Thiết bị cầm tay nhỏ này có thể phát hiện ung thư từ một giọt máu

Thiết bị cầm tay phát hiện ung thư từ một giọt máu.

Một giọt máu có thể chứa nhiều tín hiệu quan trọng về tình trạng sức khỏe của con người. Trong y học hiện đại, việc tìm kiếm các dấu ấn sinh học trong máu đang trở thành hướng nghiên cứu đáng chú ý, đặc biệt với ung thư – căn bệnh mà phát hiện sớm có thể tạo ra khác biệt lớn trong điều trị.

Mới đây, nhóm nghiên cứu do Phó giáo sư Wen Liaoyong thuộc Đại học Tây Hồ, Hàng Châu, Trung Quốc dẫn đầu đã phát triển một thiết bị nhỏ gọn, vừa trong lòng bàn tay, có khả năng phát hiện dấu ấn sinh học ung thư từ một giọt máu. Công trình được công bố trên tạp chí Nature Photonics ngày 13/5.

Theo nhóm nghiên cứu, hệ thống mới có độ nhạy cao hơn khoảng 10.000 lần so với phương pháp ELISA truyền thống trong việc phát hiện dấu ấn liên quan đến ung thư phổi giai đoạn sớm. Điểm đáng chú ý là nhóm của ông Wen đã thu nhỏ một hệ thống phát hiện vốn có kích thước tương đương với tủ lạnh hai cửa thành thiết bị cầm tay. Các thiết bị truyền thống thường cần lăng kính, máy quang phổ và đường dẫn quang học phức tạp, nên chủ yếu được sử dụng trong phòng thí nghiệm hoặc cơ sở xét nghiệm chuyên sâu.

Thu nhỏ hệ thống xét nghiệm

Để thu nhỏ thiết bị, nhóm nghiên cứu sử dụng cơ chế gọi là cảm biến khúc xạ điều biến Q. Khác với phương pháp quang phổ truyền thống vốn đo bước sóng ánh sáng, cơ chế mới đo cường độ ánh sáng. Cách tiếp cận này giúp đơn giản hóa cấu trúc hệ thống, giảm số lượng linh kiện quang học cần thiết.

Nhóm của ông Wen thiết kế một chip 3D sử dụng siêu vật liệu – các bề mặt nhân tạo có khả năng điều khiển ánh sáng theo cách mà vật liệu tự nhiên không làm được. Nếu phạm vi thay đổi chỉ số khúc xạ được ví như một thước đo dài một mét, hệ thống này có thể phát hiện những biến đổi rất nhỏ, tới mức vài micromet.

Thiết bị hoàn chỉnh chỉ gồm chip cảm biến 3D BIC, nguồn sáng LED và bộ tách sóng quang. Nhờ cấu trúc đơn giản hơn, hệ thống có thể được lắp ráp thành thiết bị nhỏ gọn, hướng tới sử dụng ngoài môi trường phòng thí nghiệm.

Một thách thức lớn của các công nghệ cảm biến nano là chi phí sản xuất. Các chip quang học truyền thống dựa trên siêu vật liệu thường được chế tạo bằng phương pháp khắc từng nét, khiến mỗi chip có thể có giá tới hàng trăm USD. Nhóm nghiên cứu đã chuyển sang cách tiếp cận tạo mẫu trước rồi sản xuất hàng loạt. Nhờ đó, hàng nghìn chip đồng nhất có thể được in trên một tấm wafer 8 inch, đưa chi phí mỗi chip xuống khoảng 5 USD.

Nếu được kiểm chứng thêm, yếu tố chi phí thấp có thể giúp công nghệ này phù hợp hơn với các cơ sở y tế tuyến dưới, khu vực thiếu hạ tầng xét nghiệm hoặc các mô hình chăm sóc sức khỏe từ xa. Tuy nhiên, chi phí chip thấp không đồng nghĩa với việc toàn bộ quy trình xét nghiệm sẽ rẻ ngay khi triển khai thực tế, bởi còn phụ thuộc vào thiết bị đọc, quy trình lấy mẫu, chuẩn hóa xét nghiệm, nhân lực và phê duyệt quản lý.

Hệ thống dò tìm cầm tay (ảnh trên) sử dụng chip 3D có thể được sản xuất hàng loạt trên tấm wafer với giá 5 USD mỗi chip.

Thử nghiệm với ung thư phổi

Để kiểm chứng khả năng ứng dụng, nhóm của Đại học Tây Hồ hợp tác với Đại học Hạ Môn nhằm phát hiện các túi ngoại bào nhỏ liên quan đến ung thư phổi. Đây là những dấu ấn sinh học quan trọng trong sinh thiết dịch thể, nhưng nồng độ rất thấp ở bệnh nhân giai đoạn đầu khiến việc phát hiện bằng phương pháp truyền thống gặp nhiều khó khăn.

Trong thử nghiệm với 171 mẫu huyết thanh lâm sàng từ bệnh nhân ung thư phổi, thiết bị đạt độ chính xác 94,9% trong phát hiện sớm ung thư phổi và 92,1% trong theo dõi sau phẫu thuật. Trong khi đó, phương pháp ELISA truyền thống đạt 74,7%.

Những con số này cho thấy tiềm năng của công nghệ mới, nhưng cần được hiểu trong đúng bối cảnh: đây là kết quả thử nghiệm với một nhóm mẫu cụ thể, tập trung vào dấu ấn liên quan đến ung thư phổi. Thiết bị chưa thể được xem là công cụ phát hiện mọi loại ung thư, chưa thể thay thế các phương pháp chẩn đoán lâm sàng như chẩn đoán hình ảnh, xét nghiệm chuyên sâu hoặc sinh thiết mô khi cần thiết.

