|
Những thông tin thú vị trong nghiên cứu sốt rét
Cuộc chiến chống sốt rét đầy khó khăn nhưng nghiên cứu sốt rét không ít điều thú vị với những thông tin cập nhật về mùi hương của gà có thể phòng ngừa sốt rét; Công ty Công nghệ sinh học Nigeria phát triển xét nghiệm nước tiều phát hiện sốt rét; Sinh viên đại học Carnegie Mellon phát triển phương pháp điều trị sốt rét bằng từ tính; Thuốc sốt rét cho thấy tìềm năng áp dụng điều trị ung thư; Quang phổ Raman tăng cường bề mặt siêu nhạy trong chẩn đoán sốt rét. Mùi hương của gà có thể phòng ngừa sốt rét Đội ngũ chuyên gia côn trùng, dẫn đầu là giáo sư Habte Tekie tại đại học Addis Ababa đã bắt đầu thực hiện nghiên cứu sau khi nhận thấy rằng loài muỗi có thói quen tìm người và các động vật khác để hút máu nhưng lại tránh xa những con gà. Các nhà khoa học người Ethiopia đã phát hiện loài muỗi bị xua đuổi bởi mùi của loài gà, phát hiện này làm tăng hy vọng phát triển một phương pháp mới nhằm phòng ngừa căn bệnh giết hàng trăm ngàn người mỗi năm này. Giáo sư Tekie nói với tờ AFP: “Chúng tôi đã tìm hiểu cơ sở hóa học liên quan đến tính xua loài muỗi lây truyền sốt rét bởi mùi phát ra từ những con gà. Kết quả cho thấy các thành phần hóa học trong mùi của loài gà có triển vọng rất tốt để sử dụng làm chất chống muỗi. Một giả thuyết nghiên cứu về hành vi của muỗi cho rằng chúng xem loài gà như động vật ăn thịt, vì vậy chúng tìm cách né tránh. Các thử nghiệm thực hiện tại 3 ngôi làng ở phía Tây Ethiopia cho thấy trong các gia đình ngủ gần một con gà được nhốt trong lồng qua đêm thì không thấy muỗi vào buổi sáng sau đó, trong khi những gia đình không đặt lồng nhốt gà trong nhà thì có muỗi. Dĩ nhiên, là có những bất tiện khi ngủ gần một con gia cầm treo lơ lững trên giường, tuy nhiên những bất tiện này được giải quyết trong một thí nghiệm tiếp theo, những người trong làng sẽ được cung cấp các lọ mùi chiết xuất từ gà. Thí nghiệm có kết quả tương tự như khi ngủ với lồng gà treo trên giường. Các kết quả nghiên cứu được xuất bản gần đây trên tạp chí y khoa Malaria Jounral sẽ được sử dụng trong một dự án hợp tác nghiên cứu mới với các nhà khoa học Thụy Điển nhằm phát triển một hợp chất xua muỗi không mùi. Giáo sư Tekie nói rằng:“Hóa chất chống muỗi này sẽ an toàn đối với người sử dụng, không tồn lưu gây ô nhiễm đất, nước hay gây độc cho người cũng như có thể sử dụng kết hợp nó với các hoạt động phòng chống sốt rét khác,”. 
H1
Sốt rét đe dọa 60% dân số Ethiopia, quốc gia có khoảng 100 triệu người. Theo các nhà khoa học, bất kỳ gà xuất xứ ở đâu, được nuôi như thế nào vẫn có mùi “hoàn toàn tự nhiên” và cơ hội để muỗi phát triển khả năng kháng mùi này là “nhỏ nhất”. Hiện nay chưa có vaccine phòng chống sốt rét, và theo số liệu mới nhất của Tổ chức Y tế Thế giới, bệnh sốt rét đã giết 438,000 người trong năm 2015. Công ty Công nghệ sinh học Nigeria phát triển xét nghiệm nước tiều phát hiện sốt rét Một công ty công nghệ sinh học Nigeria đã đưa ra một phương pháp mới và đơn giản để chẩn đoán sốt rét. Phương pháp này đánh dấu lần đầu tiên nước tiều được sử dụng để xét nghiệm sốt rét. Kỹ thuật mới này được gọi là Xét nghiệm Nước tiểu Chẩn đoán Sốt rét (UMT), đây là một xét nghiệm nhanh không sử dụng máu, không xâm lấn cơ thể bệnh nhân và có khả năng chẩn đoán sốt rét chỉ trong thời gian 25 phút. UMT sử dụng một que nhúng và không cần nhân viên y tế như phương pháp truyền thống, người dân có thể tự chẩn đoán bệnh tại nhà bằng phương pháp này. 
