Biochip - một công nghệ mới được áp dụng thành công trong phòng xét nghiệm sinh y

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

33
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu này đã chỉ ra cách lai tạo theo nguyên tắc bổ sung của sợi đơn oligonucleotide, điều này cũng đã được sử dụng làm cơ sở cho DNA cảm ứng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Biochip - một công nghệ mới được áp dụng thành công trong phòng xét nghiệm sinh y

DIỄN ĐÀN Y HỌC Chuyên đề trong tháng Biochip - MỘT CÔNG NGHỆ MỚI ĐƯỢC ÁP DỤNG THÀNH CÔNG TRONG PHÒNG XÉT NGHIỆM SINH Y (Biochip - a new successful technology in medical laboratory) Bùi Tuấn Anh* TÓM TẮT Sự ra đời của vi mạch sinh học (Biochip) là thành quả phát triển nhanh chóng của công nghiệp công nghệ sinh học, trong đó bao gồm một phạm vi rất đa dạng các nghiên cứu về gen, proteomic, sinh học điện toán và ngành dược. Kế tiếp là các công nghệ nano, công nghiệp bán dẫn phát triển đã được hoàn thiện có khả năng thu nhỏ các vi mạch. Việc hội tụ các lĩnh vực nói trên trong những năm gần đây đã cho phép công nghệ sinh học chuyển từ “đóng gói” truyền thống cồng kềnh thành các công cụ cảm biến trong một không gian nhỏ hơn - cái được gọi là Biochip. Nhờ các công nghệ mới này đã sáng tạo ra phương pháp mới giúp cho các nhà khoa học làm sáng tỏ những phản ứng và quá trình hóa sinh phức tạp diễn ra bên trong các tế bào, từ đó có những hiểu biết giúp ích trong quá điều trị các bệnh. Những con chip cơ bản là hình ảnh thu nhỏ phòng xét nghiệm y sinh nói chung và hóa sinh nói riêng. Giống như một con chip máy tính có thể thực hiện hàng triệu phép tính trong một giây, một Biochip có thể thực hiện hàng trăm hoặc hàng ngàn phản ứng hóa sinh đồng thời trong cùng một thời gian ngắn, chẳng hạn như giải mã gen có thể trong vòng một vài giây. Sự xuất hiện công nghệ Biochip trong một vài năm gần đây có thể ứng dụng: sàng lọc, chẩn đoán, theo dõi tiến triển bệnh và đáp ứng bệnh trong quá trình điều trị. I. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ HÌNH THÀNH cơ bản đã được sử dụng để phát triển các bộ cảm Biochip biến ion trong những năm tiếp theo: bộ cảm biến ion Sự ra đời của Biochip gắn với một lịch sử lâu K+ được sản xuất bằng cách kết hợp valinomycin dài, có thể phải kể đến tác phẩm đầu tiên dựa trên thành một màng mỏng (Schultz, 1926). Năm 1956, cơ sở công nghệ cảm biến. Đó là điện cực thủy tinh Leland Clark phát minh bộ cảm biến điện cực oxy, đo pH - dựa trên cảm biến hóa học do Hughes phát thiết bị này đã trở thành cơ sở cho một bộ cảm biến minh năm 1922. Việc đo pH được thực hiện trên một sáng chế năm 1962 của Clark và Lyons, trong đó sử màng mỏng thủy tinh có tính chọn lọc bằng cách dụng các phân tử enzym glucose oxydase gắn vào trao đổi giữa các ion H + và các SiO. Các khái niệm một màng lọc máu. Với sự có mặt của glucosse trong máu, các * Khoa Hóa sinh, Bệnh viện Bạch Mai enzyme này có khả năng làm giảm lượng ôxy sẵn có Số 60 (Tháng 01/2011) Y HỌC LÂM SÀNG 5
DIỄN ĐÀN Y HỌC Chuyên đề trong tháng ở điện cực oxy, do vậy làm thay đổi mức oxy từ đó có điều này cũng đã được sử dụng làm cơ sở cho DNA thể xác định được nồng độ glucose có trong máu. Bộ cảm ứng. Năm 1983 Kary Mullis phát minh ra phản cảm biến sinh học này được gọi là điện cực enzyme, ứng chuỗi polymerase (PCR), một phương pháp để vẫn đang sử dụng hiện nay, ví dụ một số máy đo khí khuếch đại nồng độ DNA. Phát minh này đã giúp máu có kèm thông số glucose. Năm 1953, Watson phát hiện một lượng cực kì nhỏ của DNA trong các và Crick công bố phát hiện cấu trúc chuỗi xoắn kép mẫu. Năm 1986, Hood và đồng nghiệp tìm ra phương của phân tử DNA. Phát