Triển vọng nhưng không nên kỳ vọng quá mức

Trong các nghiên cứu về phát hiện ung thư từ máu, ranh giới giữa “triển vọng” và “ứng dụng đại trà” thường khá xa. Một công nghệ có thể đạt kết quả tốt trong phòng thí nghiệm hoặc thử nghiệm ban đầu, nhưng để trở thành xét nghiệm y tế phổ biến, cần thêm các nghiên cứu quy mô lớn, đa trung tâm và đánh giá độc lập.

Các vấn đề như dương tính giả, âm tính giả, tiêu chuẩn đọc kết quả, quy trình theo dõi sau xét nghiệm và phê duyệt của cơ quan quản lý đều có ý nghĩa quan trọng. Với ung thư, một kết quả dương tính giả có thể khiến người bệnh lo lắng và phải thực hiện thêm nhiều xét nghiệm xâm lấn; ngược lại, âm tính giả có thể tạo cảm giác an toàn sai lệch.

Vì vậy, cách hiểu phù hợp hơn là thiết bị này có thể hỗ trợ sàng lọc hoặc phát hiện dấu ấn sinh học ung thư giai đoạn sớm, thay vì coi đây là “máy chẩn đoán ung thư tại nhà”. Các chuyên gia về sinh thiết lỏng cũng thường nhấn mạnh rằng xét nghiệm máu phát hiện ung thư nhiều khả năng sẽ bổ sung, chứ không thay thế hoàn toàn, các phương pháp sàng lọc đã được chứng minh là hiệu quả.

Một xu hướng nghiên cứu rộng hơn

Thiết bị của nhóm Đại học Tây Hồ không phải là nỗ lực đơn lẻ. Nhiều năm qua, các nhóm nghiên cứu trên thế giới đã theo đuổi hướng “lab-on-a-chip” – thu nhỏ phòng xét nghiệm lên một con chip – để phát hiện dấu ấn ung thư từ máu, huyết tương, nước tiểu hoặc các dịch sinh học khác.

Năm 2019, các nhà nghiên cứu tại Đại học Kansas phát triển thiết bị “lab-on-a-chip” có thể phát hiện exosome liên quan đến ung thư từ một giọt máu hoặc huyết tương. Trước đó, Đại học Kansas cũng từng giới thiệu công nghệ lab-on-a-chip cho phát hiện sớm ung thư phổi bằng một lượng máu nhỏ, với mục tiêu rút ngắn thời gian xét nghiệm, giảm chi phí và cải thiện độ nhạy so với thiết bị để bàn truyền thống.

Tại Đại học California San Diego, các nhà nghiên cứu từng phát triển hệ thống chip điện tử có thể tách exosome trực tiếp từ máu trong vài phút, sử dụng một giọt máu mà không cần xử lý phức tạp. Công nghệ này được kỳ vọng hỗ trợ phát hiện dấu hiệu ung thư tụy – loại ung thư thường khó phát hiện sớm.

Gần đây hơn, một số nhóm nghiên cứu phát triển cảm biến ánh sáng kết hợp công nghệ DNA, CRISPR và chấm lượng tử để phát hiện nồng độ rất thấp của biomarker ung thư trong máu. Ngoài ra, các thiết bị sàng lọc ung thư di động chi phí thấp cũng đang được nghiên cứu tại nhiều nước, trong đó có nguyên mẫu CanDect Dx tại Ấn Độ, dùng các biomarker protein để sàng lọc nhiều loại ung thư từ huyết thanh máu ngoại vi.

Những nghiên cứu trên cho thấy một xu hướng rõ ràng: y học đang tìm cách đưa xét nghiệm ung thư sớm trở nên ít xâm lấn hơn, nhanh hơn, rẻ hơn và dễ tiếp cận hơn. Sinh thiết lỏng, cảm biến quang học, chip vi lưu và các thiết bị xét nghiệm tại điểm chăm sóc có thể giúp mở rộng khả năng sàng lọc, đặc biệt ở những nơi thiếu thiết bị xét nghiệm chuyên sâu.

Tuy nhiên, giá trị lớn nhất của thiết bị do nhóm Đại học Tây Hồ phát triển hiện nằm ở bằng chứng công nghệ: hệ thống cảm biến sinh học quang học nano có thể được thu nhỏ, tăng độ nhạy và giảm chi phí sản xuất chip. Từ đó đến một sản phẩm y tế được dùng rộng rãi vẫn cần thêm thời gian.

Nếu vượt qua các bước kiểm định lâm sàng và quản lý, những thiết bị như vậy có thể góp phần thay đổi cách phát hiện sớm ung thư trong tương lai. Nhưng ở thời điểm hiện tại, đây nên được nhìn nhận là một bước tiến nghiên cứu đáng chú ý, không phải là lời hứa rằng ung thư có thể được chẩn đoán đơn giản chỉ bằng một thiết bị cầm tay tại nhà.

Cách phát hiện và chặn thiết bị lạ khiến WiFi nhà bạn bị yếu Kiểm soát kết nối WiFi giúp mạng luôn ổn định và bảo vệ thông tin cá nhân. Nếu phát hiện thiết bị lạ truy cập, ...

Phát triển ứng dụng AI nhằm phát hiện người lái xe say rượu thông qua giọng nói Đại học Metropolitan Hong Kong (Trung Quốc) đang phát triển ứng dụng cho phép đánh giá tác động của rượu tại thời điểm thực để ...