Cỗ máy nano xâm nhập và tiêu diệt tế bào ung thư

Nhóm nghiên cứu đứng đầu là tiến sĩ Youngdo Jeong đến từ Trung tâm nhận thức phân tử sinh học tiên tiến ở Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST) mô tả quá trình phát triển một cỗ máy nano sinh hóa mới có thể đâm xuyên qua màng và giết chết tế bào ung thư. Đây là kết quả cộng tác với giáo sư Sang Kyu Kwak ở Trường năng lượng và kỹ thuật hóa học, giáo sư Ja-Hyoung Ryu ở khoa Hóa học của Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan (UNIST) và tiến sĩ Chaekyu Kim đến từ công ty Fusion Biotechnology, Inc.

Nhóm nghiên cứu tập trung vào cấu trúc phân tầng của protein, trong đó trục của cấu trúc lớn và các bộ phận di động riêng. Do đó, chỉ những bộ phận đặc biệt mới có thể di chuyển. Phần lớn cỗ máy nano hiện nay được thiết kế để bộ phận di động và cấu trúc lớn tồn tại trên cùng một lớp. Vì thế, chúng thường dịch chuyển đồng thời, khiến việc điều khiển một bộ phận cụ thể trở nên phức tạp hơn.

Cỗ máy nano mới được chế tạo bằng cách tổng hợp và kết hợp hạt nano vàng cỡ 2 nm với những phân tử có thể gập và mở dựa theo môi trường xung quanh. Cỗ máy nano này bao gồm phân tử hữu cơ di động và hạt nano vô cơ đóng vai trò như cấu trúc trục lớn. Vận động mở ra và gập vào cơ học khiến cỗ máy nano đâm trực tiếp qua màng tế bào, phá hủy bào quan và làm chết tế bào. Phương pháp mới này trực tiếp giết tế bào ung thư thông qua chuyển động cơ học mà không cần dùng thuốc.

Tiếp theo, một phân tử chốt chặn được cài vào cỗ máy nano để điều khiển chuyển động cơ học, giúp tiêu diệt tế bào ung thư có chọn lọc. Phân tử đó được thiết kế để chỉ giải phóng ở môi trường pH thấp. Vì vậy, ở tế bào bình thường với độ pH tương đối cao (khoảng 7,4%), chuyển động của cỗ máy nano bị hạn chế và chúng không thể đâm xuyên qua tế bào. Tuy nhiên, ở môi trường pH thấp quanh tế bào ung thư (khoảng 6,8%), phân tử chốt chặn sẽ được kích hoạt.

"Việc phát triển cỗ máy nano lấy cảm hứng từ những protein thực hiện chức năng sinh học bằng cách thay đổi hình dáng dựa trên môi trường. Chúng tôi đề xuất phương pháp đâm trực tiếp tế bào ung thư để tiêu diệt chúng thông qua chuyển động cơ học của phân tử liên kế với cỗ máy nano mà không cần thuốc. Đây có thể là phương pháp thay thế mới để khắc phục tác dụng phụ của hóa trị hiện nay", Jeong chia sẻ.