hiện này đã thiết lập ra một pháp đánh dấu phân tử DNA bằng một chất huỳnh hướng mới cho di truyền học nghiên cứu tiếp tục quang thay cho đánh dấu bằng chất phóng xạ, tạo và phát triển cho đến ngày nay (Nelson, 2000). Sự cho các thí nghiệm có thể quan sát được bằng quang phát triển kĩ thuật giải trình tự gen năm 1977 bởi học. Các công nghệ trong lĩnh vực hóa sinh và chất Gilbert và Sanger cho phép các nhà nghiên cứu có bán dẫn nhanh chóng phát triển trong thập niên 1980 thể trực tiếp đọc các mã di truyền cung cấp cho tổng đã dẫn đến việc phát triển của Biochip trong thập hợp protein. Nghiên cứu này đã chỉ ra cách lai tạo niên 1990. Và rõ ràng Biochip là một công nghệ “nền theo nguyên tắc bổ sung của sợi đơn oligonucleotide, tảng” bao gồm nhiều lĩnh vực tích hợp mà thành. II. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA Biochip 1. Cấu tạo Dưới đây là mô hình cấu tạo của Biochip và sự phóng đại của 1 Biochip với các KT được gắn trên vùng phản ứng ở trên bề mặt của Biochip. Hình 1. Mô hình cấu tạo của Biochip và sự phóng đại của 1 Biochip Trên phương diện hóa sinh miễn dịch, người ta lượng. KT đặc hiệu sẽ được thêm vào, phản ứng sử dụng kĩ thuật ELISA với 2 phương pháp: tạo phức hợp KT-KN sẽ xảy ra. Nếu KT được gắn - Phương pháp “sandwich”, ví dụ: trong định trực tiếp với enzyme, tín hiệu quang học do enzyme lượng các chỉ điểm ung thư (tumor marker), các làm biến đổi cơ chất sẽ giúp định lượng được KN Cytokine, các hocmon tuyến giáp. cần phân tích bằng việc đo cường độ ánh sáng phát - Phương pháp cạnh tranh, ví dụ: trong định quang ở đây người ta sử dụng KT thứ cấp (secondary lượng các chất ma túy. antibody) được gắn với enzyme thông qua các liên Với phương thức gắn đặc hiệu (sandwich kết đồng hóa trị giữa các phân tử sinh học. Trên bề ELISA): kháng nguyên (KN) được gắn với một mặt Biochip các vùng phản ứng có thể được gắn các kháng thể (KT) đặc hiệu cho cùng KN cần định (KN) hoặc kháng thể (KT). 6 Y HỌC LÂM SÀNG Số 60 (Tháng 01/2011)
DIỄN ĐÀN Y HỌC Chuyên đề trong tháng Hình 2. Hình ảnh thực tế của Biochip Biochip là một tập hợp các xét nghiệm thu trên việc xác định cường độ ánh sáng tại các vùng nhỏ sắp xếp trên một bề của 1 Biochip với diện tích tương ứng dựa trên đường cong chuẩn. Và nồng độ khoảng 9mm2, cho phép nhiều xét nghiệm chuyên chất cần phân tích (KN) trong mẫu đã hoàn thành biệt có thể được thực hiện cùng một lúc. Trên bề (là tỉ lệ thuận với đường chuẩn nếu là phản ứng kiểu mặt của Biochip, tại vùng diễn ra phản ứng có gắn sandwich và tỉ lệ nghịch nếu phản ứng kiểu cạnh các chất đồng hoá trị được sắp xếp định vị theo thứ tranh - nghĩa là lượng KN gốc càng cao, tín hiệu sản tự dãy hàng. Dựa trên kĩ thuật ELISA giúp xác định sinh càng yếu). Các hình ảnh và dữ liệu được lưu trữ sự có mặt hay không cũng như nồng độ KN có trong cùng với đường chuẩn và các mẫu kiểm tra (QC). mẫu cần phân tích. Trong công nghệ này người ta sử dụng phương pháp ELISA phát quang, làm tăng tính III. ƯU ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA Biochip đặc hiệu và độ chính xác. Ánh sáng sẽ được phát ra 1. Ưu điểm của kĩ thuật từ phức hợp chứa KN-KT. Sự hiện diện của phức - Nhiều xét nghiệm (bộ xét nghiệm) hóa sinh hợp KN-KT sẽ quyết định cường độ sáng phát ra. chuyên biệt được thực hiện cùng một thời điểm có Trên bề mặt của các Biochip có phân bố thành nhiều thể hỗ trợ rất tốt cho chẩn đoán bệnh. vùng phản ứng, mỗi vùng sẽ phân tích một thông số. - Sử dụng mẫu xét nghiệm với thể tích rất nhỏ 2. Nguyên lí (từ 07 - 100 µl). Trong quá trình phân tích các chất sẽ diễn ra - Độ chính xác cao. phản ứng, xuất hiện sự gắn kết KN-KT- một phản - Giảm chi phí cho