• Cắt bỏ dạ dày và thực quản, tạo hình bằng đại tràng cho người bệnh ung thư
• Hạn chế những căn bệnh ung thư có tỷ lệ mắc cao nhất ở Việt Nam
• Người bệnh ung thư có nguy cơ nhiễm COVID-19 cao hơn

Bài viết dưới đây của tác giả Courtney Sexton, nhà văn kiêm nhà nghiên cứu hoạt động ở Washington, DC, chuyên gia nghiên cứu về các tương tác giữa người và động vật. Bà Courtney là một thành viên của Truyền thông đại chúng AAAS 2020 và là đồng tác giả kiêm giám đốc của The Inner Loop, một tổ chức phi lợi nhuận cho các nhà văn.

Dùng màu sắc làm tác nhân hình ảnh chẩn đoán bệnh

Khi họa sĩ nghiệp dư Cristina Zavaleta đăng ký tham gia một lớp học minh họa với các họa sĩ hoạt họa Pixar nhằm tạo ra nhân vật, bà không hề mảy may nghĩ rằng mình cũng đang bắt tay vào một lĩnh vực nghiên cứu khoa học mới mẻ. Thời điểm đó, công việc của bà Zavaleta là nhà nghiên cứu về y sinh học sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm hình ảnh phân tử ở Đại học Stanford có liên quan đến việc đánh giá các chất tương phản như thuốc nhuộm và dùng chúng để phát hiện các khối u trong cơ thể động vật.

Nhà nghiên cứu y sinh học Cristina Zavaleta. Ảnh nguồn: USC News

Trong suốt lớp học nghệ thuật của mình, nhà nghiên cứu Zavaleta đã bị ấn tượng bởi cường độ của các loại màu sắc bột màu và những loại sơn nước sống động mà các bạn học của bà đang sử dụng. Nhà nghiên cứu Zavaleta sửng sốt nói: "Họ đã thu nhận những tác phẩm với màu sắc đặc biệt lạ thường, sinh động màu sắc. Và tôi đang phân vân làm thế nào để có thể làm nên điều đó một cách trực quan".

Câu hỏi đơn giản đó cuối cùng đã đưa bà Zavaleta (giờ đây đang là PGS về kỹ thuật y sinh học tại Đại học Nam California, USC) cùng các đồng nghiệp của mình tạo ra một dạng thư viện chi tiết đầu tiên về các đặc tính hình ảnh quang học của các chất màu và thuốc nhuộm thường xuyên được sử dụng trong mọi hoạt động từ xăm mình cho đến màu thực phẩm.

Các nhà nghiên cứu hy vọng công trình nghiên cứu của mình sẽ mở ra cánh cửa về cách sử dụng các màu sắc hàng ngày làm tác nhân hình ảnh trong những xét nghiệm y khoa, và có thể chúng sẽ hiệu quả hơn cho việc chẩn đoán ban đầu một vài căn bệnh ung thư. Hiện tại chỉ có 3 loại thuốc nhuộm có các đặc tính huỳnh quang được dùng làm các tác nhân cản quang hình ảnh gồm Xanh Methylene, Xanh Indocyanine và fluorescein, chúng được Cơ quan quản lý thuốc và thực phẩm Hoa Kỳ (FDA) phê chuẩn dùng cho con người.

Nên biết rằng trong y học chẩn đoán và một số thủ tục phẫu thuật, các tác nhân cản quang hình ảnh là những vật liệu dùng để cải thiện hình ảnh bên trong cơ thể người do chụp X-quang, chụp cắt lớp vi tính (CT), hình ảnh cộng hưởng từ (MRI) và siêu âm.

Những vật liệu dạng này có thể được uống hoặc tiêm vào người, và chúng tạm thời tạo ra các vùng màu sắc của cơ thể như tế bào cụ thể, nội tạng, mạch máu và mô giúp cho các bác sĩ lâm sàng có thể nhìn thấy những sự khác biệt và bất thường của dấu hiệu bệnh. Tuy vậy, nhà nghiên cứu Zavaleta vẫn đang tự hỏi về danh mục đặc biệt của các loại thực phẩm, thuốc và chất nhuộm thẩm mỹ có thể được con người sử dụng trong sinh hoạt thường nhật. Có hay không những tác nhân hình ảnh mà mắt thường không thể nhìn thấy? 

Nhà nghiên cứu Zavaleta phân trần: "Khi bộ não nghệ thuật của tôi suy nghĩ về những loại sơn này (từ lớp học) cá nhân tôi nghĩ liệu những loại sơn này có sẵn sàng dùng cho con người không? Và tia sáng lóe lên: Hình xăm". Các loại chất màu chất lượng cao dùng trong xăm mình được làm từ muối khoáng và phức chất (liên kết các ion và phân tử với các ion kim loại) được cô đọng từ các nguồn thiên nhiên và được con người sử dụng trong hàng ngàn năm qua. Khi nghĩ về hình xăm, bà Zavaleta đã liên hệ với ông Adam Sky, một nghệ sĩ xăm mình tại khu vực vịnh San Francisco, một người mà nhà nghiên cứu Zavaleta rất ngưỡng mộ.

