Vi khuẩn gắn trên chip giúp chẩn đoán bệnh

(08/06/2018)
Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã chế tạo loại cảm biến có thể ăn được và chứa các vi khuẩn biến đổi gen. Cảm biến này có khả năng chẩn đoán hiện tượng chảy máu trong dạ dày hoặc các bệnh khác trong đường tiêu hóa.


Phương pháp mới sử dụng vi khuẩn gắn trên chip kết hợp các cảm biến được sản xuất từ các tế bào sống với các thiết bị điện tử công suất cực thấp để biến đổi phản ứng của vi khuẩn thành tín hiệu không dây có thể đọc bằng điện thoại thông minh.

Timothy Lu, phó giáo sư kỹ thuật điện, khoa học máy tính và kỹ thuật sinh học và là đồng tác giả nghiên cứu cho biết: “Bằng cách kết hợp các cảm biến đã biến đổi sinh học với các thiết bị điện tử không dây công suất thấp, chúng tôi có thể phát hiện các tín hiệu sinh học trong cơ thể gần như trong thời gian thực, cho phép thực hiện chẩn đoán mới cho các ứng dụng y học”. 

Trong nghiên cứu đăng trên tạp chí Science trực tuyến vào ngày 24/5/2018, các nhà khoa học đã chế tạo được cảm biến có khả năng phản ứng với heme, một thành phần của máu và chứng minh các cảm biến hoạt động ở lợn. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu đã tạo ra cảm biến có khả năng phản ứng với một phân tử là dấu hiệu của tình trạng viêm nhiễm.

Truyền thông không dây

Trong thập kỷ qua, các nhà sinh vật học tổng hợp đã có những bước tiến lớn trong việc biến đổi vi khuẩn để ứng phó với tác nhân kích thích như các chất ô nhiễm môi trường hoặc các dấu hiệu của bệnh. Các vi khuẩn này được điều chỉnh để tạo ra yếu tố đầu ra như ánh sáng khi chúng phát hiện tác nhân kích thích trong mục tiêu, nhưng thường cần có thiết bị chuyên dụng trong phòng thí nghiệm để đo phản ứng này. Để các vi khuẩn trở nên hữu ích hơn cho các ứng dụng trong thế giới thực, nhóm nghiên cứu đã kết hợp chúng với chip điện tử để biến đổi phản ứng của vi khuẩn thành tín hiệu không dây. Cụ thể là đưa các tế bào vi khuẩn vào trong thiết bị. Các tế bào sẽ bị mắc kẹt và di chuyển khi thiết bị đi qua dạ dày.

Trong lần trình diễn đầu tiên, các nhà nghiên cứu tập trung vào hiện tượng chảy máu trong đường tiêu hóa. Nhóm nghiên cứu đã biến đổi chủng E. coli lợi khuẩn để thể hiện mạch di truyền khiến vi khuẩn phát ra ánh sáng khi chúng gặp thành phần heme trong máu.

Các nhà khoa học đã đặt vi khuẩn vào bốn lỗ trên cảm biến được phủ màng bán thấm, cho phép các phân tử nhỏ từ môi trường xung quanh thẩm thấu qua. Bên dưới mỗi lỗ là bóng bán dẫn quang truyền tín hiệu không dây đến máy tính hoặc điện thoại thông minh gần đó. Các nhà nghiên cứu cũng đã tạo ra ứng dụng Android dùng để phân tích dữ liệu.

Bộ cảm biến có hình trụ dài khoảng 1,5 inch, tiêu thụ khoảng 13 microwatt điện. Các nhà nghiên cứu đã gắn pin 2,7V cho cảm biến theo ước tính có khả năng cung cấp điện cho thiết bị trong khoảng 1,5 tháng sử dụng liên tục. Thiết bị cũng có thể được cấp năng lượng từ pin hóa học được duy trì bởi chất lỏng có tính axit trong dạ dày, bằng cách sử dụng công nghệ mà trước đây do chính nhóm nghiên cứu đã chế tạo. 

Chẩn đoán bệnh

Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm cảm biến mới ở lợn và chứng minh nó có thể xác định chính xác sự xuất hiện của máu trong dạ dày. Các nhà khoa học dự báo loại cảm biến này có thể được sử dụng một lần hoặc được thiết kế để lưu lại trong đường tiêu hóa vài ngày hoặc vài tuần và truyền tín hiệu liên tục. Hiện tại, nếu bệnh nhân bị nghi ngờ chảy máu do loét dạ dày, họ phải trải qua thủ thuật nội soi để chẩn đoán bệnh.

Để công nghệ được áp dụng cho bệnh nhân, các nhà nghiên cứu dự kiến sẽ giảm kích thước của cảm biến và nghiên cứu cách các tế bào vi khuẩn sống sót trong đường tiêu hóa. Nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ chế tạo các cảm biến cho các bệnh tiêu hóa khác mà không chỉ cho hiện tượng chảy máu.

Theo vista

Tin khác