Các nhà khoa học Trung Quốc phát triển một thiết bị thử nghiệm có khả năng loại bỏ những tế bào ung thư tách khỏi khối u và lưu thông trong máu. Công nghệ này mở ra triển vọng giảm nguy cơ tái phát và di căn ở một số bệnh ung thư.
Nhóm nghiên cứu do Đại học Giao thông Thượng Hải dẫn đầu cho biết hệ thống thử nghiệm có thể làm giảm nguy cơ di căn – nguyên nhân hàng đầu gây tử vong ở bệnh nhân ung thư trên toàn thế giới. Kết quả được công bố ngày 2/11 trong một nghiên cứu đã qua bình duyệt trên tạp chí Microsystems & Nanoengineering, thuộc hệ thống xuất bản Nature.
Theo nghiên cứu, khi được thử nghiệm trên chuột mắc ung thư vú, thiết bị đã loại bỏ hiệu quả các tế bào ung thư lưu hành trong máu, qua đó trì hoãn sự tái phát của khối u và kéo dài thời gian sống.
Cụ thể, một nửa số chuột được điều trị bằng thiết bị lọc máu kết hợp hóa trị sau phẫu thuật cắt bỏ khối u sống sót đến hết thời gian nghiên cứu. Tỷ lệ này ở các nhóm chỉ được áp dụng một trong hai phương pháp là 20%, trong khi toàn bộ chuột không được điều trị bổ sung đều tử vong.
Các nhà nghiên cứu kỳ vọng hệ thống được đặt tên là “hố đen” này có thể trở thành một phương pháp hỗ trợ an toàn và hiệu quả trong điều trị ung thư sau phẫu thuật. Đây là giai đoạn đặc biệt quan trọng bởi di căn được cho là nguyên nhân của hơn 90% số ca tử vong liên quan đến ung thư.
Loại bỏ tế bào ung thư lưu hành trong máu
Một mắt xích then chốt trong quá trình di căn là sự phát tán của các tế bào ung thư lưu hành trong máu, sau khi chúng tách khỏi khối u nguyên phát hoặc một tổn thương thứ phát hình thành do tế bào ung thư lan đến mô ở vị trí khác.
Hiện nay, những tế bào này được sử dụng trong sinh thiết lỏng – phương pháp theo dõi tiến triển của một số loại ung thư và hiệu quả điều trị thông qua việc phát hiện, phân tích tế bào ung thư trong dòng máu.
Nhiều chiến lược đã được nghiên cứu nhằm loại bỏ các tế bào ung thư lưu hành, trong đó có liệu pháp quang động, phương pháp gắn vật liệu nano lên tế bào rồi kết hợp xử lý nhiệt, cũng như sử dụng giàn giáo 3D hoặc ống thông tĩnh mạch để bắt giữ tế bào.
Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu cho biết các phương pháp này vẫn gặp nhiều trở ngại khi ứng dụng thực tế, chẳng hạn hiệu suất bắt giữ tế bào thấp, lo ngại về an toàn sinh học và nguy cơ làm tổn thương các tế bào máu khỏe mạnh.
Lấy cảm hứng từ những phương pháp lọc máu, nhóm đã thiết kế một hệ thống sử dụng máy bơm để đưa máu từ động mạch cảnh trái qua một khoang vi lưu bên ngoài cơ thể. Khoang này được gọi là “hố đen”, có cấu trúc được thiết kế để chọn lọc và giữ lại các tế bào ung thư lưu hành trong máu.
Sau khi đi qua khoang lọc, máu được đưa trở lại cơ thể qua tĩnh mạch cảnh phải. Các tế bào ung thư bị giữ lại nhờ những kháng thể nhắm đến EpCAM – một loại protein bề mặt xuất hiện phổ biến trên tế bào ung thư nhưng không có trên các thành phần máu bình thường.
“ hệ thống này cho phép phát hiện và loại bỏ tế bào ung thư lưu hành trong máu ngoại vi ngay khi chúng đang lưu thông trong cơ thể, đồng thời có tiềm năng đáng kể trở thành liệu pháp hỗ trợ nhằm nâng cao hiệu quả hóa trị sau phẫu thuật”, nhóm nghiên cứu cho biết.
Hiệu suất bắt giữ tế bào ung thư vượt 99%
Theo bài báo, nhóm nghiên cứu tiến hành nhiều thí nghiệm để đánh giá hệ thống thử nghiệm, trong đó có mô hình tuần hoàn máu khép kín.