Ông Sky cũng quan tâm tới dự án nghiên cứu của nhà nữ khoa học và vì thế đã trao cho bà Zavaleta một số loại mực mà ông đang sử dụng. Bà Zavalate nhớ lại: "Ngay lập tức tôi đã mang các loại mực đặt dưới kính hiển vi tại Đại học Stanford, và thực hiện từng xét nghiệm với chúng. Và thật lạ lùng với những thứ hiện ra trước mắt".

Đặc tính chẩn đoán bệnh của huỳnh quang và raman

Bà Zavaleta đã đo 2 yếu tố quang học của các loại mực, các đặc tính huỳnh quang của chúng và các đặc tính Raman. Huỳnh quang liên quan đến khả năng hấp thụ và phát xạ ánh sáng của thuốc nhuộm hoặc chất màu, trong khi đó Raman lại chỉ ra cách thức làm thế nào ánh sáng lại tán xạ được. Cả huỳnh quang và Raman cùng được sử dụng thông dụng trong các kỹ thuật hình ảnh của lĩnh vực ung thư.

Không phải tác nhân hình ảnh nào cũng có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Ảnh nguồn: Kay Fiedler/EyeEm/Getty Images

Các tác nhân huỳnh quang cao cung cấp độ nhạy trong hình ảnh; chỉ cần một lượng rất nhỏ cũng đủ phát sáng các khu vực trên cơ thể. Mặt khác, hình ảnh Raman còn cho phép "ghép kênh" hay hiểu nôm na là khả năng quan sát một vài tiến trình xảy ra ngay bên trong cơ thể người trong cùng một thời điểm. Những điều này có thể giúp cho biết liệu các tế bào hoặc mô đang biểu thị nhiều gene hoặc biểu thị một mức độ cao hơn đối với một dạng ung thư cụ thể chẳng hạn như HER2 với ung thư vú, hoặc EGFR với ung thư phổi.

Mỗi mục tiêu trong quá trình này sẽ có các thụ thể khác nhau và sẽ được chiếu sáng bởi các tác nhân khác nhau, tùy thuộc vào các đặc tính quang học của chúng, một số tác nhân sẽ tốt hơn những tác nhân khác. Nói tóm lại, các nhà nghiên cứu đã đánh giá đặc tính quang học của 30 loại thực phẩm, thuốc và thuốc nhuộm màu thẩm mỹ cũng như các chất màu mực xăm được phê chuẩn bằng cách sử dụng một máy quang phổ - một thứ dụng cụ đo cường độ ánh sáng sau khi nó đi qua một dung dịch mẫu.

7 chất màu sẽ cho ra các đặc tính huỳnh quang và so sánh lẫn nhau hoặc vượt quá 3 loại thuốc nhuộm lâm sàng được FDA phê chuẩn. Kế đó các nhà nghiên cứu sẽ đo những dấu hiệu Raman nhằm xem xét các dấu hiệu riêng biệt của đỉnh ánh sáng photon yếu với đỉnh ánh sáng photon mạnh là dấu hiệu hữu ích về ghép kênh. Cuối cùng, họ sẽ xét nghiệm các loại thuốc nhuộm và chất màu có hiệu ứng hiển thị tốt nhất bằng cách tiêm chúng như những tác nhân hình ảnh vào cơ thể chuột có u ung thư.

Dữ liệu từ nghiên cứu của Zavaleta và các đồng nghiệp của bà đã cho thấy loại thuốc nhuộm Xanh 8 được FDA phê chuẩn dùng trong các loại thuốc và mỹ phẩm có khả năng nhắm mục tiêu khối u hiệu quả ở chuột mắc u cổ tử cung và u đại tràng, và chất màu Cam 16 được tìm thấy trong mực xăm cũng cho ra những kết quả tương tự, từ đây đã hứa hẹn các đặc tính huỳnh quang sẽ giúp ích đáng kể trong việc nhắm mục tiêu khối u tiềm năng.

Những phát hiện này là rất quan trọng bởi vì chúng đã được lưu ý trong nghiên cứu: "không có phương thức hình ảnh duy nhất nào hiện có thể đáp ứng tất cả các nhu cầu nhạy cao trong lâm sàng, cũng như độ phân giải không gian và thời gian cao, khả năng ghép kênh cao, độ sâu thâm nhập cao, chi phí thấp và hiệu năng cao". Nói cách khác, không có tác nhân hình ảnh duy nhất nào có thể cung cấp đủ mọi thông tin mà bác sĩ cần.

