Các nhà nghiên cứu MIT phát triển xét nghiệm hơi thở để chẩn đoán nhanh viêm phổi
Chẩn đoán y tế đang đứng trước một sự thay đổi mang tính bước ngoặt, có thể biến một quy trình đánh giá hô hấp phức tạp thành một bài tập thở đơn giản chỉ trong mười phút. Các nhà nghiên cứu tại MIT đang phát triển một công nghệ cảm biến cầm tay sử dụng các hạt nano chuyên dụng để phát hiện viêm phổi và các tình trạng phổi khác thông qua các dấu ấn sinh học (biomarkers) trong hơi thở.
Khoa học đằng sau PlasmoSniff: Hạt nano và Enzyme
Cốt lõi của đột phá này nằm ở một thiết bị có tên gọi là PlasmoSniff, một cảm biến quy mô chip được thiết kế để bẫy và nhận diện các hợp chất tổng hợp cụ thể được gọi là dấu ấn sinh học. Quy trình chẩn đoán bắt đầu bằng việc bệnh nhân hít vào các hạt nano được thiết kế đặc biệt. Các hạt này được chế tạo để gắn kết với các dấu ấn sinh học trong cơ thể nhưng được thiết kế để duy trì trạng thái ổn định trừ khi chúng gặp phải các enzyme cụ thể được tạo ra trong quá trình nhiễm trùng.
Ở một người khỏe mạnh, các hạt nano này lưu thông và cuối cùng thoát ra khỏi cơ thể một cách nguyên vẹn. Tuy nhiên, nếu bệnh nhân đang mắc các bệnh như viêm phổi, các enzyme do nhiễm trùng gây ra sẽ "cắt" các dấu ấn sinh học ra khỏi các hạt này. Các dấu ấn sinh học được giải phóng sau đó sẽ được thở ra ngoài, cung cấp một chữ ký hóa học về tình trạng phổi tiềm ẩn mà cảm biến có thể phát hiện ngay lập tức.
Tiến triển từ chuột thí nghiệm đến các công cụ lâm sàng cầm tay
Mặc dù phòng thí nghiệm của Giáo sư Sangeeta Bhatia đã chứng minh thành công việc phát hiện hạt nano này trên chuột vào năm 2020, nhưng công nghệ này đã đối mặt với một rào cản lớn về việc mở rộng quy mô: các phép đo yêu cầu thiết bị cấp phòng thí nghiệm, điều vốn không thực tế đối với các phòng khám bác sĩ thông thường.
Một đột phá gần đây của Trợ lý Giáo sư Loza Tadesse và nhóm của bà đã lấp đầy khoảng trống này. Bằng cách sử dụng một dạng cải tiến của quang phổ Raman — một kỹ thuật quang học chiếu sáng các phân tử bằng ánh sáng — nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng họ có thể phát hiện các dấu ấn sinh học viêm phổi trong hơi thở ngay cả ở nồng độ cực thấp. Tiến bộ này cho phép hệ thống chuyển đổi từ các thiết bị phòng thí nghiệm cồng kềnh sang một thiết bị cầm tay, di động, phù hợp cho các bối cảnh lâm sàng hoặc thậm chí là sử dụng tại nhà.
Ý nghĩa đối với tương lai của chẩn đoán nhanh
Tác động tiềm năng của PlasmoSniff vượt xa lĩnh vực y học hô hấp. Tác giả chính và là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại MIT, Aditya Garg, lưu ý rằng mục tiêu là một thiết bị mà bệnh nhân hít vào các hạt nano và trong vòng khoảng 10 phút, sẽ thở ra một dấu ấn sinh học tổng hợp để báo cáo tình trạng phổi của họ.
Ngoài viêm phổi, khả năng "đánh hơi" các chữ ký phân tử cụ thể của công nghệ này gợi mở ra một loạt các ứng dụng khác nhau. Như Tadesse đã chỉ ra, cảm biến cuối cùng có thể được điều chỉnh để phát hiện các hóa chất công nghiệp hoặc các chất ô nhiễm trong không khí, biến nó thành một công cụ linh hoạt cho cả sức khỏe cộng đồng và giám sát môi trường. Khi chúng ta tiến tới mô hình chăm sóc sức khỏe phi tập trung, các công cụ chẩn đoán nhanh và không xâm lấn như vậy sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý các cuộc khủng hoảng y tế toàn cầu và cải thiện kết quả điều trị cho bệnh nhân thông qua can thiệp sớm.
Những điểm chính cần lưu ý
- Chẩn đoán nhanh: Công nghệ PlasmoSniff nhằm cung cấp kết quả phát hiện viêm phổi trong khoảng 10 phút thông qua một xét nghiệm hơi thở đơn giản.
- Đổi mới hạt nano: Hệ thống sử dụng các hạt nano được chế tạo để phản ứng với các enzyme cụ thể do nhiễm trùng gây ra nhằm giải phóng các dấu ấn sinh học có thể phát hiện được.
- Độ nhạy được tăng cường: Bằng cách tích hợp quang phổ Raman tiên tiến, các nhà nghiên cứu đã cho phép phát hiện các dấu ấn sinh học ở nồng độ cực thấp dưới dạng thiết bị cầm tay.