.
Tuy nhiên, các phương pháp điều trị này cũng có thể gây tổn hại nghiêm trọng đến mô khỏe mạnh khác, với hậu quả lâu dài.
Trong một cuộc thử nghiệm tương tự đầu tiên trên một loại động vật có vú, các nhà nghiên cứu đã tiến hành thử áp dụng một cách tấn công các khối u ung thư trong khi vẫn giữ được mô khỏe mạnh.
Họ lập trình các nanorobots để tìm ra những khối u và cắt nguồn cung máu của chúng. Chi tiết của nghiên cứu được công bố trong tạp chí Nature Biotechnology.
Làm thế nào các nanorobot có thể tiêu diệt khối u?
Các nhà khoa học trong nghiên cứu này sử dụng các mô khối u ở chuột để thử nghiệm.
Các tế bào ung thư vú, u ác tính, buồng trứng và phổi của người đã được tiêm vào chuột để thúc đẩy sự phát triển của khối u.
Khi các khối u được phát triển lớn lên, các nanorobot đã được tiêm vào chuột.
Các nanorobot được làm từ các mẫu ADN chứa trên một mặt phẳng, hình chữ nhật có chiều dài 90 nanomet và chiều rộng 60 nanomet. Chúng được trang bị một enzyme gọi là thrombin, có vai trò làm cho máu đông lại.
Các robot siêu nhỏ đi qua mạch máu, mang theo một aptamer DNA (một đoạn ADN hoặc ARN hoặc peptide có khả năng liên kết với một phân tử đích một cách đặc hiêu và với ái lực cao).
Các aptamer DNA nhắm đến một protein gọi là nucleolin, một lượng lớn protein này chỉ được tìm thấy trên bề mặt các tế bào màng trong khối u.
Và loại protein đặc biệt này hoàn toàn không có trên bề mặt các tế bào khỏe mạnh bình thường khác.
Sau khi xác định vị trí và gắn kết với bề mặt mạch máu khối u, các robot siêu nhỏ được kích hoạt, mở ra và đưa vào những thrombin.
Hoạt chất này gây ra hiện tượng đông máu trong các mạch máu có vai trò làm tăng kích thước khối u, cắt đứt nguồn cấp máu và giết chết các mô của khối u một cách nhanh chóng.
Trong vòng vài giờ sau khi được đưa vào cơ thể chuột, các robot siêu nhỏ đã tập trung rất nhiều xung quanh các khối u.
Trong vòng 24 giờ, nguồn cung cấp máu cho khối u đã bị chặn và quá trình hủy mô bắt đầu. Đặc biệt là các mô khỏe mạnh hoàn toàn không bị ảnh hưởng.
Không có bằng chứng nào cho thấy các robot siêu nhỏ xâm nhập vào hệ thần kinh, một nơi mà chúng có thể gây ra các phản ứng phụ cực kỳ nghiêm trọng.
Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng các robot siêu nhỏ cực kỳ an toàn và hiệu quả trong việc co lại các khối u ở cả chuột và lợn Bama cỡ nhỏ.
Hầu hết các nanorobot đều thoát ra khỏi cơ thể sau 24 giờ.
Trong cơ thể chuột, thời gian sống trung bình tăng gấp đôi từ 20 ngày lên 45 ngày.
Tiến sĩ Santosh Kesari là chuyên gia về thần kinh học và chuyên gia về ung thư thần kinh, ông cũng là chủ tịch của Bộ môn Thần kinh học tại Viện Ung thư John Wayne tại Trung tâm Y tế Providence Saint John ở California.
Tiến sĩ Kesari nói rằng hiện nay có rất nhiều loại thuốc có khả năng đi vào khối u trong vòng vài giờ sau khi dùng, nhưng sự co rút khối u phải mất một thời gian dài mới có thể xảy ra.
"Cách tiếp cận này dường như nhanh hơn bình thường bởi vì nó không tấn công trực tiếp tế bào khối u - mà tác động bằng cách cắt đứt nguồn cung cấp máu và gây ra các hiện tượng cấp tính, tương tự như đột quỵ, trong khối u".
"Hiện tượng đông máu xảy ra nhanh. Chúng tôi thấy phương pháp này có hiệu ứng tương tự với các loại thuốc tạo mạch khác, như Avastin, có hiệu quả khá nhanh so với hóa trị ở khối u đặc", ông nói.