Cảnh báo các độc tính gây hại

Phòng thí nghiệm ở USC nơi bà Zavaleta và các đồng nghiệp tiến hành nghiên cứu đã sử dụng các tác nhân tương phản hình ảnh dựa trên nano, hoặc các túi nhỏ hình cầu chứa đầy thuốc nhuộm và chất màu. Trong khi các tác nhân dựa trên nano được chấp thuận để dùng như một phương tiện hình ảnh con người, thì trong quá khứ cũng gây tranh cãi bởi độc tính tiềm tàng. 

Các nhà nghiên cứu đang đánh giá những đặc tính quang học của 30 loại thực phẩm, thuốc, chất nhuộm màu thẩm mỹ và chất màu mực xăm được FDA phê chuẩn. Ảnh nguồn: Cristina Zavaleta

Những hạt nano dựa trên kim loại như vàng và bạc từ lâu đã được biết là nằm trong cơ thể một thời gian dài sau khi tiếp xúc. Đây cũng là một trong những căn nguyên chính mà nhóm nghiên cứu đã sử dụng các hạt nano liposomal (được làm từ những vật liệu có tính năng phân hủy sinh học) với loại da béo tương tự như tế bào cơ thể người mà đã được dùng trong các ứng dụng khác như phân phối thuốc và dưỡng chất.

Nhà nghiên cứu Zavaleta giải thích: "Mực xăm có một mã vạch rất đặc biệt và nó giao kết với một loại hạt nano; mỗi loại mực sẽ có một dấu vân tay độc đáo, vàng khác với đỏ, đỏ khác với tím. Vì vậy nếu chúng ta có mọi loại hạt nano khác nhau thì giờ đây có thể nhắm mục tiêu đến các thụ thể khác nhau trên các khối u, chúng ta có thể nhấn mạnh khả năng phân biệt giữa các loại ung thư khác nhau". 

Một trong những cách sử dụng vật liệu như thế là có thể thu thập thông tin thời gian thực trong một lần xét nghiệm, chẳng hạn như nội soi đại tràng, tại đó các bác sĩ thường sẽ tìm kiếm trực quan một số loại polyp nhất định. Các tác nhân hình ảnh nâng cao cũng có tiềm năng làm giảm sự xâm chiếm của việc phát hiện và chẩn đoán bệnh, chẳng hạn như số lượng và kích cỡ sinh thiết cần thiết bằng cách cung cấp thông tin từ một mẫu nhỏ.

Ông Christian Kurtis, một nhà nghiên cứu y sinh tại Viện Y tế quốc gia và cũng là một nghệ sĩ xăm mình ở Rockville (Maryland) đã trải qua thời gian sau tiến sĩ trong một phòng thí nghiệm nghiên cứu ung thư tại Dịch vụ đồng phục Đại học khoa học sức khỏe (USUHS), khẳng định rằng tính đặc hiệu của các dạng thuốc nhuộm có thể là chìa khóa cho một cách thức điều trị tốt hơn. 

Ông Kurtis trăn trở: "Vấn đề đáng tiếc với các khối u ác tính là chúng bao gồm nhiều chỉ dấu phân tử có thể không có trên tất cả các loại tế bào. Sự gia tăng hoạt động trao đổi chất trong bệnh ác tính là dấu hiệu thường thấy nhất để khai thác hình ảnh, và là căn nguyên khiến cho các kỹ thuật liposomal phát huy hiệu quả". Nói cách khác, vì các tế bào ung thư có khuynh hướng lây lan nhanh nên các nhà nghiên cứu và thầy thuốc có thể theo dõi sự tăng trưởng của chúng bằng hình ảnh học.

Nhiều loại tác nhân liên kết với các chỉ dấu khác nhau sẽ hữu ích hơn. Ông Kurtis nói thêm: "Theo ý tôi, hình ảnh học sẽ mang tính cá nhân hóa hoặc y học cá nhân hóa sẽ là chìa khóa giúp chẩn đoán bệnh thành công ở thời kỳ đầu". 

Bà Jocelyn Rapelyea, phó giám đốc về hình ảnh vú và giám đốc chương trình X-quang tại Trung tâm ung thư Đại học George Washington, hào hứng phát biểu: "Ai cũng mong mỏi được phát hiện khối u ở giai đoạn sớm. Tôi rất vui khi bà Zavaleta nghiên cứu thuốc nhuộm. Ở thời điểm này mặc dù nó chỉ đang là mô hình ở chuột, nhưng nó hứa hẹn có thể là tiềm năng cho việc phát triển các cách thức chẩn đoán sớm".