Nhiệt kế dựa trên ánh sáng và âm thanh giúp các hạt nano vàng tiêu diệt ung thư

Các kỹ sư y sinh Việt Nam và quốc tế tại Đại học Duke (Mỹ) đã phát triển một phương pháp làm nóng các hạt nano vàng chính xác hơn để nhắm mục tiêu và tiêu diệt các khối u ung thư.

Màu đỏ trên hình ảnh quang âm cho thấy vị trí các hạt nano vàng tích tụ trong khối u bàng quang. Ảnh: Science Advances (2025)

Bằng cách sử dụng các phương pháp tạo ảnh kết hợp giữa ánh sáng và âm thanh để quan sát sâu hơn vào mô,nhóm nghiên cứu đã theo dõi và làm nóng các hạt nano hiệu quả hơn nhằm phá hủy khối u ung thư bàng quang trên mô hình động vật.Nghiên cứu mới đây được công bố trên tạp chí Science Advances.

Trong hành trình tìm kiếm các liệu pháp điều trị ung thư không xâm lấn, các phương pháp điều trị dựa trên ánh sáng như liệu pháp quang nhiệt (PTT) sử dụng hạt nano đã trở thành một trong những ứng cử viên đầy hứa hẹn. Trong các liệu pháp này, các hạt nano, thường có hình dạng như que hoặc ngôi sao nhỏ, được tiêm vào cơ thể và di chuyển qua hệ tuần hoàn trước khi tích tụ trong các khối u ung thư.

Khi lượng hạt nano đã bão hòa khối u, tia laser sẽ được sử dụng để làm nóng các hạt, từ đó có thể tiêu diệt các tế bào ung thư xung quanh. Liệu pháp quang nhiệt dựa trên hạt nano gần đây thậm chí đã được sử dụng để điều trị thành công ung thư tuyến tiền liệt ở người. Các thử nghiệm lâm sàng bổ sung cũng đang được tiến hành.

Mặc dù PTT giúp giảm thiểu mọi tổn thương ngoài mục tiêu - vấn đề thường đi kèm với các liệu pháp ánh sáng, nhưng phương pháp này cũng có những vấn đề riêng. Thông thường, khi các hạt nano bị làm nóng, chúng sẽ thay đổi hình dạng, biến đổi từ hình ngôi sao thành hình cầu, từ đó làm hạn chế hiệu quả của chúng. Các nhà nghiên cứu cũng thiếu các công cụ hình ảnh có khả năng theo dõi chính xác nhiệt độ và vị trí của các hạt trong mô sâu.

“Khi muốn đo nhiệt độ, chúng tôi sử dụng một đầu dò nhiệt xâm lấn - vốn không tinh vi hơn nhiều so với nhiệt kế nấu ăn thông thường”, Aidan Canning - nghiên cứu sinh tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của TS. Võ Đình Tuấn - GS. Kỹ thuật Y sinh Xuất sắc R. Eugene và Susie E. Goodson tại Đại học Duke - cho biết. “Những đầu dò này cũng có thể hấp thụ ánh sáng laser, làm sai lệch kết quả đo ở mô sâu”.

Nhưng Canning đã tìm ra giải pháp cho những vấn đề tồn tại lâu đời này tại một phòng thí nghiệm khác trong khuôn viên Đại học Duke.

Vũ Trí là nghiên cứu sinh tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Junjie Yao - PGS Kỹ thuật Y sinh Jeffrey N. Vinik - nơi anh nghiên cứu về chụp cắt lớp quang âm - một kỹ thuật hình ảnh sử dụng phương pháp chiếu tia laser vào mô và đo sóng siêu âm thu được để tạo ra hình ảnh nhiều màu sắc. Vào thời điểm đó, Vũ Trí đang chế tạo một hệ thống vòng cảm biến toàn phần để chụp ảnh động vật nhỏ - phương pháp được anh gọi là chụp cắt lớp vi tính quang âm (PACT).

“Nó trông giống như một máy MRI thu nhỏ”, Vũ Trí - giải thích. “Nhưng khi đưa một con vật như chuột vào hệ thống, chúng tôi có thể chụp ảnh mô sâu xuyên qua toàn bộ cơ thể con vật”.

Canning đã nghe nói về công nghệ của nhà nghiên cứu này và tò mò liệu việc kết hợp công nghệ ấy với các nano có hình ngôi sao của anh sẽ đem lại kết quả như thế nào. Nhà nghiên cứu người Việt cũng có sự tò mò tương tự. Trong các thí nghiệm ban đầu, nhóm nghiên cứu nhận thấy hệ thống hình ảnh của Vũ Trí có thể dễ dàng theo dõi sự tích tụ các nano của Canning trong các khối u và mô mục tiêu trên khắp cơ thể động vật.

Họ cũng phát hiện ra rằng độ nhạy nhiệt của hình ảnh quang âm cho phép nhóm nghiên cứu đo chính xác hơn nhiệt độ của các nano và mô xung quanh.

Canning và Vũ Trí đã thử nghiệm hiệu quả của hệ thống trên mô hình chuột mắc ung thư bàng quang với phiên bản cải tiến của nano vàng có hình ngôi sao. Thiết kế mới của Canning bao bọc mỗi nano trong một lớp vỏ vàng rỗng, giúp ổn định các nhánh sao khi chúng nóng lên, ngăn chúng tan chảy thành hình cầu.

Khi kết hợp với hệ thống PACT của Vũ Trí, nhóm nghiên cứu có thể dễ dàng phát hiện và chụp ảnh các hạt nano, đồng thời theo dõi tiến trình xử lý quang nhiệt. Nhờ vào việc theo dõi nhiệt độ chính xác hơn, nhóm nghiên cứu có thể xác định được liều lượng nhiệt độ lý tưởng cần thiết để kích hoạt các hạt nano và tiêu diệt tế bào.

Sự kết hợp của các công nghệ này đã mang lại tỷ lệ sống sót 100% ở các mô hình ung thư bàng quang. Các nhà khoa học cũng không quan sát thấy độc tính liên quan đến điều trị hoặc tổn thương mô bề mặt.

Canning cho biết: “Việc tích hợp các công nghệ này là bước tiến quan trọng hướng tới việc giải quyết những thách thức trên toàn lĩnh vực và tiến gần hơn đến phương pháp điều trị cá nhân hóa”.

Hai nhà khoa học này hiện cũng đang có kế hoạch tiếp tục nghiên cứu hiệu quả của các công cụ mới trên mô hình động vật lớn hơn. Họ cũng hy vọng tìm hiểu cách sử dụng các công cụ này để minh họa cách PTT có thể được sử dụng kết hợp với các phương pháp điều trị khác như liệu pháp miễn dịch để tối ưu hóa phản ứng miễn dịch chống ung thư.

“Nghiên cứu này mở ra nhiều cơ hội để khám phá những phương pháp mới nhằm thúc đẩy và cải thiện liệu pháp quang nhiệt thông qua việc sử dụng hình ảnh quang âm”, Vũ Trí nói. “Aidan và tôi đều biết ơn vì phòng thí nghiệm của chúng tôi và Khoa Kỹ thuật Y sinh ở Đại học Duke đã giúp tạo ra một môi trường thuận lợi cho sự hợp tác đó”.

Bài đăng KH&PT số 1369 (số 45/2025)

Khoahocphattrien