Để rút ngắn thời gian và tăng hiệu quả chẩn đoán tế bào ung thư phổi, một loại chip vi lỏng được nhóm nghiên cứu Trường Đại học Công nghệ, ĐHQGHN chế tạo và thiết kế sau 4 năm nghiên cứu. Loại chip này chỉ cần sử dụng ít mẫu máu và thuốc thử có thể phát hiện tế bào ung thư phổi với thời gian xử lý ngắn.

Thiết bị chip vi lỏng được hoàn thiện ở quy mô phòng thí nghiệm, phát hiện tế bào ung thư với độ chính xác 100%

Trong kỹ thuật tầm soát bệnh hiện nay, bác sĩ thường lấy máu của bệnh nhân, dùng các kháng thể đặc hiệu để tìm kiếm sự hiện diện của tế bào ung thư tuần hoàn (là quần thể tế bào ung thư hiếm gặp, được bắt nguồn từ khối u nguyên phát hoặc khối u di căn). Tuy nhiên, phương pháp này chỉ cho kết quả nếu tế bào ung thư xuất hiện với lượng lớn, khó tìm ra nếu ở số lượng nhỏ.

"Việc phát triển thiết bị phát hiện nhanh tế bào ung thư tuần hoàn là nhiệm vụ quan trọng để điều trị bệnh ung thư trong nước. Thiết bị này phải có đầy đủ các chức năng từ sàng lọc, làm giàu tế bào đến bẫy và bắt các tế bào đích, thực hiện đo nồng độ tế bào, chuyển sang thông tin điện tử để xử lý trong các bộ điều khiển", GS. TS Chử Đức Trình, Trưởng nhóm nghiên cứu, Trường ĐH Công nghệ, ĐHQGHN cho biết.

Bộ chip do nhóm thiết kế và phát triển dựa trên công nghệ vi lỏng, được chuyển giao từ phía Đài Loan. Thiết bị có hệ thống các kênh vi lỏng với kích thước vài chục micromet, cho phép tích hợp nhiều quy trình trên một nền tảng giúp giảm thời gian và khối lượng mẫu. Vì vậy, tế bào trong các kênh chỉ cần một lượng thể tích nhỏ hơn microliter những nồng độ tế bào khi thực hiện thí nghiệm vẫn có thể giữ được ở mức cao mà không cần pha loãng. Việc phát hiện và đáp ứng yêu cầu về độ nhạy, độ chính xác được thực hiện dễ dàng hơn.

Thiết bị chip vi lỏng được hoàn thiện ở quy mô phòng thí nghiệm, phát hiện tế bào ung thư với độ chính xác 100% . Ảnh: Nhóm nghiên cứu.

Thiết bị chip vi lỏng được hoàn thiện ở quy mô phòng thí nghiệm, phát hiện tế bào ung thư với độ chính xác 100% . Ảnh: Nhóm nghiên cứu.

Giai đoạn đầu trong quá trình chế tạo, GS Chử Đức Trình và cộng sự tập trung phát triển hoạt động của cấu trúc buồng lỏng trong bộ chip, sau đó thử nghiệm hệ thống cho cấu trúc kênh dẫn lỏng đếm tế bào trong dòng chảy liên tục. Ông chia sẻ, để chế tạo chip vi lỏng sinh học, mỗi công đoạn đều quan trọng bởi quá trình chế tạo thiết bị ở mức độ micromet, bất cứ một thay đổi nhỏ trong quy trình đều ảnh hưởng rất lớn đến kết quả chip.

Bộ chip của nhóm nghiên cứu có kích thước tương đương USB thông thường. Quá trình khởi động và vận hành chip bắt đầu từ bơm một lượng mẫu máu xét nghiệm nhỏ vào các kênh dẫn tới buồng phản ứng có đường kính 500 micromet (gấp 5 lần kích thước sợi tóc). Buồng phản ứng chứa các chế phẩm sinh học đặc hiệu, có chức năng bắt cặp với các tế bào ung thư phổi. Các cảm biến trở kháng của buồng phản ứng làm nhiệm vụ đo số lượng liên kết bắt cặp, từ đó xác định được lượng tế bào ung thư.

Sau khi phát hiện tế bào ung thư, nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp điện di điện môi để phát hiện sự xuất hiện của tế bào cũng như xác định nồng độ của nó. Phương pháp này có thể phát hiện được tế bào ung thư với nồng độ lớn hơn 103 tế bào/ml, thời gian đáp ứng là 60 giây. Bộ chip này có thể sử dụng một lần để tránh được nguy cơ lây nhiễm chéo và rủi ro trong thao tác với các mẫu sinh học nguy hiểm.

Hiện nay, việc chẩn đoán ung thư được dựa trên việc khám lâm sàng bằng những phương pháp phổ biến như xét nghiệm huyết học, sử dụng chất chỉ điểm để sàng lọc, chụp ảnh cộng hưởng, xét nghiệm sinh thiết phát hiện khối u.

"Các phương pháp này cũng giúp xác định loại ung thư, nhưng tổng thời gian để xác định mất hàng giờ, trong khi bộ chip vi lỏng có đầy đủ chức năng từ sàng lọc đến bắt các tế bào ung thư chỉ mất 30 phút, với số lượng mẫu nhỏ", ông nói và cho biết, ngoài ưu điểm về thời gian, việc tích hợp công nghệ vi lỏng với các phương pháp vật lý giúp thu gọn kích thước, giảm thiểu hóa chất cần thiết cho các thiết bị trong quy trình tiền xử lý (như ly giải tế bào hay thuốc nhuộm tế bào ngay trên chip vi lỏng).

Nguyên mẫu chip sinh học vi lỏng và hệ thống đo đã được nhóm thử nghiệm và kiểm tra hoạt động, cho thấy độ chính xác trong việc phát hiện tế bào ung thư phổi đạt 100% đối với trường hợp tế bào ung thư trong mẫu thử cao.

Công trình nghiên cứu là nhiệm vụ khoa học và công nghệ theo Nghị định thư do Văn phòng Chương trình Khoa học và Công nghệ Quốc gia và Vụ Hợp tác Quốc tế (Bộ Khoa học và Công nghệ) hỗ trợ, giao đơn vị thực hiện từ năm 2016.

Hiện hệ thống thiết bị cùng bộ chip sinh học được nhóm đăng ký bảo hộ quyền sở hữu trí tuệ. GS Trình cho biết, nhóm nghiên cứu đang hợp tác với bệnh viện E (Hà Nội) để tiếp tục hoàn thiện sản phẩm, thử nghiệm hệ thống trên các mẫu bệnh phẩm thực, để hoàn thiện chức năng và tính thẩm mỹ.