Triển vọng về kết quả nghiên cứu thành công hạt nano-carbon từ bọc silica của TS. Nguyễn Chánh Khê

Vai trò của hạt từ bọc silica

Để thực hiện xét nghiệm PCR hay RT-PCR phát hiện, định lượng tác nhân vi sinh vật gây nhiễm trùng có mặt trong các mẫu thử (bệnh phẩm) thì khâu tách chiết nucleic acid từ các mẫu thử là một khâu rất quan trọng. Tùy thuộc vào tác nhân vi sinh vật, nucleic acid đích là DNA hay RNA, và tùy thuộc vào mẫu thử mà người làm xét nghiệm có thể chọn phương pháp tách chiết nucleic acid thích hợp. Trong nhiều phương pháp tách chiết nucleic acid được các phòng thí nghiệm PCR chẩn đoán sử dụng hiện nay, phương pháp BOOM là được lựa chọn nhiều nhất vì có thể sử dụng cho cả nucleic acid đích là DNA hay RNA và cho nhiều loại bệnh phẩm khác nhau (phương pháp này được René BOOM, Trung tâm hàn lâm y học, Đại học Amsterdam - Hà Lan phát minh vào năm 1989).

Phương pháp BOOM hoạt động dựa trên nguyên tắc là trong môi trường chaotropic, nucleic acid có khả năng bám lên hạt silica nhờ đó mà nucleic acid được tách chiết ra từ mẫu thử. Mặc dù đây là phương pháp khá đơn giản và hiệu quả nhưng vẫn chưa thể tự động hóa vì trong khi thao tác phải có nhiều lần ly tâm dịch tách chiết để thu hồi silica. Chính vì vậy nhiều hãng sản xuất đã nghiên cứu cải tiến phương pháp BOOM, đưa ra các phương pháp tách chiết nucleic acid đơn giản hơn mà vẫn đạt hiệu quả cao. Cải tiến đầu tiên là thay vì phải dùng dung dịch các hạt silica, người ta đã chế tạo các màng lọc xốp bằng silica nhờ vậy mà có thể tách chiết được nucleic acid bằng cách dùng ly tâm hay bơm hút chân không để đẩy dịch tách chiết mẫu thử đi qua lọc xốp silica này. Một cải tiến nữa là chế tạo các hạt từ bọc silica, và như vậy là có thể dùng các hạt từ bọc silica này để tách chiết nucleic acid từ các dịch tách chiết mẫu thử. Đột phá hơn nữa là phương pháp dùng hạt từ bọc silica có thể tự động hóa được trên các máy thao tác mẫu mà phương pháp BOOM cổ điển hay phương pháp dùng màng lọc silica không thể áp dụng được.

Có thể nói dù công nghệ hạt từ bọc silica là một công nghệ rất ưu việt ứng dụng tách chiết nucleic acid, tuy nhiên hiện nay chỉ có một số hãng đưa ra được các bộ thuốc thử tách chiết nucleic acid dựa trên công nghệ hạt từ bọc silica. Lý do của hạn chế này là vì chỉ có một vài nhà sản xuất nắm được công nghệ nguồn sản xuất hạt từ bọc silica, và các hãng sản xuất thuốc thử tách chiết nucleic acid phải dựa vào nguồn cung cấp của các nhà sản xuất hạt từ bọc silica này.

Hình ảnh vi thể 6 loại hạt nano-carbon từ bọc silica được đưa vào khảo sát thử nghiệm

Làm chủ công nghệ chế tạo hạt nano- carbon từ bọc silica

Mới đây tại Việt Nam, vào cuối năm 2007 vừa qua nhóm nghiên cứu của chúng tôi có làm việc với TS. Nguyễn Chánh Khê ở khu công nghệ cao TP.HCM (TS. Khê là người rất am hiểu về công nghệ nano-carbon), nội dung làm việc xoay quanh chủ đề “ứng dụng công nghệ nano-carbon vào sản xuất các hạt nano-carbon từ bọc silica”. Ngày 16/2/2008 TS. Nguyễn Chánh Khê và nhóm nghiên cứu của mình đã giao cho chúng tôi 9 loại nano-carbon từ để thử nghiệm.

