Các nhà nghiên cứu tại Đại học bang Michigan (MSU) đã chỉ ra rằng châu chấu không chỉ có khả năng "đánh hơi" thấy sự khác biệt giữa tế bào ung thư và tế bào khỏe mạnh, mà còn phân biệt được các dòng tế bào ung thư khác nhau.
Tuy nhiên, chúng ta không cần lo lắng về việc châu chấu sẽ tràn ngập phòng khám của các bác sĩ. Thay vào đó, các nhà nghiên cứu nói rằng công trình này có thể cung cấp cơ sở cho các thiết bị sử dụng tế bào thần kinh cảm giác của côn trùng để phát hiện sớm ung thư từ hơi thở của bệnh nhân.
Các tác giả của nghiên cứu mới cho biết, tuy những thiết bị như vậy không thể xuất hiện chỉ trong một sớm một chiều, nhưng chúng không quá xa vời.
Một phần là do con người đã quen với công nghệ tăng cường năng lực cho các giác quan tự nhiên của chúng ta. Ví dụ, kính thiên văn và kính hiển vi giúp con người nhìn thấy những thế giới khác mà vô hình với chúng ta.
Debajit Saha, phó giáo sư kỹ thuật y sinh tại MSU, cho rằng, khứu giác vẫn là sáng tạo tuyệt vời của tự nhiên. Cảm biến khí của con người còn xa mới đạt đến được.
Đó là lý do tại sao chúng ta tin tưởng sử dụng khả năng siêu đánh hơi của những con chó để phát hiện ma túy, chất nổ và gần đây là cả COVID-19.
Các nhà khoa học đang nghiên cứu công nghệ có thể bắt chước khứu giác, nhưng tất cả những thứ họ tạo ra không thể cạnh tranh với tốc độ, độ nhạy và đặc tính của khứu giác sinh học.
Saha cho biết: “Mọi người đã nghiên cứu về 'mũi điện tử' trong hơn 15 năm, nhưng họ vẫn chưa đạt được những gì mà mũi sinh học có thể làm một cách liền mạch”.
Việc phát minh ra các thiết bị cảm biến khí này tạo ra cơ hội phát hiện sớm các bệnh, đặc biệt là những bệnh như ung thư để can thiệp sớm. Khi mắc bệnh ung thư ở giai đoạn đầu, bệnh nhân có 80% đến 90% cơ hội sống sót. Nhưng nếu nó đến giai đoạn 4, những cơ hội đó giảm mạnh xuống chỉ còn 10% đến 20%.
Tế bào ung thư hoạt động khác với tế bào khỏe mạnh. Chúng tạo ra các hợp chất hóa học khác trong quá trình phát triển. Nếu những hóa chất này xâm nhập vào phổi hoặc đường thở của bệnh nhân, các hợp chất này có thể được phát hiện trong hơi thở.
Saha nói: "Về mặt lý thuyết, bạn có thể hít thở vào một thiết bị và nó sẽ có thể phát hiện và phân biệt nhiều loại ung thư và thậm chí cả giai đoạn bệnh hiện tại. Tuy nhiên, một thiết bị như vậy vẫn chưa được sử dụng trong môi trường lâm sàng".
Vì vậy, Saha và nhóm của anh đang phát triển một cách tiếp cận mới. Thay vì cố gắng tạo ra một thứ gì đó hoạt động giống như sinh học, thì họ bắt đầu với các giải pháp mà sinh học có sẵn. Về cơ bản, nhóm nghiên cứu đang "hack" não côn trùng để sử dụng nó cho việc chẩn đoán bệnh.
Anh nói: “Đây là một lĩnh vực mới hầu như chưa được khám phá”.
Saha và nhóm của anh đã chọn châu chấu để nghiên cứu vì một số lý do. Trong nhiều thập kỷ, loài này đã phục vụ cộng đồng khoa học như những sinh vật mẫu, như ruồi giấm. Các nhà nghiên cứu đã xây dựng được sự hiểu biết có ý nghĩa về các cảm biến khứu giác và các mạch thần kinh tương ứng của chúng. Và, so với ruồi giấm, châu chấu lớn hơn và khỏe mạnh hơn.
Do các đặc trưng nói trên, các nhà nghiên cứu MSU có thể gắn các điện cực vào não châu chấu một cách tương đối dễ dàng. Sau đó, họ ghi lại phản ứng của côn trùng đối với các mẫu khí được tạo ra bởi các tế bào khỏe mạnh và tế bào ung thư.
Hợp tác trong nghiên cứu phát hiện ung thư sớm
Đây không phải là lần đầu tiên nhóm của Saha nghiên cứu về vấn đề này. Vào năm 2020, khi còn ở Đại học Washington, anh cũng dẫn đầu nghiên cứu phát hiện chất nổ với châu chấu. Chính vì nghiên cứu này nên một viện nghiên cứu của MSU do Christopher Contag làm giám đốc đã tuyển dụng Saha.
Contag, giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Y sinh và Khoa Vi sinh và Di truyền Phân tử tại MSU, cho biết: "Tôi nói với anh ấy rằng: ‘Khi anh đến đây, chúng ta sẽ phát hiện ung thư. Tôi chắc chắn rằng châu chấu của anh có thể làm được’”.
Một trong những trọng tâm nghiên cứu của Contag là tìm hiểu lý do tại sao các tế bào từ ung thư miệng lại xuất hiện khác biệt dưới kính hiển vi và các công cụ quang học. Phòng thí nghiệm của ông đã tìm thấy các chất chuyển hóa khác nhau trong các dòng tế bào, giúp giải thích sự khác biệt về quang học. Hóa ra một số chất chuyển hóa đó dễ bay hơi, có nghĩa là chúng có thể bị phát hiện bằng khứu giác.
Contag nói: “Các tế bào trông rất khác nhau về mặt trao đổi chất, và chúng trông khác nhau về mặt quang học. Chúng tôi nghĩ rằng sẽ rất hợp lý khi xem xét chúng từ góc độ các chất bay hơi”.
Cảm biến châu chấu của Saha đã cung cấp nền tảng hoàn hảo để kiểm tra điều đó. Hai nhóm nghiên cứu đã hợp tác để điều tra xem châu chấu có thể phân biệt tế bào khỏe mạnh với tế bào ung thư như thế nào bằng cách sử dụng ba dòng tế bào ung thư miệng khác nhau.
Contag cho biết: “Chúng tôi mong đợi rằng các tế bào ung thư sẽ xuất hiện khác với các tế bào bình thường. Nhưng khi những con bọ có thể phân biệt ba loại ung thư khác nhau, điều đó thật đáng kinh ngạc”.
Mặc dù kết quả của nhóm nghiên cứu tập trung vào ung thư miệng, các nhà nghiên cứu tin rằng hệ thống của họ sẽ hoạt động với bất kỳ loại ung thư nào sinh ra các chất chuyển hóa dễ bay hơi vào hơi thở.
Contag nói: “Khả năng phát hiện ung thư sớm rất quan trọng và chúng ta nên sử dụng mọi công cụ có thể để đạt được điều đó, cho dù điều đó được tạo ra hay cung cấp cho chúng ta bởi quá trình chọn lọc tự nhiên hàng triệu năm. Nếu chúng tôi thành công, ung thư sẽ là một căn bệnh có thể điều trị được”.
Văn Thiện