H2
Nhà khoa học hóa sinh Eddy Agbo, cũng là người thành lập Công ty Công nghệ Sinh học Fyodor đã phát triển bộ công cụ xét nghiệm nước tiểu này. Ông ấy đã trải qua 8 năm để nghiên cứu và phát triển kỹ thuật này, phát hiện các protein của ký sinh trùng sốt rét trong nước tiểu bệnh nhân. Tiến sĩ Agbo nói: “Nước tiểu là mẫu có tính acid, thông thường khi một protein ở trong môi trường acid, phân từ cuốn xoắn này sẽ bung ra, trở nên khó phát hiện bởi phương pháp thông thường, vì vậy chúng tôi đã phải thiết kế lại công cụ để có thể kéo chúng ra ngay cả khi chúng trong trạng thái không bình thường như thế”. Sinh viên đại học Carnegie Mellon phát triển phương pháp điều trị sốt rét bằng từ tính “Tôi biết tôi đã muốn làm một điều gì đó có thể giúp được mọi người”. Là một phụ nữ trong lĩnh vực STEM, sinh viên đến từ đại học Carnegie Mellon, cô Blue Martin nói rằng một trong các cách tốt nhất để tăng cường quan tâm khoa học của mọi người là khuyến khích các sở thích riêng cho phép họ tạo ra các cơ hội nghiên cứu và tạo nên các dụng cụ. Martin nói rằng: “Tinh thần của chúng ta chỉ hài lòng với những gì chúng ta tự tay làm, có thể đó là đang len hay chế tạo rô bốt”, “và kết hợp với những thứ khác là một phần quan trọng của bất kỳ quá trình học nào.” Hiện nay, cô ấy đang tạo ra một thiết bị có kích thước cỡ một chiếc điện thoại thông minh, một ngày nào đó thiết bị này có thể giúp điều trị một trong những căn bệnh âm ỉ nhất thế giới (sốt rét) bằng việc sử dụng các thanh nam châm. 
Blue Martin cầm thiết bị giả định của cô ấy
Martin, một nghiên cứu sinh về kỹ thuật y sinh tại đại học CMU đang nghiên cứu trong một xưởng máy cơ khí, sau đó cố ấy quyết định tập trung vào mảng thiết bị y khoa. Ban đầu cô ấy hy vọng được nghiên cứu tim nhân tạo, nhưng cô ấy đã bị hấp dẫn bởi một dự án nghiên cứu thiết bị giúp điều trị sốt rét đang triển khai lúc đó. Theo Trung tâm giám sát bệnh, 214 triệu người mắc bệnh sốt rét trên toàn thế giới và 438.000 người đã chết trong năm 2015, hầu hết là trẻ em của vùng hạ sa mạc Sahara, châu Phi. Việc điều trị sốt rét gặp nhiều khó khăn. Thứ nhất, đây là bệnh gây hậu quả rất nghiêm trọng đối với người mà không ảnh hưởng đến động vật, làm cho quá trình chẩn đoán điều trị khó khăn. Thêm vào đó, nhiều bệnh nhân sốt rét, đặc biệt là những bệnh nhân trong các khu vực nghèo phải chịu đựng nặng nề nhất và mắc bệnh nhiều lần, họ chỉ điều trị khi các triệu chứng đã trở nên đe dọa mạng sống. Những bệnh nhân này thường phát triển hiện tượng kháng các loại thuốc điều trị sốt rét được sử dụng phổ biến nhất, họ trở nên xanh xao vì thiếu máu và đối mặt với những biến chứng nghiêm trọng khác như tổn thương nội tạng. 
