Nhóm nghiên cứu từ Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc phát triển máy nano "nanomachines", sử dụng các chuyển động cơ học của phân tử để thâm nhập và phá hủy tế bào.
Sự xâm nhập có chọn lọc của tế bào ung thư cũng có thể thực hiện được bằng cách sử dụng một phân tử chốt hãm được giải phóng gần các tế bào ung thư.
Ung thư là tình trạng một số tế bào cơ thể phát triển ngoài tầm kiểm soát và lây lan sang các vùng cơ thể khác. Những tế bào ung thư phân chia liên tục, xâm lấn các mô xung quanh và hình thành các khối u rắn. Các phương pháp điều trị ung thư thường hướng đến tiêu diệt những tế bào ung thư.
Theo ước tính năm 2020, 1,8 triệu trường hợp ung thư mới được chẩn đoán ở Mỹ và 600.000 người chết vì căn bệnh này. Ung thư vú, ung thư phổi, ung thư tuyến tiền liệt và ung thư ruột kết là những bệnh ung thư phổ biến nhất. Tuổi trung bình của một bệnh nhân ung thư khi được chẩn đoán là 66, những người trong độ tuổi từ 65 đến 74 chiếm 25% tổng số các ca chẩn đoán ung thư mới.
Protein tham gia vào mọi quá trình sinh học, sử dụng năng lượng trong cơ thể thay đổi cấu trúc nhờ các chuyển động cơ học. Protein được gọi là máy nano "nano machines" sinh học vì ngay cả những thay đổi cấu trúc nhỏ trong protein cũng tác động đáng kể đến các quá trình sinh học.
Để thực hiện chuyển động trong môi trường tế bào, các nhà khoa học định hướng phát triển nanomachines (máy nano) mô phỏng protein. Nhưng các tế bào sử dụng nhiều cơ chế khác nhau để tự bảo vệ chống lại tác động của những hạt nano này. Trở ngại này hạn chế mọi chuyển động cơ học của các máy nano, được sử dụng cho mục đích y tế.
Nhóm nghiên cứu do TS Youngdo Jeong đứng đầu từ Trung tâm Nhận biết Phân tử Sinh học Tiên tiến tại Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST) trong một báo cáo khoa học cho biết đã phát triển một loại thuốc nano sinh hóa mới, có thể thâm nhập vào màng tế bào và giết chết tế bào, sử dụng các chuyển động phân tử gấp và mở trong môi trường tế bào nhất định như tế bào ung thư.
Nhóm nhà khoa học đã phối hợp hợp nghiên cứu với các nhóm của GS Sang Kyu Kwak từ Trường Năng lượng và Kỹ thuật Hóa học và GS Ja-Hyoung Ryu từ Khoa Hóa học tại Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan (UNIST), TS Chaekyu Kim thuộc Công ty Công nghệ Sinh học Kết hợp (Fusion Biotechnology, Inc).
Máy nano "nanomachine", do nhóm nghiên cứu chung KIST-UNIST phát triển, thâm nhập và tiêu diệt tế bào ung thư có chọn lọc bằng cơ chế hoạt động. Ảnh: Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST)
Nhóm nghiên cứu chung tập trung vào cấu trúc phân cấp của protein, trong đó trục của cấu trúc lớn và các phần di động được phân tách theo thứ bậc. Chỉ các bộ phận cụ thể mới có thể chuyển động quanh trục.
Hầu hết các máy nano “nanomachine” hiện có đều thiết kế để các thành phần di động và trục cấu trúc lớn nằm trên cùng một lớp. Do đó các thành phần này đều phải chuyển động đồng thời, gây khó khăn trong việc kiểm soát một bộ phận cụ thể di động như mong muốn.
Một máy nano phân cấp được chế tạo bằng phương pháp tổng hợp và kết hợp các hạt nano vàng có đường kính 2 nm với các phân tử có thể gấp lại và mở ra, phụ thuộc vào môi trường xung quanh.
Máy nano nanomachine được thiết kế bao gồm các phân tử hữu cơ di động và các hạt nano vô cơ đóng vai trò cấu trúc trục lớn, chuyển động và điều hướng xác định khi đến màng tế bào, các thành phần của máy nano chuyển động gấp / mở cơ học, cho phép máy nano trực tiếp thâm nhập vào tế bào, phá hủy các bào quan và gây ra quá trình chết rụng.
Phương pháp mới này sử dụng các chuyển động cơ học tiêu diệt trực tiếp các tế bào ung thư, không cần thuốc chống ung thư, khác với các chất mang nano dạng viên nang để cung cấp thuốc điều trị.
Sau đó, một chốt hãm phân tử được luồn vào máy nano điều khiển chuyển động cơ học nhằm tiêu diệt tế bào ung thư có chọn lọc. Phân tử chốt hãm được thiết kế để máy nano chỉ hoạt động trong môi trường pH thấp.
Các tế bào bình thường có độ pH tương đối cao (khoảng 7,4) khiến các chuyển động của các máy nano bị hạn chế và không thể xâm nhập vào tế bào. Trong môi trường pH thấp quanh các tế bào ung thư (khoảng 6,8), các phân tử chốt không không bị kích hoạt, gây ra chuyển động cơ học và có thể xâm nhập vào tế bào.
TS Jeong giải thích, loại máy nano (nanomachine) được phát triển theo cấu trúc các protein thực hiện những chức năng sinh học bằng cách thay đổi hình dạng của máy nano trên cơ sở môi trường. Nhóm nghiên cứu đề xuất một phương pháp mới là thâm nhập trực tiếp vào các tế bào ung thư để tiêu diệt bằng chuyển động cơ học của những phân tử gắn với các hạt nano, không sử dụng thuốc. Phát minh này có thể là giải pháp thay thế mới, khắc phục những tác dụng phụ hóa trị liệu hiện có./.