Phương pháp mới dùng vi khuẩn để tìm kiếm và tiêu diệt tế bào ung thư

Kể từ khi ra đời, hóa trị đã trở thành một trong những phương pháp điều trị ung thư chính, nhưng nó cũng có một nhược điểm đáng kể. Ngoài việc tiêu diệt các tế bào ung thư, nó cũng có thể phá hủy các tế bào khỏe mạnh. Giờ đây, các nhà khoa học tại Viện Công nghệ California (Caltech) đã tìm ra một giải pháp tốt hơn là dùng vi khuẩn biến đổi gien để tìm kiếm và tiêu diệt các tế bào ung thư.

Trong một bài báo mới được xuất bản trên tạp chí Nature Communications, các nhà khoa học từ phòng thí nghiệm của Mikhail Shapiro, giáo sư kỹ thuật hóa học của Viện Y tế Howard Hughes, cho biết họ đã phát triển một chủng vi khuẩn Escherichia coli (E. coli) chuyên biệt, có thể tìm kiếm và thâm nhập vào các khối u ung thư khi được tiêm vào cơ thể bệnh nhân. Khi vi khuẩn đã đến đích, các xung siêu âm có thể kích hoạt chúng sản xuất thuốc chống ung thư.

“Mục tiêu của công nghệ này là tận dụng khả năng của các chế phẩm sinh học được thiết kế để thâm nhập vào các tế bào ung thư, đồng thời sử dụng sóng siêu âm để kích hoạt chúng giải phóng các loại thuốc mạnh bên trong khối u”, giáo sư Shapiro cho biết.

Một chủng vi khuẩn E. coli có tên Nissle 1917, được chấp thuận để sử dụng trong y tế ở người, là điểm khởi đầu cho công việc của nhóm nghiên cứu. Sau khi được tiêm vào máu, những vi khuẩn này sẽ lây lan khắp cơ thể. Sau đó, hệ thống miễn dịch của người bệnh sẽ tiêu diệt chúng - ngoại trừ những vi khuẩn của khối u ung thư vốn nằm trong một môi trường ức chế miễn dịch.

Để biến vi khuẩn thành một công cụ hữu ích điều trị ung thư, nhóm nghiên cứu đã thiết kế chúng để chứa hai bộ gien mới. Một bộ gien dùng để tạo ra các kháng thể đơn miền (nanobodies), là các protein điều trị có tác dụng tắt các tín hiệu mà khối u sử dụng để ngăn chặn phản ứng của hệ thống miễn dịch. Sự hiện diện của các nanobodies này cho phép hệ thống miễn dịch tấn công khối u. Bộ gien còn lại hoạt động giống như một công tắc nhiệt để kích hoạt các gien nanobodies khi vi khuẩn đạt đến một nhiệt độ cụ thể.

Bằng cách chèn các gien phụ thuộc vào nhiệt độ và nanobodies, nhóm nghiên cứu đã tạo các dòng vi khuẩn sinh ra các nanobdies ức chế khối u khi được làm nóng đến nhiệt độ 42-43 độ C. Vì nhiệt độ cơ thể người bình thường là 37 độ C, những chủng vi khuẩn này không bắt đầu sản xuất các nanobodies chống khối u khi được tiêm vào người. Thay vào đó, chúng âm thầm phát triển bên trong các khối u cho đến khi có tác động bên ngoài làm nóng chúng đến nhiệt độ kích hoạt.

Nhưng làm thế nào để làm nóng vi khuẩn ở một vị trí cụ thể, có khả năng nằm sâu bên trong cơ thể, nơi khối u đang phát triển? Đối với điều này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng sóng siêu âm hội tụ (FUS). FUS tương tự như việc siêu âm để thấy hình ảnh các cơ quan nội tạng hoặc thai nhi đang phát triển trong bụng mẹ, nhưng ở cường độ cao hơn và tập trung vào một điểm. Việc tập trung sóng siêu âm vào một điểm làm cho mô ở vị trí đó nóng lên, nhưng không ảnh hưởng đến mô xung quanh. Bằng cách kiểm soát cường độ của sóng siêu âm, các nhà nghiên cứu có thể tăng nhiệt độ của mô đó lên một mức cụ thể.

Mohamad Abedi, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Đại học Washington cho biết: “Siêu âm tập trung cho phép chúng tôi kích hoạt liệu pháp đặc biệt ở vị trí cụ thể bên trong khối u. Điều này rất quan trọng vì những loại thuốc mạnh trong điều trị khối u có thể gây ra tác dụng phụ đáng kể ở các cơ quan khác”.

Để kiểm tra xem liệu các vi khuẩn này có hoạt động như dự định hay không, nhóm nghiên cứu đã tiêm các tế bào vi khuẩn vào những con chuột thí nghiệm có khối u. Sau khi cho vi khuẩn thâm nhập vào các khối u, nhóm nghiên cứu đã sử dụng sóng siêu âm để làm ấm chúng.

Thông qua một loạt các thử nghiệm, các nhà nghiên cứu phát hiện rằng những con chuột được điều trị bằng sự kết hợp này cho thấy việc phát triển khối u chậm hơn nhiều so với những con chuột chỉ được điều trị bằng những phương pháp riêng lẻ và những con chuột không được điều trị gì cả.

Shapiro nói: “Đây là một kết quả rất hứa hẹn vì nó cho thấy chúng ta có thể nhắm mục tiêu phù hợp, vào đúng nơi và đúng thời điểm. Nhưng cũng như với bất kỳ công nghệ mới nào, chúng tôi cần tối ưu hóa một số điều, bao gồm khả năng hình dung các tác nhân vi khuẩn bằng sóng siêu âm trước khi kích hoạt chúng và nhắm mục tiêu vi khuẩn cần làm nóng một cách chính xác hơn”.