H4
Thiết bị giả thuyết của Martin sẽ tách các tế bào máu bị nhiễm bệnh khỏi cơ thể bệnh nhân bằng cách sử dụng các thanh nam châm. Thiết bị này được gọi là mPharesis, có phải tên này là tên ghép của các từ “magnetic apheresis”?. Không, tất nhiên bạn không biết đó là gì, bạn không phải là một nghiên cứu sinh về y sinh tại đại học CMU. Apheresis là một quá trình điều trị bệnh bằng cách lấy máu ra khỏi cơ thể bệnh nhân, sau đó tách thành hai phần huyết tương và tế bào máu, kỹ thuật này cho phép tách loại các kháng thể trong các bệnh tự dị ứng. Từ lâu các nhà nghiên cứu đã biết rằng các tế bào hồng cầu trong bệnh nhân sốt rét có từ tính vì ký sinh trùng sốt rét kết tinh sắt hay hemoglobin trong tế bào của chúng. Thiết bị mPheresis sẽ sử dụng các thanh nam châm để hút các nguyên tử sắt, đặc biệt là nó có khả năng tìm kiếm và tách các tế bào nhiễm bệnh. Máu sau khi tách các tế bào nhiễm bệnh sẽ được đưa trở lại cơ thể bệnh nhân sau đó. Một khi công nghệ này được phát triển hoàn hảo, hy vọng thiết bị mPheresis có thể thay thế thẩm tách máu và được sử dụng như một lựa chọn điều trị cho các bệnh nhân sốt rét. Marin giải thích rằng một trong những thách thức cô ấy đối mặt là tìm kiếm các thanh nam châm có kích thước và độ từ tính phù hợp. Thiết kế ban đầu của thiết bị có thanh nam châm lớn, nhưng sau đó cô ấy nhận thấy với những thanh nam châm nhỏ hơn, được đặt ở vị trí chiến lược sẽ phát huy hiệu quả tốt hơn. Như thiết kế hiện nay, thiết bị mPheresis cho các lớp máu rất mỏng chảy qua các thanh nam châm và dây nối, và máu sẽ được lọc hơn một lần để tách lọc hoàn toàn ký sinh trùng khỏi các tế bào bệnh nhân. Cô ấy khẳng định thiết bị này có thể lọc được khoảng 20% tế bào nhiễm qua bước lọc đầu tiên, ngay cả đối với bệnh nhân bị bệnh rất nặng. Về mặt lý tưởng, thiết bị mPheresis sẽ không cần sử dụng điện, nhưng nó vẫn còn một quá trình nghiên cứu lâu dài để có thể áp dụng thử nghiệm trên bệnh nhân. Cần quá trình nghiên cứu lâu dài vì chúng ta biết rằng để sản xuất một thiết bị y khoa có thể áp dụng hiệu quả trong thực tế thì cần một quá trình làm việc miệt mài và đầy cố gắng của các kỹ sư và nhà khoa học. Martin cho rằng các nhà khoa học dễ dàng tập trung quá nhiều vào quá trình nhiên cứu khoa học, như vậy sẽ không tập trung vào mục tiêu cuối cùng là điều trị và chữa khỏi bệnh này, đặc biệt là đối với những người không có kiến thức y khoa như cô. Nghiên cứu xa hơn của cô ấy là tìm kiếm những đối tượng mà thiết bị mPheresis có thể áp dụng trong tương lai. Thuốc sốt rét cho thấy tìềm năng áp dụng điều trị ung thư Nghiên cứu gần đây cho thấy nguồn thuốc sốt rét có sẵn và giá rẻ có thể hỗ trợ điều trị nhiều loại ung thư gồm ung thư phổi, ung thư ruột, ung thư não, ung thư đầu và ung thử cổ. Phấn khởi với những kết quả nghiên cứu đầy hứa hẹn trên chuột, các nhà khoa học đã bắt đầu thử nghiệm tác dụng của thuốc trên người. Dr Gillies McKenna, dẫn đầu nhóm tác giả tại Trung tâm Nghiên cứu Bức xạ ung thư Anh tại Oxford nói rằng: “Đây là một kết quả tuyệt vời. Hiện nay chúng tôi đã bắt đầu thử nghiệm lâm sàng tại Oxford để xem kết quả trên bệnh nhân ung thư có giống với thử nghiệm trên chuột hay không”. “Chúng tôi hy vọng nguồn thuốc giả rẻ hiện nay làm cho các khối u kháng thuốc nhạy trở lại với liệu pháp bức xạ”. Nghiên cứu tập trung vào ảnh hưởng của thuốc Atovaquone (điều trị sốt rét) trên các khối u có lượng oxy thấp trong cơ thể chuột để xem thuốc này có thể được làm mới để điều trị ung thư hay không. 
