Các hạt nano oxit graphene tăng cường vi khuẩn cung cấp khả năng tiêu diệt khối u ba tác động
của Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Nhật Bản
Chế tạo nanocomposite oxit graphene bằng quy trình siêu âm hóa một bước. Chú thích hình ảnh: Sơ đồ của hạt nano oxit graphene đã biến đổi (bên phải) minh họa quá trình tích hợp thuốc hóa trị camptothecin (vòng tròn màu cam), thuốc nhuộm huỳnh quang (ngôi sao màu hồng) và lớp phủ vi khuẩn Cutibacterium acnes lên hạt nano oxit graphene. Nguồn: Eijiro Miyako, JAIST
Các phương pháp điều trị ung thư hiện đại đã phát triển vượt ra ngoài phương pháp hóa trị truyền thống để bao gồm các phương pháp tiếp cận có mục tiêu như liệu pháp miễn dịch, xạ trị và liệu pháp quang nhiệt. Oxit graphene (GO), được biết đến với khả năng tương thích sinh học, hiệu suất chuyển đổi quang nhiệt cao và diện tích bề mặt lớn, đã nổi lên như một vật liệu đầy hứa hẹn cho cả việc đưa thuốc và tiêu diệt khối u dựa trên nhiệt. Tuy nhiên, ứng dụng lâm sàng của nó vẫn còn hạn chế do những thách thức về khả năng phân tán và sản xuất quy mô lớn.
Để khắc phục những hạn chế này, Giáo sư Eijiro Miyako và nhóm nghiên cứu của ông từ Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Nhật Bản (JAIST) đã phát triển một nanocomposite GO mới được tăng cường các thành phần vi khuẩn. Bài báo đã được công bố trực tuyến vào ngày 21 tháng 3 năm 2025, trên tạp chí Carbon.
Nghiên cứu nêu bật cách các đặc tính của vi khuẩn cải thiện hiệu quả của GO trong liệu pháp điều trị ung thư. Một số loại vi khuẩn tự nhiên kích thích phản ứng miễn dịch và tăng khả năng phân tán của GO do các thành phần tế bào lưỡng tính của chúng.
Sử dụng khái niệm này, các nhà nghiên cứu đã thiết kế một nanocomposite dựa trên GO chứa các thành phần vi khuẩn Cutibacterium acnes (CA) và thuốc hóa trị camptothecin (CPT). Các hạt nano này tiêu diệt khối u thông qua cơ chế ba mũi nhọn: các thành phần vi khuẩn kích hoạt hệ thống miễn dịch, CPT cung cấp hóa trị tại chỗ và GO tạo điều kiện cho liệu pháp quang nhiệt.
"CPT cung cấp hóa trị tại chỗ, GO tăng cường phá hủy khối u dựa trên nhiệt và các thành phần CA kích hoạt hệ thống miễn dịch. Kết hợp lại, những tác động này mang lại phương pháp điều trị ung thư rất hứa hẹn", Tiến sĩ Miyako giải thích.
Các nanocomposite được chế tạo bằng cách siêu âm hỗn hợp GO, các thành phần vi khuẩn CA và CPT trong môi trường nuôi cấy tế bào. Các hạt thu được, có kích thước trung bình là 53 nm, được ổn định bằng lớp phủ vi khuẩn, cải thiện khả năng phân tán và khả năng tương thích sinh học của chúng.
Khi được tiêm vào chuột bị ung thư trực tràng, các hạt nano tích tụ ưu tiên trong khối u trong khi không ảnh hưởng đến các cơ quan khác do hiệu ứng thẩm thấu và giữ lại được tăng cường. Ngay cả khi không có hoạt hóa bằng tia laser, chúng vẫn ức chế hiệu quả sự phát triển của khối u bằng cách tận dụng các tác dụng kết hợp của hóa trị liệu và hoạt hóa miễn dịch.
Để tăng cường hiệu quả điều trị hơn nữa, các nhà nghiên cứu đã sử dụng tia laser công suất thấp (0,8 W) trong năm phút, làm nóng khối u đến 50°C—đủ để tiêu diệt tế bào ung thư mà không gây hại cho mô khỏe mạnh. Sau năm lần điều trị bằng tia laser, chuột đã cho thấy khối u đã được loại bỏ hoàn toàn và phục hồi hoàn toàn.
Phân tích sử dụng qPCR đã xác nhận rằng các tế bào miễn dịch, bao gồm tế bào T, tế bào B, bạch cầu trung tính, đại thực bào và tế bào tiêu diệt tự nhiên, đã được kích hoạt, chứng tỏ phản ứng miễn dịch mạnh mẽ do các thành phần CA thúc đẩy.
Không giống như các phương pháp biến đổi GO thông thường, liên quan đến quá trình xử lý hóa học phức tạp, phương pháp dựa trên vi khuẩn này cung cấp một giải pháp thay thế tiết kiệm chi phí và có thể mở rộng quy mô. "Ung thư là một căn bệnh tiến triển cao và phức tạp, đòi hỏi một phương pháp tiếp cận đa chiều để chống lại nó", Tiến sĩ Miyako cho biết. "Phương pháp được đề xuất tiết kiệm chi phí, cần ít tài nguyên, chẳng hạn như môi trường nuôi cấy vi khuẩn và dễ dàng mở rộng quy mô để sản xuất hàng loạt thông qua quy trình siêu âm một bước đơn giản".
Nghiên cứu này trình bày một chiến lược đầy hứa hẹn để tăng cường các liệu pháp điều trị ung thư dựa trên GO, cung cấp một phương pháp đơn giản và có thể mở rộng quy mô để phát triển các hạt nano đa chức năng có tác dụng chống ung thư mạnh mẽ.