Chúng tôi đã chọn 6 loại để thử vì đây là các loại nano-carbon từ có bọc silica. Nhóm nghiên cứu của chúng tôi đã tập trung thực hiện các nội dung: chọn các thuốc thử, quy trình, đối tượng để thử nghiệm khả năng tách chiết DNA, RNA của các loại hạt nano-carbon từ... Kết quả cho thấy tất cả 6 loại hạt nano-carbon từ bọc silica của TS. Nguyễn Chánh Khê sau khi đã được rửa sạch nhiều lần bằng nước miliQ (nước khử ion tuyệt đối tinh sạch) đều có khả năng tách chiết và tinh sạch được DNA. Với kết quả thành công đầu tiên này, chúng tôi tiếp tục thử nghiệm khả năng tách chiết DNA của các hạt nano-carbon từ trên đối tượng mẫu thử thật là huyết thanh bệnh nhân đã xác định dương tính virus viêm gan B (là virus DNA). Chúng tôi thấy 6 loại hạt nano-carbon từ này đều có khả năng tách chiết DNA vi sinh vật từ mẫu thử thật với hiệu quả như nhau. Thử nghiệm khả năng tách chiết RNA trên mẫu thật huyết thanh bệnh nhân đã xác định dương tính virus viêm gan C (là virus RNA), chúng tôi ghi nhận 2 loại hạt nano-carbon từ (có ký hiệu 200428-95-5 và 200428-95-7) là có khả năng tách chiết được RNA, các loại hạt nano-carbon từ còn lại thì không có khả năng này. Chúng tôi tiếp tục thử nghiệm thêm hiệu quả tách chiết RNA của 2 loại hạt nano-carbon từ (có ký hiệu200428-95-5 và 200428-95-7), trên 5 mẫu huyết thanh đã xác định dương tính HCV, và ghi nhận được 2 loại hạt nano-carbon từ này cho hiệu quả tách chiết RNA vi sinh vật từ mẫu thử rất tốt.

Qua các kết quả thử nghiệm nói trên, chúng tôi cho rằng nhóm nghiên cứu của TS. Nguyễn Chánh Khê đã làm chủ được công nghệ chế tạo các hạt nano-carbon từ bọc silica để ứng dụng vào công nghệ tách chiết nucleic acid. Kết quả nghiên cứu thành công này của TS. Khê đã giúp các nhà khoa học (trong lĩnh vực công nghệ sinh học) trong nước thêm nhiều thuận lợi vì đơn giản hơn, nhưng lại tăng hiệu quả trong công nghệ tách chiết nucleic acid các tác nhân vi sinh vật đích có mặt trong các mẫu thử để phát hiện và định lượng bằng xét nghiệm PCR định tính hay định lượng. Đây cũng là cơ sở để các nhà nghiên cứu về công nghệ sinh học trong nước có thể tiếp cận được công nghệ tự động hóa khâu tách chiết nucleic acid đích - một khâu khó tự động hóa nhất trong xét nghiệm PCR, mà cho đến hiện nay chỉ có Roche Diagnostic là làm chủ được nhờ có công nghệ hạt từ bọc silica.

Ứng dụng của hạt nano- carbon từ bọc silica

Hạt nano-carbon từ bọc silica áp dụng trong tách chiết DNA, RNA còn có nhiều khả năng ứng dụng khác như áp dụng trong xét nghiệm dấu vân tay, phát hiện quan hệ huyết thống, truy tìm tông tích, phát hiện thủ phạm và cả trong công nghệ giải trình tự (tinh sạch sản phẩm giải trình tự). Đây cũng là những nội dung mà nhóm nghiên cứu chúng tôi đang triển khai thực hiện, dựa trên các hạt nano-carbon từ bọc silica do TS. Nguyễn Chánh Khê và nhóm cộng sự nghiên cứu chế tạo.

Thành công của kết quả nghiên cứu các hạt nano-carbon từ bọc silica còn mở một triển vọng khác là: thương mại. Hiện nay chúng tôi phải đặt mua các bộ thuốc thử tách chiết nucleic acid bằng công nghệ hạt từ bọc silica với giá khá cao: 4.000 USD/50 ml. Lý do của sự đắt giá này chính là ở chỗ có rất ít nhà sản xuất nắm được công nghệ nguồn để sản xuất hạt từ bọc silica.

Ở Việt Nam, hiện nay theo chúng tôi, nhóm nghiên cứu của TS. Nguyễn Chánh Khê đã làm chủ được công nghệ nguồn này, với nhiều khác biệt so với các sản phẩm hiện có mặt trên thị trường thế giới đó là sử dụng hạt nano-carbon từ bọc silica chứ không phải là các hạt sắt nhiễm từ bọc silica. Chính vì vậy mà các hạt nano-carbon từ bọc silica của TS. Nguyễn Chánh Khê chế tạo, sau khi rửa sạch thì không cần phải bảo quản lạnh mà chỉ cần bảo quản ở nhiệt độ thường, vẫn không bị mất hoạt tính. O