H5
Thuốc này không còn được cấp phép và là nguồn thuốc giả rẻ có sẵn từ các nhà sản xuất biệt dược. Nghiên cứu này cho thấy thuốc điều trị sốt rét làm giảm lượng oxy tế bào ung thư sử bằng cách tập trung quá trình sử dụng oxy cho ty thể (nhà máy sản xuất năng lượng cho tế bào). Bằng cách làm chậm việc sử dụng oxy, thuốc này làm đảo ngược mức oxy thấp trong hầu hết các khối u. Các khối u được oxy hóa hoàn toàn sẽ dễ dàng bị tiêu diệt bằng liệu pháp bức xạ. Trong một nghiên cứu xuất bản trong tạp chí Nature Communications, thuốc này cho thấy hiệu quả đối với nhiều loại ung thư, bao gồm ung thư phổi, ung thư ruột, ung thư não, ung thư đầu và ung thư cổ. Nhà nghiên cứu Emma Smith, Giám đốc Thông tin Khoa học về Nghiên cứu Ung thư UK báo cáo rằng: “Các loại ung thư có xu hướng lấy oxy từ các vùng lân cận thường khó điều trị hơn – như ung thư phổi, ung thư ruột, ung thư đầu và ung thư cổ”. Mr Smit nhấn mạnh rằng: “Thử nghiệm lâm sàng sẽ cho chúng ta biết thuốc này có thể tăng hiệu quả lựa chọn điều trị cho các bệnh nhân mang các loại ung thư trên hay không”. 
H6
Quang phổ Raman tăng cường bề mặt siêu nhạy trong chẩn đoán sốt rét Các hạt nano bạc được sử dụng trong hai phương pháp khác nhau để tăng độ nhạy đối với KSTSR và sẽ tạo thuận lợi cho quá trình chẩn đoán nhanh sốt rét. SR là một căn bệnh nguy hiểm toàn cầu gây ra 438.000 người chết mỗi năm trên toàn thế giới. Nhiễm sốt rét dẫn đến cái chết ngay sau khi xuất hiện các triệu chứng đầu tiên, nên chẩn đoán sớm và nhanh là một phần quan trọng trong quá trình giám sát và điều trị bệnh. Hiện nay, xét nghiệm kính hiển vi giọt máu nghuộm giêm sa được xem như là “chuẩn vàng” để chẩn đoán sốt rét. Tuy nhiên, quá trình này tốn nhiều thời gian, cần phải có phòng thí nghiệm và nhân viên có kinh nghiệm. Để khắc phục những khó khăn này, nhiều phương pháp chẩn đoán KSTSR đã được phát triển. Các phương pháp này gồm kỹ thuật dòng chảy tế bào, các công cụ chẩn đoán nhanh (RDTs tools) và phương pháp PCR. Mặc dù các phương pháp này đã có những đóng góp đáng kể trong lĩnh vực chẩn đoán, nhưng hầu hết chúng có độ nhạy thấp, chi phí vận hành cao, hay quá trình chuẩn bị mẫu phức tạp. Ngoài ra, sử dụng quang phổ Raman cho thấy tìm năng lớn trong phát hiện hemozoin chỉ thị sinh học duy nhất của KSTSR trong giai đoạn sớm. Tuy nhiên,độ nhạy của các kỹ thuật quang phổ Raman như thế (bao gồm quang phổ Raman tăng cường bề mặt thông thường) là chưa đủ để thực tế hóa việc chẩn đoán sớm. Vì thế, các nhà khoa học đã và đang phát triển các giải pháp để nâng cao hơn nữa độ nhạy của quang phổ Raman tăng cường bề mặt (SERS) để phát hiện KSTSR. Với kỹ thuật SERS siêu nhạy, chúng tôi có thể chẩn đoán KSTSR ở giai đoạn