Các nhà khoa học của Bang Penn đã phát triển một phương pháp cải tiến dựa trên bong bóng để quan sát hoạt động của tế bào miễn dịch. Đại thực bào là những tế bào nhỏ nhưng thiết yếu trong hệ thống miễn dịch, hứa hẹn sẽ là liệu pháp tế bào cho nhiều tình trạng sức khỏe khác nhau. Việc nhận ra toàn bộ tiềm năng của liệu pháp đại thực bào phụ thuộc vào khả năng quan sát hoạt động của chúng trong cơ thể. Giờ đây, các nhà nghiên cứu của bang Pennsylvania có thể phát triển phương pháp theo dõi hoạt động của các tế bào này.
Chi tiết nghiên cứu và tầm quan trọng của đại thực bào
Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Small, các nhà nghiên cứu của bang Pennsylvania đã báo cáo một kỹ thuật chụp ảnh siêu âm mới có thể quan sát liên tục đại thực bào trong mô động vật có vú, với những ứng dụng tiềm năng trong tương lai ở người.
"Đại thực bào là các tế bào miễn dịch đóng vai trò quan trọng trong hầu hết mọi chức năng của hệ thống miễn dịch, từ phát hiện và loại bỏ mầm bệnh cho đến chữa lành vết thương", tác giả tương ứng Scott Medina, Phó giáo sư hướng nghiệp sớm William và Wendy Cobb tại Khoa Kỹ thuật y sinh cho biết. "Nó là một thành phần của hệ thống miễn dịch và là cầu nối thực sự giữa hai loại miễn dịch: miễn dịch bẩm sinh, phản ứng với mọi thứ rất nhanh nhưng không chính xác; và miễn dịch thích nghi, bắt đầu chậm hơn nhiều nhưng phản ứng chính xác hơn nhiều."
Đại thực bào điều chỉnh hai nhánh phản ứng miễn dịch này của cơ thể, giúp cơ thể đạt được các chức năng như chống nhiễm trùng và tái tạo mô. Mặt khác, chúng cũng giúp điều hòa tình trạng viêm liên quan đến chấn thương và các tình trạng như tiểu đường và viêm khớp dạng thấp. Medina tin rằng những tế bào này có thể được khai thác và áp dụng để điều trị các bệnh như ung thư, bệnh tự miễn, nhiễm trùng và mô bị tổn thương. Liệu pháp này sẽ bao gồm việc cô lập, biến đổi và/hoặc chế tạo các đại thực bào để tăng cường đặc tính của chúng trong việc chống lại bệnh tật, kiểm soát các phản ứng miễn dịch và thúc đẩy quá trình sửa chữa mô.
Medina cho biết: "Nếu chúng ta có thể hình dung hoạt động của các tế bào này trong cơ thể theo thời gian thực, thì chúng ta có thể tìm hiểu rất nhiều về cách bệnh phát triển và cách chữa lành. Điều này sẽ cho phép chúng ta xem hoạt động của các tế bào trong cơ thể, bởi vì hiện tại, chúng ta chỉ có thể lấy tế bào ra khỏi cơ thể và nhìn thấy chúng trong một đĩa hoạt động, và hành vi này khác với những gì chúng ta thấy trong cơ thể. "
Công nghệ hình ảnh siêu âm
Các nhà nghiên cứu đã chuyển sang hình ảnh siêu âm, một kỹ thuật phổ biến để quan sát các mô bên trong cơ thể. Tuy nhiên, chỉ sử dụng sóng siêu âm, các đại thực bào đã trộn lẫn với các tế bào đồng loại của chúng.
Như nhiều người nấu ăn tại nhà đều biết, nhũ tương là hỗn hợp của những giọt dầu lơ lửng trong chất lỏng như giấm hoặc nước, dùng để làm nước sốt salad; nhũ tương nano có nghĩa là những giọt dầu đó rất nhỏ, đường kính chỉ nanomet. Medina cho biết: "Trong hình ảnh siêu âm, các đại thực bào về cơ bản là vô hình vì bạn không thể biết những tế bào này có liên quan đến đâu so với tất cả các tế bào khác trong mô của chúng ta. Chúng đều hoạt động giống nhau nên bạn không thể thực sự nhìn thấy các tế bào cụ thể. Chúng tôi phải tạo ra thứ gọi là chất tương phản, thứ có thể dán nhãn cho các tế bào mà chúng tôi quan tâm và sau đó cung cấp một số độ tương phản trong hình ảnh khác với nền. Đó là nơi các nhũ tương nano này phát huy tác dụng".
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng nhũ tương nano để tạo ra bong bóng đàn hồi hơn. Bong bóng phản xạ sóng âm siêu âm rất hiệu quả; tuy nhiên, nếu ai đó tiêm bong bóng vào bệnh nhân thì hiệu quả sẽ không tốt vì bong bóng vỡ nhanh.
Inhye Kim, một postdoc về kỹ thuật y sinh và là tác giả đầu tiên của nghiên cứu, cho biết: "Chúng tôi cần một cách để cho phép các bong bóng hình thành trong khi chụp ảnh, thay vì trước khi chụp ảnh, đồng thời cho phép các bong bóng này tồn tại lâu nhất có thể."
Các nhà nghiên cứu đã đưa các giọt nhũ tương nano vào tế bào để tiếp nhận chúng. Dưới tác dụng của sóng siêu âm, các giọt chất lỏng chuyển pha và trở thành khí, tạo ra bong bóng. Sự thay đổi này được tạo điều kiện thuận lợi bởi áp suất do sóng siêu âm tạo ra, đẩy và kéo các giọt khi chúng dao động, sử dụng áp suất để buộc các giọt sôi, khiến chúng bốc hơi và biến thành bong bóng.
Medina cho biết: "Nó tương tự như cách nước sôi ở nhiệt độ thấp hơn ở những nơi như Colorado, nơi nước sôi ở nhiệt độ thấp hơn vì có ít áp suất hơn để ngăn nó sôi. Chúng tôi tạo áp lực lên giọt nước thông qua siêu âm, làm cho nó sôi một cách hiệu quả khi chúng tôi muốn nó sôi để nó bay hơi và tạo thành bong bóng. "
Kết quả nghiên cứu và ứng dụng trong tương lai
Họ đã thử nghiệm công nghệ mới này trên các mẫu mô lợn và nhận thấy rằng các đại thực bào chụp ảnh có hiệu quả. Medina cho biết với phương pháp này, các nhà nghiên cứu có thể liên tục quan sát hoạt động của các tế bào miễn dịch trong cơ thể, từ đó hiểu rõ hơn về cách hệ thống miễn dịch được điều hòa và vai trò của nó trong việc chống lại bệnh tật. Ngoài ra, phương pháp này có thể giúp phát triển các liệu pháp tế bào miễn dịch tốt hơn cho bệnh nhân trong tương lai. Ví dụ, đối với bệnh nhân ung thư, nghiên cứu này có thể làm cho liệu pháp đại thực bào hiệu quả hơn với ít tác dụng phụ hơn và nhẹ hơn.
Các bước tiếp theo trong nghiên cứu bao gồm khám phá khả năng sử dụng kỹ thuật này để hình dung các loại tế bào miễn dịch khác trong cơ thể hoặc để theo dõi sự tích tụ mảng bám trong động mạch. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm cộng tác viên để cải tiến công nghệ.
Các nhà nghiên cứu hy vọng được cộng tác với những người khác trong lĩnh vực nghiên cứu miễn dịch học, những người có mối quan tâm đặc biệt và có thể thấy công nghệ này hữu ích, đồng thời sẵn sàng hợp tác và ứng dụng hơn nữa.