Liệu pháp “tế bào nhân tạo” mở ra cánh cửa mới trong điều trị ung thư

Cơ sở của nghiên cứu

Nghiên cứu vừa được công bố trên tạp chí Advanced Science của Đức số ra ngày 11 tháng 1-2023 cho hay, Viện Y học Quốc gia Mỹ đã tài trợ Đại học California (UC Davis) thực hiện đề tài nghiên cứu mới. Kết quả, tạo ra các “tế bào người máy” bán sống (Semi-living 'cyborg cells'), gọi tắt SCC mang nhiều đặc tính của tế bào sống nhưng không thể phân chia và phát triển.

Tế bào tự nhiên và nhân tạo là hai khung phổ biến trong sinh học tổng hợp. Các tế bào tự nhiên có thể thực hiện các nhiệm vụ phức tạp thông qua các cấu trúc di truyền tổng hợp, nhưng quá trình sao chép tự động của chúng thường gây ra những lo ngại về an toàn cho các ứng dụng y sinh. Ngược lại, các tế bào nhân tạo dựa trên các vật liệu không sao chép,  cung cấp các chức năng được xác định rõ hơn và có thể kiểm soát được.

Ở đây, lần đầu tiên, các tác giả tạo ra các thực thể tế bào vật chất lai, được gọi là Tế bào Cyborg (Cyborg Cells). Cyborg là thuật ngữ chỉ sinh vật cơ khí hóa. Nói chi tiết hơn, đây là những sinh vật tồn tại cả hai phần sinh học và nhân tạo. Nhờ khoa học công nghệ phát triển, cyborg đã được tích hợp hoàn hảo vào cơ thể con người để thay thế một số bộ phận bị thiếu hụt và thậm chí còn tăng cường một số chức năng nhất định.

Trong nghiên cứu, để tạo ra tế bào người máy, chính xác hơn là “tế bào người máy” bán sống (SCC), một mạng lưới polyme tổng hợp được lắp ráp bên trong mỗi vi khuẩn, khiến chúng không thể phân chia. Tế bào người máy bảo tồn các chức năng thiết yếu, như chuyển hóa tế bào, khả năng vận động, tổng hợp protein và khả năng tương thích với các mạch di truyền.

Tế bào người máy cũng có được những khả năng mới để chống lại các tác nhân gây căng thẳng có thể giết chết các tế bào tự nhiên. Cuối cùng, các tác giả chứng minh tiềm năng điều trị bằng cách cho thấy sự xâm lấn vào các tế bào ung thư. Công trình này thiết lập một mô hình mới trong kỹ thuật sinh học tế bào bằng cách khai thác sự kết hợp của các polyme nhân tạo nội bào và sự tương tác của chúng với mạng lưới protein của các tế bào sống.

Mở ra cánh cửa mới trong điều trị ung thư

Theo phó giáo sư kỹ thuật y sinh tại UC Davis, Cheemeng Tan, tác giả chính của nghiên cứu, có hai phương pháp được sử dụng để tạo ra tế bào SCC. Một là lấy một tế bào vi khuẩn đã sống và sửa đổi DNA của nó bằng cách thêm các gen mới mang lại cho nó những khả năng mới. Giải pháp hai là xây dựng một tế bào nhân tạo từ đầu bằng cách sử dụng các phân tử sinh học và màng tổng hợp. Như tên gọi của nó, tế bào SCC kết hợp các thành phần tự nhiên và nhân tạo. Điều này được thực hiện theo cách sao cho các tế bào giữ lại hầu hết các khả năng của tế bào tự nhiên ngoại trừ khả năng sinh sản của chúng.

Để tạo ra các tế bào người máy, nhóm UC Davis đã truyền vi khuẩn bằng các khối xây dựng của một loại polymer nhân tạo. Khi các tế bào tiếp xúc với tia UV, các bộ phận này kết hợp với nhau để tạo thành hydrogel bên trong tế bào. Các tế bào người máy được thiết kế có khả năng xâm lấn các tế bào ung thư được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm. Hydrogel này không chỉ ngăn chặn các tế bào không thể phân chia và sinh sản, mà còn làm cho chúng mạnh mẽ hơn, các tế bào người máy có thể sống sót khi tiếp xúc với các tác nhân gây căng thẳng có thể tiêu diệt vi khuẩn ở dạng hoàn toàn tự nhiên, bao gồm hydro peroxide và kháng sinh .

Để chứng minh tiện ích của những tế bào người máy này, nhóm đề tài đã thiết kế các tế bào có khả năng xâm lấn các tế bào ung thư được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm, một khả năng có thể được sử dụng để cung cấp các phương pháp điều trị ung thư ngay tại nơi cần thiết.

Hiện UC Davis vẫn đang nghiên cứu cách tốt nhất để tạo và lập trình các tế bào người máy của họ, nhưng đây có thể là bước đầu hướng tới một tương lai trong đó các nhà sinh học tổng hợp có thể triển khai các tế bào sống đã được thiết kế mà không phải lo lắng về việc chúng bị đột biến hoặc phát triển ra ngoài kiểm soát. “Chúng tôi rất vui mừng về các ứng dụng tiềm năng của tế bào người máy để giải quyết các thách thức về môi trường, chẩn đoán hoặc điều trị bệnh và điều chỉnh hệ vi sinh vật bị phá vỡ.

Quá trình sinh học tổng hợp này tạo ra các tế bào có thể thực hiện các chức năng mới y chang khả năng của tế bào sống nhưng không thể tái tạo và có nhiều ứng dụng, từ sản xuất thuốc điều trị trong y tế cho đến làm sạch ô nhiễm môi trường”, Cheemeng Tan nhấn mạnh thêm trong buổi lễ ra mắt nghiên cứu.