nhiễm bệnh sớm một cách dễ dàng (mức hemozoin trong tế bào rất thấp). Giải pháp ở đây là tăng cường tín hiệu Raman lên một vài mức cường độ bằng cách kết hợp phân tử gắn kết hemozoin với cấu trúc hay các hạt nanô nhạy trong SERS (được tạo nên từ các kim loại quý như bạc). Việctăng cường độ tính hiệu Raman chính xác phụ thuộc vào khoảng cách giữa phân tử và bề mặt kim loại. Vì thế, trong nghiên cứu này đã cố gắng tạo sự gắn kết chặt chẽ giữa hemozoin và các hạt nanô bạc để tăng cường tín hiệu SERS. Tuy nhiên, đây là nhiệm vụ không dễ dàng vì hemozoin là một tinh thể nanô (có kích thước dài khoảng 300 nm, đường kính 100 nm) và mật độ của nó rất thấp trong giai đoạn đầu nhiễm bệnh. 
Quang phổ Raman tăng cường bề mặt (SERS) của β-hematin thu được khi có sử dụng (hình trên) và không có sử dụng (hình dưới) phương pháp tăng cường từ trường. Phổ của β-hematin trộn với (a) và (d) các hạt Ag và ô xít sắt (Fe3O4@Ag), không có hạt nanô nào (b) và (e), và (c) và (f) có hạt na nô Fe3O4. Năng lượng kích thích PEx. a.u.: đơn vị nhiệm ý.
Trong bước nghiên cứu đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã khảo sát tính chất từ tính của hemozoin để tạo ra liên kết chặt chẽ giữa nó và các hạt nanô nhạy trong SERS. Hemozoin có tính thuận từ và thể hiện tính cảm ứng điện từ khi nó được đặt cạnh một từ trường ngoài. Lợi dụng tính chất này bằng việc phủ một lớp bạc bên ngoài các hạt nanô ô xít sắt từ (Fe3O4) để tạo nên cấu trúc lớp nano (Fe3O4@Ag). Trong bước này, lớp nanô được hút đến một tinh thế hemozoin gần nó khi có một từ trường ngoài tác động. Ngoài ra, cả các tinh thể hemozoin và các lớp nanô được hút về thanh nam châm và nhờ vậy mật độ chúng sẽ tăng lên. Nghiên cuu đã đánh giá phương pháp này trên β-hematin (một tinh thể sinh học có tính chất quang phổ tương tự hemozoin). Chúng tôi đã tăng gần hai mức cường độ từ quá trình làm giàu từ trường này. Xác định được phương pháp này đạt độ nhạy 5 nM, tương đương 30 KSTSR/µl trong giai đoạn nhẫn (nghĩa là giai đoạn nhiễm sớm). Vừa qua, các nhà khoa học đã phát triển một phương pháp siêu nhạy khác không sử dụng từ trường ngoài và chúng tôi đã thử nghiệm trên máu người nhiễm sốt rét. Trong phương pháp này, chúng tôi đã tổng hợp các hạt nanô Ag bên trong hồng cầu nhiễm sốt rét (các tế bào máu đỏ) để thực sự tiếp xúc gần hơn với hemozoin so với kỹ thuật SERS truyền thống, kỹ thuật sử dụng hổn hợp đơn giản gồm các hạt na nô tổng hợp với hemozoin riêng biệt. Trong phương pháp này, chúng tôi cũng dung giải (nghĩa là phá vỡ màng tế bào) các tế bào hồng cầu nhiễm bệnh để giải phóng vật chất bên trong tế bào mà không gây dung giải các ký sinh trùng lúc đó. Sau đó chúng tôi hòa tan bạc nitrat (AgNO3) vào