Nghiên cứu nguyên lý hoạt động và chế tạo các sensor quang sinh học ứng dụng hiệu ứng kích thích plasmon để phát hiện tế bào và mô với độ nhậy cao, nhằm ứng dụng vào việc chẩn đoán ở mức độ phân tử

Trong số các loại hạt nano (NP) khác nhau, các hạt nano kim loại (chủ yếu là vàng và bạc), đã thu hút được sự quan tâm lớn về khoa học cũng như công nghệ do chúng dễ dàng tổng hợp, ổn định về mặt hóa học và có tính chất quang học độc đáo liên quan tới hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt định xứ (LSPR). Phối hợp các vật liệu đơn: hạt từ, kim loại vàng/bạc, silica và silica chứa màu sẽ cho các hạt nano cấu trúc lõi/vỏ đa lớp, đa chức năng sử dụng trong cả chẩn đoán và cả điều trị, vừa dẫn đường, vừa phát hiện và mang thuốc, vừa làm giàu, phân tách và chọn lọc tế bào.

Một trong những phương pháp được thử nghiệm là dùng aptamer kết hợp với nano silica hoặc hạt nano vàng để phát hiện các thế bào ung thư bằng nhận biết ở mức độ phân tử. Trong phương pháp này, aptamer nhận biết đặc hiệu các tế bào ung thư ngay khi bề mặt chúng có sự thay đổi ở mức độ ADN. Hạt nano silica pha tâm mầu gắn với aptamer để phát hiện tế bào bằng ảnh miễn dịch huỳnh quang với độ nhạy mà phân tử mầu đơn lẻ không thể có. Phức hệ aptamer - hạt nano vàng sẽ được dùng để phát hiện tế bào ung thư bằng ảnh tán xạ của hạt vàng ngay khi tế bào có những thay đổi ở mức độ phân tử. Với thiết diện tán xạ lớn gấp vài bậc so với tâm mầu thông thường, hạt vàng sẽ giúp phát hiện tế bào ở nồng độ thấp hơn nhiều lần so với sử dụng tâm mầu. Với mục tiêu: Nghiên cứu tương tác của các hạt nano vàng và nano ormosil với các phân tử sinh học nhằm chế tạo các phức hệ hạt nano - aptamer đặc hiệu kháng nguyên ung thư; Ứng dụng các phức hệ trên trong chế tạo thử nghiệm các sensor quang sinh dùng trong phát hiện tế bào ung thư; Đào tạo và phát triển đội ngũ cán bộ nghiên cứu có khả năng làm việc đa ngành, cơ quan chủ quản Viện Vật lý cùng phối hợp với chủ nhiệm đề tài PGS.TS Trần Hồng Nhung cùng thực hiện đề tài “Nghiên cứu nguyên lý hoạt động và chế tạo các sensor quang sinh học ứng dụng hiệu ứng kích thích plasmon để phát hiện tế bào và mô với độ nhậy cao, nhằm ứng dụng vào việc chẩn đoán ở mức độ phân tử”.

Qua thời gian nghiên cứu, đề tài đã mang lại những kết quả như sau:

- Chế tạo aptamer đặc hiệu kháng nguyên ung thư phổi Cyfra 21-1, chế tạo 03 phức hệ: hạt nano vàng-aptamer, hạt nano từ/vàng - aptamer và hạt nano silicaaptamer.

- Ứng dụng các phức hệ chế tạo được để nhận biết và hiện ảnh các tế bào ung thư ở mức độ phân tử và nghiên cứu sự xâm nhập của hạt nano vào tế bào ung thư 2D và 3D.

- Chế tạo thử nghiệm 03 cảm biến sử dụng các phức hệ hạt nanoaptamerHER2 đã chế tạo: Băng thử nhanh phát hiện tế bào ung thư vú BT-474 sử dụng phức hệ hạt nano vàng@aptamerHER2. Băng thử phát hiện được ≥ 4000 tế bào trong thời gian 10 phút; Thiết bị đếm tế bào trong dòng chảy sử dụng phức hệ hạt nano silicaFITC @aptamerHER2 có khả năng đếm đơn tế bào ung thư vú BT-474. Ngưỡng đếm tối đa - 7800 tế bào/phút; Cảm biến truyền năng lượng phát hiện kháng nguyên HER2 sử dụng các phức hệ hạt silicaFITC@aptamer và vàng@aptamerHER2. Cảm biến có khả năng phát hiện kháng nguyên HER2 trong khoảng 10nM - 10pM trong 80 phút.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 12553/2016) tại Cục Thông tin KH&CN quốc gia.