Khi đưa các tế bào ung thư vú ở người vào khoang lọc, thiết bị đạt hiệu suất bắt giữ trên 99% ở tốc độ dòng chảy thấp. Ngay cả khi tăng tốc độ lên 1,2 ml mỗi giờ, hiệu suất vẫn duy trì ở mức khoảng 95%.
Nhóm nghiên cứu lựa chọn tốc độ này nhằm cân bằng giữa khả năng bắt giữ tế bào và thời gian cần thiết để hoàn thành quy trình. Mục tiêu là giảm áp lực lên những con vật được sử dụng trong các thử nghiệm tiếp theo, theo bài báo.
Các nhà khoa học cũng kiểm tra khả năng bắt giữ nhiều dòng tế bào ung thư khác nhau có cùng loại protein bề mặt, trong đó có tế bào ung thư phổi và ung thư tuyến tiền liệt ở người.
Thử nghiệm trên chuột cho kết quả khả quan
Sau các thử nghiệm trong mô hình tuần hoàn khép kín, nhóm nghiên cứu chuyển sang thử nghiệm trên động vật sống, sử dụng những con chuột mang khối u ung thư vú.
Khi phát hiện tế bào ung thư lưu hành trong máu ngoại vi của chuột, các nhà khoa học tiến hành phẫu thuật cắt bỏ khối u. Sau đó, số chuột được chia thành bốn nhóm.
Nhóm thứ nhất không được điều trị bổ sung sau phẫu thuật. Nhóm thứ hai chỉ được hóa trị. Nhóm thứ ba chỉ được điều trị bằng hệ thống “hố đen”. Nhóm cuối cùng được áp dụng kết hợp cả hai phương pháp.
Theo nghiên cứu, liệu pháp kết hợp mang lại hiệu quả cao nhất trong thời gian theo dõi 4 tuần. Tỷ lệ sống sót ở nhóm này đạt 50%, đồng thời mức độ tái phát khối u tổng thể giảm 16,7%.
Toàn bộ chuột trong nhóm không được điều trị bổ sung đều tử vong. Trong khi đó, ở mỗi nhóm chỉ sử dụng một phương pháp điều trị, tỷ lệ sống sót đến ngày thứ 28 là 20%.
Các phân tích sau đó không phát hiện dấu hiệu độc tính rõ rệt trong các cơ quan của chuột, cho thấy hệ thống có khả năng tương thích sinh học, theo nhóm nghiên cứu.
“Nhìn chung, những kết quả này cho thấy hệ thống ‘hố đen’, đặc biệt khi kết hợp với paclitaxel, có thể trì hoãn hiệu quả sự tái phát của khối u, ức chế di căn và kéo dài thời gian sống trong mô hình ung thư vú sau phẫu thuật”, nhóm tác giả viết.
Theo các nhà nghiên cứu, hệ thống có thể được ứng dụng trên nhiều dòng tế bào ung thư biểu hiện protein EpCAM, bao gồm ung thư vú, phổi, đại tràng và dạ dày. Khoang lọc cũng có thể được điều chỉnh để bắt giữ các tế bào mang những dấu ấn protein khác trên màng tế bào.
Còn nhiều thách thức trước khi thử nghiệm trên người
Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh công trình hiện tại “chủ yếu nên được xem là một nghiên cứu chứng minh tính khả thi của ý tưởng”. Hệ thống vẫn cần vượt qua nhiều thách thức trước khi có thể tiến tới ứng dụng lâm sàng.
Một trong những vấn đề lớn là mở rộng quy mô thiết bị để xử lý lượng máu lớn hơn với tốc độ dòng chảy cao hơn, phù hợp với cơ thể người. Ngoài ra, các nhà khoa học cần phát triển khả năng thực hiện nhiều đợt loại bỏ tế bào ung thư, thay vì chỉ một lần như trong thử nghiệm trên chuột.
Nhóm nghiên cứu cho biết hiện đang tìm cách mở rộng thí nghiệm sang các mô hình chuột cống có kích thước lớn hơn.
“Các nghiên cứu trong tương lai sẽ tập trung tối ưu hóa hệ thống ‘hố đen’ để có thể sử dụng nhiều lần, đánh giá độ an toàn và hiệu suất lâu dài trên các mô hình động vật lớn hơn, đồng thời kiểm tra khả năng ứng dụng trên phạm vi rộng hơn các loại ung thư”, nhóm tác giả cho biết.
“Cần tiếp tục tối ưu hóa kỹ thuật và tiến hành các nghiên cứu xác thực trên quy mô lớn hơn trước khi có thể đánh giá đầy đủ tính khả thi trong lâm sàng cũng như hiệu quả kinh tế của chiến lược này”.
Theo SCMP
