Một đoàn nghiên cứu quốc tế đa ngành, có cơ sở tại Đại học Waterloo, đã thành công trong việc phát triển một kỹ thuật mô hình hóa 3D cao cấp cho các dạng bệnh ung thư phức tạp. Họ đã áp dụng các phương pháp in sinh học đột phá và tích hợp chúng với cấu trúc tổng hợp, cụ thể là chip vi lỏng. Qua đó, các nhà nghiên cứu đặt nền móng để tìm hiểu về các khối u không đồng nhất—những khối u có sự phức tạp tế bào, thường xuyên xuất hiện theo mô hình không thể dự đoán trước.
Trước đây, các bác sĩ chuyên khoa trong y học thường tiến hành sinh thiết khối u từ các bệnh nhân, rồi nuôi cấy chúng trong các đĩa petri phẳng. Như Nafiseh Moghimi, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ về toán học ứng dụng và là tác giả chính của nghiên cứu, chia sẻ, “Trong nửa thế kỷ qua, đây là phương pháp duy nhất mà các nhà sinh vật học dùng để hiểu về khối u.” Tuy nhiên, trong thập kỷ qua, sự thất bại liên tiếp trong các thử nghiệm lâm sàng đã khiến cho giới khoa học phải thừa nhận rằng các mô hình 2D không thể phản ánh đúng cấu trúc của khối u trong cơ thể.
Sự đổi mới này giải quyết vấn đề bằng cách tạo ra mô hình 3D, không chỉ tái hiện được sự phức tạp của khối u, mà nó còn mô phỏng môi trường xung quanh nó. Điều này được thực hiện trong Phòng thí nghiệm Y – Toán học dưới sự giám sát của giáo sư toán ứng dụng Mohammad Kohandel, và kết hợp kiến thức từ nhiều lĩnh vực khác nhau.
Đầu tiên, đoàn nghiên cứu đã chế tạo các “chip vi lỏng” từ polyme, những cấu trúc nhỏ có các kênh được thiết kế để bắt chước dòng máu và các chất lỏng xung quanh khối u. Tiếp đó, họ đã nuôi cấy nhiều loại tế bào ung thư bằng mực sinh học được tùy chỉnh: một hỗn hợp của gelatine, alginate, và các chất dinh dưỡng khác, được thiết kế để duy trì sự sống của các tế bào. Cuối cùng, máy in sinh học được sử dụng để xếp các tế bào ung thư lên các chip vi lỏng đã được chuẩn bị.
Kết quả cuối cùng là một mô hình sống 3D của các dạng ung thư phức tạp, mà các nhà khoa học có thể sử dụng để kiểm tra các phương pháp điều trị khác nhau, ví dụ như các dạng thuốc hóa trị. Moghimi và đoàn nghiên cứu của cô đặc biệt quan tâm đến việc tạo ra các mô hình cho ung thư vú, loại ung thư phổ biến thứ hai được chẩn đoán ở phụ nữ.
Các mô hình 3D của khối u cho thấy cách công nghệ mới giúp điều trị nhanh chóng, ít tốn kém và giảm thiểu đau đớn cho các trường hợp nghiêm trọng như ung thư vú giai đoạn cuối. Nghiên cứu, mang tên “Kiểm soát tính không đồng nhất của khối u trong hệ thống đồng nuôi cấy bằng mô hình khối u trên chip in sinh học 3D” đã được đăng trong tạp chí Nature.
Tiêu đề tương tự:
1. Mô Hình 3D Khối U: Đột Phá Trong Điều Trị Ung Thư
2. Đại Học Waterloo Dẫn Đầu Trong Phát Triển Mô Hình 3D Điều Trị Ung Thư
3. Cách Mô Hình 3D Làm Thay Đổi Ngành Y Học Điều Trị Ung Thư
4. Từ 2D Đến 3D: Cách Công Nghệ Mới Giảm Chi Phí và Đau Đớn Trong Điều Trị Ung Thư
5. Đột Phá Trong Nghiên Cứu Ung Thư: Mô Hình 3D và Tiềm Năng Điều Trị
Một nhóm quốc tế gồm các nhà nghiên cứu liên ngành đã tạo ra thành công một phương pháp mô hình 3D tốt hơn về các bệnh ung thư phức tạp.