mỗi xét nghiệm. ứng phát quang diễn ra sẽ phát ra ánh sáng. Ánh - Có thể làm cơ sở cho công nghệ phát triển các sáng được thu nhận bởi một thiết bị quan trọng là máy xét nghiệm trong thời gian tới. CCD (charge-coupled device CCD camera) có độ phân giải và nhạy cảm cao có thể phát hiện chính 2. Ứng dụng xác các các vùng phản ứng và đo được cường độ tín Đến nay việc ứng dụng Biochip trong xét hiệu ánh sáng của các phản ứng phát quang có mức nghiệm hóa sinh có thể giúp ích định lượng một số độ rất thấp. Các tín hiệu phát quang từ mỗi khu vực chất gây nghiện, các cytokin, các chỉ điểm sinh học thử nghiệm (khi thu nhận) được phân tích bằng phần và các chỉ điểm ung thư… Dưới đây là danh sách mềm và được xử lí nhanh chóng để cho kết quả dựa các có thể phân tích được bằng công nghệ Biochip. Số 60 (Tháng 01/2011) Y HỌC LÂM SÀNG 7
DIỄN ĐÀN Y HỌC Chuyên đề trong tháng Amphetamine, methamphetamine, cocaine, barbiturate, Các chất gây nghiện cannabinoid, opiate, methadone, benzodiazepine Interleukin 1 alpha (IL-1α) Interleukin 1 beta (IL-1β) Các Cytokine Interleukin 2 (IL-2) Interleukin 4 (IL-4) Interleukin 6 (IL-6) Interleukin 8 (IL- 8) Interleukin 10 (IL-10) Interleukin 12 (IL-12) Tumour necrosis factor –alpha (TNFα) Interferon gamma (IFN γ) Epidermal growth factor (EGF) Monocyte chemotactic protein -1 (MCP-1) Các hocmon sinh sản Follicle stimulating hormone (FSH); Prolactin; Lutenising hormon (LH); (Fertility hocmon) Oestradiol; progesterone; testosterone Các tumour marker Carcinoembryonic antigen (CEA); α-fetoprotein (AFP); Human chorionic gonadotrophin (hCG); Gastrointestinal tumour antigen; Ovarian tumour antigen; Breast cancer antigen; total prostate specific antigen (tPSA); Free prostate specific antigen (fPSA) Các hocmon tuyến giáp Total tri-iodothyronine (TT3); Total thyroxine (TT4); Free tri-iodothyronine (FT3); free thyroxine (FT4); Thyroid stimulating hormone (TSH) Các chỉ điểm sinh học tim mạch Troponin I; Myoglobin; CK-MB Các phân tử kết dính I-CAM ; V-CAM (adhesion molecules) VI. KẾT LUẬN thể giúp phòng ngừa, chẩn đoán, điều trị bệnh và có thể Biochip là một thành tựu khoa học - kĩ thuật của nghiên cứu đề ra các phương pháp mới trong chẩn đoán thế giới trong việc ứng dụng công nghệ nano vào lĩnh và điều trị bệnh. Các cấu trúc nano nhân tạo trong tương vực chẩn đoán y khoa. Nó thể hiện và mang tính đa lai có thể sẽ có vai trò trong việc thay thế hoặc chỉnh lí ngành, cho ta thấy các ngành không còn mang tính tách cấu trúc một số tổ chức và có thể giúp tái tạo những bộ biệt riêng rẽ như trước mà chúng có sự đan xen vào phận nội tạng phức tạp. Một trong những thành tựu ứng nhau. Việc áp dụng Biochip trong phòng xét nghiệm dụng của công nghệ nano đã triển khai và được áp dụng sinh y là bước tiến mới đánh dấu sự phát triển và tích trong phòng xét nghiệm đó là Biochip - một phòng xét hợp các chuyên ngành khoa học với nhau. Biochip có nghiệm thu nhỏ, một hướng mới giúp ích trong y học. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Đào Khắc An (2009): “Công nghệ micro 4. http://www.prlog.org/10020879-third- và nano điện tử”, trang 603-626, NXB giáo dục award-of-the-year-for-randox-laboratories.html Việt Nam 5. http://www.belfasttelegraph.co.uk/business/ 2. Randox Biochip Array Technology top-100-companies/company-list/60--randox- revolutionizes clinical testing laboratories-14273462.html 3. h t t p : / / w w w . b i v d a . c o . u k / N e w s / 6. http://www.mediafire.com/?w9k2qp92fdrlzil PressReleases/tabid/73/articleType/ArticleView/ 7. http://www.laboratorytalk.com/news/ran/ articleId/202/Default.aspx ran164.html 8 Y HỌC LÂM SÀNG Số 60 (Tháng 01/2011)