Một nhóm các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Zurich, Thụy Sĩ đã phát triển một phương pháp mới để phân tích mẫu tế bào và các thành phần của tế bào, tạm gọi là Kỹ thuật Hình ảnh Huỳnh quang Gián tiếp Lặp lại (4i) (Iterative Indirect Immunofluorescence Imaging). Công nghệ mới ra đời cải tiến đáng kể kỹ thuật hình ảnh huỳnh quang thông thường được áp dụng trong y sinh học cũng như cung cấp cho bác sĩ lâm sàng lượng lớn dữ liệu từng mẫu riêng lẻ. Phương pháp 4i cho phép quan sát sự phân bố không gian của ít nhất 40 loại protein và phân tích quá trình biến đổi của chúng trong tế bào, ở các mức độ khác nhau, từ phạm vi mô đến phạm vi hệ cơ quan.
Số lượng protein được được quan sát cùng lúc gấp 10 lần
Gabriele Gut, Viện Khoa học Đời sống Phân tử tại UZH, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “4i là kỹ thuật hình ảnh đầu tiên mang lại cho chúng ta hình ảnh ghép kênh của các mẫu sinh học trong phạm vi mô và cơ quan. Lần đầu tiên, chúng tôi có thể kết nối dữ liệu ghép kênh phạm vi mô, tế bào và dưới tế bào trong cùng một thí nghiệm“.
Immunofluorescence (IF) sử dụng kháng thể để hiển thị hóa và định vị protein trong các mẫu sinh học. Trong khi phương pháp IF tiêu chuẩn thường đánh dấu ba protein thì kỹ thuật 4i sử dụng kháng thể có sẵn và kính hiển vi huỳnh quang thông thường để hiển thị hóa số lượng protein gấp mười lần bằng cách lặp lại và loại bỏ các kháng thể khỏi mẫu. Gabriele Gut giải thích: “Hãy tưởng tượng các nhà sinh học tế bào là nhà báo. Mỗi thí nghiệm là một cuộc phỏng vấn với một tế bào. Với IF thông thường tôi có thể hỏi ba câu hỏi, trong khi với 4i, tôi có thể thảo luận về hơn 40 chủ đề“.
Bản đồ cung cấp khảo sát cái nhìn bao quát có hệ thống về tế bào
Rào cản tiếp theo mà các nhà nghiên cứu phải đối mặt là việc phân tích lượng dữ liệu khổng lồ thu thập được. Nhóm tạo ra hình ảnh của hàng nghìn tế bào với độ phân giải dưới tế bào cho 40 kênh trong hơn 10 điều kiện điều trị. Trên thực tế, mắt người và não bộ không thể xử lý độ phức tạp sinh học do 4i thu thập.
Để tận dụng đầy đủ dữ liệu 4i, Gabriele Gut đã phát triển một chương trình máy tính mới để hiển thị hóa và phân tích có tên gọi là Bản đồ Protein Ghép kênh. Nó tách tín hiệu huỳnh quang ghép kênh cho hàng triệu pixel và tạo ra một bản đồ trừu tượng miêu tả sự phân bố protein ghép kênh trong các tế bào.
Từ đó, các nhà nghiên cứu có thể khảo sát một cách có hệ thống về bối cảnh tế bào: Họ đã hiển thị hóa tổ chức nội bào không gian của hầu hết các bào quan động vật có vú dọc theo chu trình tế bào và trong các môi trường vi mô khác nhau.
Thúc đẩy y học chính xác
Các ứng dụng cho kỹ thuật 4i và bản đồ ghép kênh protein rất đa dạng trong nghiên cứu cơ bản và y học chính xác. “Chúng tôi hy vọng rằng kỹ thuật 4i và bản đồ ghép kênh protein sẽ giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về các quy trình vốn đã từng được xem là vấn đề trọng tâm trong nghiên cứu sinh học trong nhiều thập kỷ“, Gut cho biết. Đồng thời, các nhà khoa học cũng lên kế hoạch sử dụng những công nghệ này để thúc đẩy các biên giới của y học chính xác, đặc biệt là trong chẩn đoán ung thư và lựa chọn liệu pháp.
Phương pháp mới đã được áp dụng trong liệu pháp chữa ung thư
Phương pháp 4i mới cũng có thể được sử dụng để xác định ảnh hưởng của các chất dược lý đối với tổ chức và sinh lý tế bào. Kỹ thuật này hiện cũng đang được sử dụng trong một hợp tác nghiên cứu dịch thuật với các bác sĩ lâm sàng và một công ty dược phẩm với mục đích cải thiện kết quả điều trị ở bệnh nhân ung thư. Nghiên cứu của Lucas Pelkmans, giáo sư tại Viện Khoa học Đời sống Phân tử tại UZH, và nhóm nghiên cứu của ông nhắm tới mô tả đặc điểm tế bào ung thư ở những bệnh nhân đã được điều trị bằng các loại thuốc ung thư khác nhau. Các nhà khoa học hy vọng rằng kết quả phòng thí nghiệm sẽ cung cấp thông tin để hỗ trợ đưa ra quyết định lâm sàng cho quá trình điều trị của từng bệnh nhân. Bên cạnh đó, nhóm có kế hoạch tiến hành thử nghiệm kỹ thuật 4i và bản đồ ghép kênh protein trên các phần mô của khối u để xác định các dấu ấn sinh học có liên quan để từ đó cải thiện chất lượng chẩn đoán và tiên lượng cho bệnh nhân ung thư.
P.K.L (NASATI), theo https://phys.org/news/2018-08-method-refines-cell-sample-analysis.html