Nhóm nghiên cứu có trụ sở tại Đại học Waterloo đã kết hợp các kỹ thuật in sinh học tiên tiến với cấu trúc tổng hợp hoặc chip vi lỏng. Phương pháp này sẽ giúp các nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm hiểu chính xác hơn về các khối u không đồng nhất: các khối u có nhiều loại tế bào ung thư, thường phân tán theo các mô hình không thể đoán trước.
Theo truyền thống, các bác sĩ y khoa sẽ sinh thiết khối u của bệnh nhân, trích xuất tế bào và sau đó nuôi chúng trong đĩa petri phẳng trong phòng thí nghiệm. Nafiseh Moghimi, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ về toán học ứng dụng và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Trong 50 năm, đây là cách các nhà sinh vật học hiểu về các khối u”. “Nhưng một thập kỷ trước, những thất bại liên tục trong điều trị trong các thử nghiệm trên người đã khiến các nhà khoa học nhận ra rằng mô hình 2D không nắm bắt được cấu trúc khối u thực sự bên trong cơ thể.”
Nghiên cứu của nhóm giải quyết vấn đề này bằng cách tạo ra mô hình 3D không chỉ phản ánh sự phức tạp của khối u mà còn mô phỏng môi trường xung quanh nó.
Nghiên cứu diễn ra trong Phòng thí nghiệm Y học Toán học dưới sự giám sát của giáo sư toán ứng dụng Mohammad Kohandel, kết hợp những tiến bộ từ một số ngành. “Chúng tôi đang tạo ra một thứ rất, rất mới ở Canada. Có lẽ chỉ một vài phòng thí nghiệm đang làm điều gì đó gần giống với nghiên cứu này,” Moghimi nói.
Đầu tiên, nhóm nghiên cứu tạo ra các “chip vi lỏng” polyme: các cấu trúc nhỏ được khắc các kênh bắt chước dòng máu và các chất lỏng khác bao quanh khối u của bệnh nhân.
Tiếp theo, nhóm nghiên cứu đã nuôi cấy nhiều loại tế bào ung thư và nuôi cấy các tế bào này trong mực sinh học tùy chỉnh của riêng họ: một loại cocktail gồm gelatine, alginate và các chất dinh dưỡng khác được thiết kế để giữ cho tế bào nuôi cấy tồn tại.
Cuối cùng, họ sử dụng máy in sinh học ép đùn – một thiết bị giống như máy in 3D nhưng dành cho vật liệu hữu cơ – để xếp các loại tế bào ung thư khác nhau lên các chip vi lỏng đã chuẩn bị sẵn.
Kết quả là một mô hình sống ba chiều của các bệnh ung thư phức tạp mà sau đó các nhà khoa học có thể sử dụng để thử nghiệm các phương thức điều trị khác nhau, chẳng hạn như các loại thuốc hóa trị khác nhau.
Moghimi và nhóm của cô đặc biệt quan tâm đến việc tạo ra các mô hình phức tạp về bệnh ung thư vú. Sau ung thư da, ung thư vú là loại ung thư phổ biến nhất được chẩn đoán ở phụ nữ.
Ung thư vú đặc biệt khó điều trị vì nó xuất hiện dưới dạng những khối u phức tạp chứa nhiều loại tế bào khi di căn. Việc dựa vào các tế bào từ một hoặc hai lần sinh thiết để thể hiện chính xác toàn bộ khối u có thể dẫn đến kế hoạch điều trị không hiệu quả và kết quả kém.
Các mô hình khối u in 3D minh họa cách công nghệ mới cho phép điều trị nhanh hơn, ít tốn kém hơn và ít đau đớn hơn đối với các tình trạng nghiêm trọng như ung thư vú giai đoạn cuối.
Việc nghiên cứu, “Kiểm soát tính không đồng nhất của khối u trong hệ thống đồng nuôi cấy bằng mô hình khối u trên chip in sinh học 3D,” xuất hiện trong Thiên nhiên.