Nanorobot không thể tự đi một mình
Ngoài việc nhắm đến các khối u, điều trị ung thư thường đòi hỏi một cách tiếp cận toàn thân một cách hệ thống.
Đó là vì các tế bào ung thư có thể phá vỡ khối u nguyên phát và đi qua các hệ thống máu và bạch huyết.
Theo tiến sĩ Kesari, phương pháp điều trị được sử dụng trong nghiên cứu sẽ chỉ hoạt động trong bối cảnh các mạch máu khối u.
"Nó sẽ không nhắm tới các tế bào đơn lẻ. Một nhóm tế bào khối u kết hợp với nhau và bắt đầu tạo ra các mạch máu mới. Chỉ sau đó thuốc mới có thể được chuyển đến các vị trí này, "ông nói.
Trong nghiên cứu này, các robot siêu nhỏ đã giúp ngăn ngừa sự di căn ở chuột.
Trong một cuộc phỏng vấn, Tiến sĩ Jack Jacoub, bác sĩ ung thư và giám đốc y khoa của Viện Ung thư MemorialCare tại Trung tâm Y tế Orange Coast ở California, cũng đã đề cập đến nghiên cứu này vào quan điểm của ông.
"Cơ chế hoạt động này nhằm vào sự hình thành mạch máu. Vì vậy, các khối u có mạch máu nuôi dồi dào sẽ rất phù hợp với phương pháp điều trị này.
Có những tác nhân khác mà chúng ta sử dụng hiện nay trong nhiều loại ung thư để nhắm tới sự hình thành mạch máu ", ông nói.
Tiến sĩ Jacoub nói rằng việc cắt bỏ lượng máu cung cấp có thể để lại một số ảnh hưởng đến việc tuần hoàn các tế bào khối u đang lan truyền trong cơ thể.
Nhưng nó có thể không đủ.
"Các tế bào ung thư đã thiết lập một vị trí để phát triển, nhưng chúng cần các chất dinh dưỡng để cho phép chúng tham gia với các tế bào ung thư khác để tạo ra khối u".
"Theo lý thuyết, các robot siêu nhỏ sẽ có tác động đến việc lưu thông của các tế bào khối u, nhưng thực tế chúng không có ý nghĩa trên lâm sàng.
Dù sao thì công nghệ này vẫn còn rất sớm và vẫn đang ở giai đoạn thử nghiệm trên mô hình động vật", ông nói.
Tiến sĩ Jacoub nói rằng các bệnh nhân có thể vẫn cần thêm thuốc trị liệu.
"Công nghệ này kết hợp với điều trị bằng thuốc sẽ là một chiến lược thực tế để điều trị. Hoá trị liệu, thuốc dùng trong nghiệm pháp ngắm trúng đích, thuốc sinh học.
Chúng tôi đang cố gắng thoát khỏi những phương pháp truyền thống như hóa trị liệu.", ông cho biết.
Tiến sĩ Jacoub cho rằng công nghệ này có thể giúp một số bệnh nhân tránh được phẫu thuật.
"Hoặc bạn có thể dùng phương pháp này để giảm kích thước của khối u trước khi phẫu thuật. Hạn chế việc cung cấp máu của các khối u sẽ khiến chúng không tăng trưởng hoặc chết đi do không có đủ chất dinh dưỡng và máu nuôi", ông nói.
Những trở ngại đáng kể
Việc điều trị được sử dụng trong nghiên cứu làm chậm sự phát triển khối u và cải thiện sự sống còn.
Tuy nhiên, dù vật tiến sĩ Kesari cho biết rằng số chuột chết vì khối u vẫn còn nhiều.
"Phương pháp điều trị này an toàn vì nó không gây độc so với việc hóa học và xạ trị. Vì vậy, tôi cho rằng bước tiếp theo sẽ là nghiên cứu để xem làm thế nào để kết hợp những nanorobot với hóa trị và xạ trị".
"Nó có khả năng hiệp đồng với nhau trong điều trị ung thư. Hoặc có thể là đối kháng. Bạn cần các mạch máu để thuốc có thể đến được khối u, vì vậy nếu bạn cắt bỏ các mạch máu, bạn không thể dùng hóa trị được", tiến sĩ Kesari nói.
