Dùng nam châm điều khiển tế bào: Bước ngoặt mới trong y sinh hiện đại

Các nhà khoa học vừa phát hiện và tinh chỉnh thành công các protein huỳnh quang nhạy cảm với nam châm. Khám phá này mở ra kỷ nguyên mới cho các loại thuốc điều trị và cảm biến sinh học có thể tắt/mở từ xa.

1. Công nghệ Quantum trong lòng tế bào sống

Protein huỳnh quang xanh (GFP) từ lâu đã là công cụ thiết yếu để quan sát các hoạt động bên trong tế bào. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Nature đã nâng tầm công nghệ này: Các nhà nghiên cứu đã thiết kế thành công protein huỳnh quang điều khiển bằng từ tính, cho phép làm mờ hoặc tăng độ sáng của chúng ngay cả khi chúng nằm sâu bên trong cơ thể động vật sống.

Hy vọng lớn nhất hiện nay là tận dụng độ nhạy từ tính – một hiệu ứng vật lý lượng tử – để phát triển các cảm biến sinh học (biosensors) điều khiển từ xa, hoặc thậm chí là các liệu pháp điều trị có khả năng kích hoạt chính xác khi cần thiết.

"Chúng tôi muốn tạo ra một 'hộp công cụ' gồm các chức năng protein có thể điều khiển từ xa bằng từ trường," - Andrew York, nhà vật lý tại Chan Zuckerberg Biohub (San Francisco), đồng tác giả nghiên cứu, chia sẻ.

2. Từ hiện tượng vật lý đến ứng dụng thực tiễn

Cách đây hai năm, Andrew York và cộng sự Maria Ingaramo đã phát hiện ra rằng GFP sẽ bị mờ đi khi tiếp xúc với nam châm yếu. Tuy nhiên, hiệu ứng ban đầu chỉ đạt khoảng 1%.

Để tối ưu hóa, nhóm nghiên cứu đã kỹ thuật hóa một loại protein nhạy bén hơn mang tên MagLOV. Kết quả ấn tượng: độ sáng của MagLOV có thể giảm đi một nửa hoặc nhiều hơn dưới tác động của từ trường.

Cơ chế hoạt động của MagLOV:

• Hiệu ứng cộng hưởng từ: Từ trường làm thay đổi đặc tính lượng tử của các cặp electron bên trong protein.
• Điều khiển chính xác: Bằng cách kết hợp từ trường và sóng vô tuyến, các nhà khoa học có thể điều chỉnh độ sáng huỳnh quang của vi khuẩn Escherichia coli có chứa MagLOV.

3. Khả năng xuyên thấu mô và bản đồ hóa sinh học

Nhóm nghiên cứu tại Đại học Oxford, dẫn đầu bởi Gabriel Abrahams và Harrison Steel, đã thử nghiệm định vị các tế bào vi khuẩn chứa MagLOV nằm sâu trong các khối silicon.

Vì từ trường có khả năng xuyên thấu các mô cơ thể một cách dễ dàng và MagLOV được mã hóa bởi gen, công nghệ này hứa hẹn sẽ:

1. Theo dõi các quá trình phân tử từ xa mà không cần can thiệp xâm lấn.
2. Lập bản đồ tế bào bên trong cơ thể động vật sống.
3. Kiểm soát hoạt tính của thuốc tại các vị trí cụ thể trong cơ thể bằng nam châm ngoài.

Khám phá về protein MagLOV không chỉ đơn thuần là một thành tựu về kỹ thuật sinh học, mà còn là minh chứng cho việc con người đang dần làm chủ những quy luật phức tạp nhất của thế giới lượng tử để phục vụ y học.

Dù vẫn còn một chặng đường dài từ phòng thí nghiệm đến ứng dụng lâm sàng, nhưng viễn cảnh về những phương pháp điều trị ung thư hay bệnh nan y không xâm lấn, nơi bác sĩ có thể điều chỉnh thuốc bằng từ trường ngay từ bên ngoài cơ thể, đang trở nên gần thực tế hơn bao giờ hết. Đây thực sự là một kỷ nguyên mới của 'y học chính xác' – nơi ánh sáng huỳnh quang và sức mạnh từ tính cùng nhau thắp sáng những bí ẩn sâu thẳm nhất trong tế bào sống