Đội quân robot sinh tí hon tiêu diệt ung thư, y như nanobot trong phim viễn tưởng

Cho đến nay, ung thư vẫn được xếp vào danh sách bệnh nan y, ngăn chặn tế bào ung thư phát triển trong cơ thể người là một trong những thách thức lớn nhất của y học hiện đại. Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Viện Max Planck về Hệ thống Thông minh tuyên bố, đã phát triển một liệu pháp tiên tiến qua trung gian vi khuẩn nhằm chống lại các khối u ung thư lây lan.

Phương pháp điều trị mới này được đề xuất liên quan đến việc sử dụng các vi robot dựa trên vi khuẩn được hướng dẫn từ tính làm chất vận chuyển thuốc. Cụ thể các microrobot giải phóng thuốc trực tiếp vào các khối u, tiêu diệt các tế bào ung thư một cách không đau và hiệu quả. Phương pháp sinh tại chỗ này sẽ xâm lấn tối thiểu đối với bệnh nhân, không gây đau đớn, chịu độc tính tối thiểu và thuốc phát huy tác dụng khi cần thiết chứ không phải toàn bộ cơ thể.

Trong quá trình nghiên cứu, nhóm đã gắn thành công các nanolipsome (túi hình cầu làm bằng lipid được sử dụng để chứa thuốc bên trong chúng) và các hạt nano từ tính vào khoảng 86 vi khuẩn E.coli. Những sự gắn kết đặc biệt này đã biến những vi khuẩn thông thường thành một "đội quân nhỏ" các vi rô bốt sinh học vi khuẩn.

Cơ chế hoạt động của microrobot sinh học dựa trên vi khuẩn

Nhiều nanolipsome liên kết với vi khuẩn E. coli biến đổi, thực ra là các túi chứa đầy phân tử thuốc hóa trị liệu. Lớp phủ bên ngoài của chúng có thể dễ dàng bị loại bỏ bằng cách tiếp xúc với tia hồng ngoại, mặt khác, các hạt từ tính (oxit sắt) gắn vào vi khuẩn được sử dụng để điều khiển chuyển động của chúng bên trong cơ thể con người.

E. coli là một vi khuẩn có tính di động cao nên các nhà nghiên cứu đã cho chúng tiếp xúc với từ trường. Hướng của từ trường hướng dẫn chuyển động của các hạt ôxít sắt và cả vi khuẩn mà chúng được gắn vào. Thêm vào đó, để liên kết vi khuẩn với các hạt từ tính và nanolipsome, các nhà nghiên cứu đã sử dụng phức hợp streptavidin-biotin - các chất liên kết phân tử sinh học mạnh nhất thường được sử dụng để xác định các mục tiêu thuốc mới.

Phức hợp Streptavidin-biotin có tính ổn định cao, đóng vai trò như những sợi dây không thể phá vỡ liên kết các phần đính kèm với vi khuẩn. Với việc tiêm các microrobot dựa trên vi khuẩn như vậy vào cơ thể bệnh nhân ung thư, cùng với một nam châm từ tính, sẽ hướng các hạt về phía khối u một cách chính xác. Sau khi có đủ số lượng microrobot bao quanh khối u, tia laser sẽ được chiếu vào mô và kích hoạt việc giải phóng thuốc. Và lúc này, không chỉ hệ thống miễn dịch được kích hoạt để đánh thức mà các loại thuốc bổ sung cũng giúp tiêu diệt khối u.

Nhóm cũng khẳng định rằng việc phân phối tại chỗ các loại thuốc hóa trị liệu sử dụng virobot biohybrid có thể được thực hiện mà không gây ra bất kỳ đau đớn hoặc nhiễm trùng nào bên trong cơ thể bệnh nhân. Trong tương lai liệu pháp này có thể trở thành một trong những chiến lược điều trị hiệu quả nhất chống lại bệnh ung thư trong tương lai.

Vi robot vi khuẩn là sự kết hợp hoàn hảo chống lại ung thư

Các vi robot sinh học hứa hẹn điều trị ung thư dựa trên một phương pháp được gọi là liệu pháp trung gian vi khuẩn - có nghĩa là sử dụng vi khuẩn để phân phối thuốc hoặc giải phóng các enzym trong cơ thể người tại các vị trí mong muốn. Mặc dù nó không phải là phương pháp điều trị mới nhưng rất phức tạp. Các nhà khoa học đã cố gắng trang bị thuốc chống ung thư cho vi sinh vật. Tuy nhiên, hầu hết đều không mang lại kết quả khả quan vì muốn điều trị thành công bằng chiến lược này, đòi hỏi sự kết hợp hoàn hảo của các kỹ thuật khác nhau. Chính vì thế, nhóm các nhà khoa học nói trên đã có kết quả thành công dẫn đầu trước nhiều người khác. Họ đã sử dụng các vật liệu nâng cao năng lực của các vi khuẩn thông thường, biến chúng thành các máy nano hiệu quả cao để phân phối thuốc.

Những thiết bị độc đáo được họ áp dụng có thể kể đến như các nanolipome gắn với vi khuẩn bao gồm các viên nang đặc biệt được gọi là các hạt màu xanh lá cây để lưu trữ các loại thuốc điều trị ung thư một cách hiệu quả. Các hạt này chỉ giải phóng thuốc khi chúng tiếp xúc với bức xạ hồng ngoại, ngoài ra, chúng cũng không để lại phạm vi ương tác giữa các phân tử trị liệu và bất kỳ chất tiết tự nhiên nào của vi khuẩn.

Để khắc phục các vấn đề liên quan đến kiểm soát chuyển động của E. coli, các nhà nghiên cứu đã sử dụng các đặc tính từ tính của các hạt ôxít đen. Bằng cách tích hợp robot và vật lý với sinh học, các nhà nghiên cứu tại Viện Hệ thống Thông minh Max Planck đã tìm ra những thành phần hoàn hảo cần thiết để vượt qua những thách thức khác nhau liên quan đến điều trị ung thư qua trung gian vi khuẩn.