Canada phát triển vi khuẩn “ăn khối u”, mở hướng điều trị ung thư từ bên trong

(Ảnh: Shutterstock)

Nghiên cứu do Đại học Waterloo (Canada) dẫn đầu tập trung vào việc khai thác đặc điểm môi trường đặc thù bên trong khối u - nơi thiếu oxy và giàu chất dinh dưỡng - để tạo điều kiện cho vi khuẩn phát triển và tiêu diệt tế bào ung thư.

Theo Tiến sĩ Marc Aucoin, giáo sư kỹ thuật hóa học tại Đại học Waterloo, các bào tử vi khuẩn khi đi vào khối u sẽ tìm thấy môi trường lý tưởng để sinh trưởng. "Bên trong khối u có nhiều chất dinh dưỡng và gần như không có oxy - điều kiện mà loại vi khuẩn này ưa thích. Chúng sẽ phát triển, chiếm lĩnh khu vực trung tâm và từng bước loại bỏ khối u khỏi cơ thể", ông cho biết.

Trọng tâm của phương pháp này là vi khuẩn Clostridium sporogenes, một loài thường tồn tại trong đất và chỉ phát triển trong môi trường hoàn toàn không có oxy. Đặc điểm này trùng khớp với cấu trúc bên trong của các khối u rắn, vốn chứa nhiều tế bào chết và thiếu oxy, tạo môi trường lý tưởng để vi khuẩn sinh sôi.

Tuy nhiên, một thách thức lớn là khi vi khuẩn lan ra các lớp ngoài của khối u - nơi có sự hiện diện của oxy - chúng sẽ nhanh chóng bị tiêu diệt, khiến quá trình phá hủy khối u không hoàn toàn.

Để khắc phục hạn chế này, nhóm nghiên cứu đã đưa vào vi khuẩn một gene từ loài khác có khả năng chịu oxy tốt hơn, giúp chúng tồn tại lâu hơn ở vùng rìa khối u. Đồng thời, các nhà khoa học cũng phát triển cơ chế kiểm soát việc kích hoạt gene này, nhằm tránh để vi khuẩn phát triển ngoài ý muốn trong các môi trường giàu oxy như máu.

Cơ chế kiểm soát này dựa trên hiện tượng sinh học tự nhiên gọi là "cảm biến mật độ quần thể" (quorum sensing). Theo đó, vi khuẩn sẽ phát ra các tín hiệu hóa học; khi số lượng vi khuẩn trong khối u đạt đến một ngưỡng nhất định, tín hiệu đủ mạnh để kích hoạt gene chịu oxy, giúp chúng tiếp tục tồn tại và hoạt động ở các khu vực có oxy thấp.

Tiến sĩ Brian Ingalls, giáo sư toán ứng dụng tại Đại học Waterloo, cho biết nhóm nghiên cứu đã áp dụng công nghệ sinh học tổng hợp để xây dựng hệ thống điều khiển này. "Chúng tôi tạo ra một hệ thống tương tự như mạch điện, nhưng thay vì dây dẫn, chúng tôi sử dụng các đoạn DNA. Mỗi phần đảm nhiệm một chức năng riêng, và khi được lắp ghép đúng cách, chúng hoạt động theo cơ chế có thể dự đoán", ông giải thích.

Trong các thử nghiệm ban đầu, nhóm nghiên cứu đã chứng minh có thể biến đổi Clostridium sporogenes để chịu được oxy. Ở nghiên cứu tiếp theo, họ đã kiểm chứng hệ thống cảm biến mật độ bằng cách lập trình vi khuẩn sản xuất protein phát huỳnh quang màu xanh, qua đó theo dõi hoạt động của chúng trong môi trường khối u.

Hiện nay, các nhà khoa học đang hướng tới việc tích hợp gene chịu oxy và hệ thống kiểm soát vào cùng một chủng vi khuẩn hoàn chỉnh. Mục tiêu tiếp theo là tiến hành các thử nghiệm tiền lâm sàng trên khối u để đánh giá hiệu quả và độ an toàn của phương pháp này.

Dự án nghiên cứu được phát triển từ công trình của nghiên cứu sinh Bahram Zargar, dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Brian Ingalls và Tiến sĩ Pu Chen, nguyên giáo sư kỹ thuật hóa học tại Đại học Waterloo.

Giới chuyên gia nhận định phương pháp sử dụng vi khuẩn "ăn khối u" có tiềm năng trở thành một hướng đi mới trong điều trị ung thư, đặc biệt đối với các loại khối u rắn khó tiếp cận bằng các phương pháp truyền thống như hóa trị hay xạ trị.

Tuy nhiên, các nhà khoa học cũng nhấn mạnh rằng cần thêm nhiều nghiên cứu và thử nghiệm lâm sàng trước khi phương pháp này có thể được áp dụng rộng rãi trong thực tiễn. Nếu thành công, công nghệ này không chỉ góp phần nâng cao hiệu quả điều trị mà còn mở ra kỷ nguyên mới trong y học chính xác, nơi các tác nhân sinh học được thiết kế để tiêu diệt bệnh từ bên trong cơ thể.