môi trường thẻ vẩn chứa ký sinh trùng để ion Ag có thể xâm nhập vào bên trong ký sinh trùng. Các hạt na nô Ag sau đó sẽ bị làm yếu đi bên trong ký sinh trùng. Chúng tôi đã đánh giá hiệu quả của phương pháp mới siêu nhạy này, so sánh với phương pháp SERS truyền thống bằng cách thử nghiệm trên máu người (xem hình 2 và 3). Chúng tôi nhận thấy hình 2 - giới hạn phát hiện của phương pháp SERS truyền thống là khoảng 0,01% (có nghĩa là khoảng 500 ký sinh trùng/µl). Ngược lại, giới hạn phát hiện của phương pháp siêu nhạy (xem hình 3) là thấp hơn nhiều (khoảng 0,00005%, hoặc 2,5 ký sinh trùng/µl). Chúng tôi nhận thấy giới hạn phát hiện này thậm chí thấp hơn giới hạn phát hiện của phương pháp kính hiển vi chuẩn (có giới hạn phát hiện khoảng 4-20 ký sinh trung/µl) và gần với giá trị giới hạn phát hiện của phương pháp PCR (khoảng 0,7 ký sinh trùng/µl). Với độ nhạy cao như thế, phương pháp của chúng tôi có thể sử dụng để phát hiện từng ký sinh trùng. 
(a) Phổ SERS của hemozoin trong máu nhiễm bệnh và (b) phân bố hemozoin - như một hàm của mật độ ký sinh trùng - trong phương pháp SERS truyền thống. Phổ này (a) tương ứng với các mật độ ký sinh trùng khác nhau với các đỉnh của từng bước sóng cụ thể được ghi chú với giá trị thay đổi của phổ Raman. Trong hình (b), điểm dữ liệu tương ứng với mật độ ký sinh trùng 0,01% (nghĩa là giới hạn phát hiện của phương pháp) được đánh dấu bằng ô màu đỏ. Đường đa thức của mức cường độ Raman thứ hai đáp ứng tốt nhất với các điểm dữ liệu (giữa mật độ ký sinh trùng 0,01 và 0,2%) cũng được trình bày bằng màu đỏ (công thức của đường thẳng cũng được trình bày). Điểm dữ liệu máu bình thường (NB) đã được bổ sung thủ công để so sánh. A.U.: đơn vị nhiệm ý.
Hình 3. (a) Phổ SERS của các mẫu máu nhiễm bệnh và mẫu máu bình thường thu được qua sử dụng phương pháp siêu nhạy và (b) cường độ đỉnh phổ SERS của hemozoin (tại tần số bước sóng 1623 cm-1) là một hàm của mật độ ký sinh trùng. Điểm dữ liệu NB trong hình (b) được thêm vào thủ công để so sánh.
Tóm lại, Nghiên cứu đã phát triển hai kỹ thuật dựa trên phổ SERS để cải thiện các phương pháp phát hiện KSTSR. Chúng tôi đã thẩm định bằng thực nghiệm hiệu quả của cả hai phương pháp và kết quả cho thấy chúng có độ nhạy cao, thích hợp để chẩn đoán sớm các trường hợp nhiễm sốt rét. Trong nghiên cứu gần đây, chúng tôi đang nổ lực để dễ dàng sử dụng các kỹ thuật SERS tại thực địa. Với mục đích đó, chúng tôi đang phát triển các vi mạch dạng lỏng siêu nhỏ trên nền giấy có thể được sử dụng để đơn giản hóa quy trình chuẩn bị mẫu. Hơn nữa, chúng tôi đang phát triển một máy đo quang phổ hiệu quả cao có thể sử dụng để triển khai các kỹ thuật chẩn đoán mới tại các khu vực nghèo khó.
|
TRANG CHỦ