"Vấn đề này có thể được khắc phục theo thời gian. Đối với hóa trị liệu, đó là một vấn đề. Vì vậy, bạn sẽ phải lên kế hoạch cho bệnh nhân rằng bạn sẽ tiến hành hóa trị trước, sau đó là phương pháp mới này ", ông giải thích.
Tiến sĩ Kesari cho biết đây là những vấn đề có thể được tìm ra ở cấp độ tiếp theo của nghiên cứu.
Tiến sĩ Jacoub nhận thấy có một số vấn đề tiềm ẩn khác.
Đầu tiên, đây là một phương pháp rất tốn kém.
"Nó đòi hỏi một nguồn lực khổng lồ để đưa công nghệ này đến với bệnh nhân. Họ phải tìm một đối tác là các công ty dược phẩm hoặc một nhóm đầu tư mạo hiểm có số vốn khổng lồ", ông nói.
Cũng có một sự khác biệt lớn giữa các thử nghiệm trên động vật và thử nghiệm trên con người.
Những gì xảy ra trên động vật không có nghĩa là sẽ hoạt động trên con người một cách tương tự, không phải lúc nào cơ chế cũng giống nhau khi nói đến tính độc hại, hiệu quả và khả năng dung nạp.
Bạn đã thấy một số lợi ích của phương pháp thử nghiệm trên động vật, nhưng bao nhiêu trong số đó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng sống còn của bệnh nhân?
Có những trở ngại tự nhiên bạn phải trải qua để phát triển công nghệ như thế này, để phù hợp với sự an toàn của bệnh nhân ", tiến sĩ Jacoub nói.
Tương lai của nanorobot
Cho đến khi các thử nghiệm lâm sàng ở người có thể được tiến hành, vẫn còn nhiều câu hỏi cần phải giải đáp.
Ngoài việc phân phối, tiến sĩ Jacoub tin rằng khái niệm "tải trọng" (payload) cũng rất quan trọng.
"Đó thực sự là những gì đang xảy ra và những nanorobot đang cố gắng chuyển tải trọng lượng này.
Chúng tôi có các tác nhân sinh học chỉ liên quan đến các tế bào ung thư, bởi vì có "một cái gì đó" trên bề mặt của tế bào cho phép nó được nhận ra là tế bào ung thư và sau đó đưa ra một tải trọng".
"Trong trường hợp này, các nhà nghiên cứu đã chọn cùng một tải trọng để tạo ra sự ảnh hưởng lên quá trình hình thành mạch máu.
Có một viễn cảnh có thể tưởng tượng là sử dụng cùng lúc nhiều tác nhân sinh học có thể ảnh hưởng đến các chức năng khác nhau trong tế bào ung thư", ông nói.
Tiến sĩ Jacoub giải thích rằng có những liệu pháp dựa trên công nghiệm nano khác trong các thử nghiệm lâm sàng giai đoạn cuối.
"Tất nhiên, các nanorobot không ảnh hưởng đến các tế bào khỏe mạnh. Đây là một lĩnh vực rất quan trọng trong ung thư học khi nói đến hóa trị liệu.
Trong vài năm tới, bạn sẽ thấy một động thái cách xa thuật ngữ hóa trị hơn cả. Nó có rất nhiều ý nghĩa cho cả bác sĩ và bệnh nhân. Chúng ta đang bước vào một kỷ nguyên hoàn toàn khác", ông nói.
Bởi tầm quan trọng của nghiên cứu mới nhất này, tiến sĩ Jacoub cảnh báo rằng nó vẫn còn sớm để phát triển và đưa vào ứng dụng.
"Người đọc nên hiểu rằng đây có lẽ là đường biên tiếp theo song song với liệu pháp miễn dịch và các liệu pháp khác trong chăm sóc ung thư.
Có rất nhiều công ty có công nghệ tương tự. Một số trong số đó sẽ đem công nghệ này tiếp cận được với bệnh nhân", ông tiếp tục cho biết.
"Tiến hành từ giai đoạn một của thử nghiệm, nếu muốn thông qua giai đoạn hai và giai đoạn ba phải mất nhiều năm," tiến sĩ Jacoub cho biết. "Đó là một bước nhảy vọt lớn. Tuy nhiên chúng ta sẽ phải xem nó sẽ tiến xa như thế nào."
*Theo www.healthline.com
Xem thêm:
Chẩn đoán ung thư thực quản không cần nội soi