Báo cáo nghiên cứu khoa học " Biochip - Một số ứng dụng trong y học hiện đại "

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

214
lượt xem 37
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Từ thập kỷ 70 của thế kỷ XX đến nay, công nghệ sinh học phân tử (Molecular Biotechnology) phát triển mạnh mẽ và đã có những đóng góp quan trọng trong y học. Một trong những kỹ thuật hàng đầu của công nghệ sinh học phân tử phải kể đến là kỹ thuật biochip. Biochip cho phép phát hiện nhanh những căn bệnh nguy hiểm và các chứng viêm nhiễm bên trong cơ thể mà những phương pháp chụp, chiếu thông thường không thể phát hiện được. Ngoài ra, nhờ những biochip này, các nhà khoa học có thể dễ...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo nghiên cứu khoa học " Biochip - Một số ứng dụng trong y học hiện đại "

Biochip - Một số ứng dụng trong y học hiện đại Từ thập kỷ 70 của thế kỷ XX đến nay, công nghệ sinh học phân tử (Molecular Biotechnology) phát triển mạnh mẽ và đã có những đóng góp quan trọng trong y học. Một trong những kỹ thuật hàng đầu của công nghệ sinh học phân tử phải kể đến là kỹ thuật biochip. Biochip cho phép phát hiện nhanh những căn bệnh nguy hiểm và các chứng viêm nhiễm bên trong cơ thể mà những phương pháp chụp, chiếu thông thường không thể phát hiện được. Ngoài ra, nhờ những biochip này, các nhà khoa học có thể dễ dàng theo dõi được các tác động của protein đối với các tế bào, protein khác và ADN… trong cơ thể con người. Từ đó tìm ra nguyên nhân dẫn tới bệnh tật và cách điều trị bệnh cho con người. Nhiều nhà khoa học cho rằ n Biochip là gì? Biochip còn gọi là chip sinh học, ADN chip hay gen chip, ADN - microarray. Đây là một tấm thủy tinh hoặc nhựa trên đó có gắn các đoạn ADN thành các mạng siêu nhỏ, ở đó có thể chứa từ hàng triệu đến hàng chục triệu yếu tố cảm biến (hoặc cảm ứng sinh học). Thông thường biochip là một miếng nhỏ hình vuông, được làm bằng thuỷ tinh hay nhựa hoặc silicon (H1), trên đó có rất nhiều ô cực nhỏ xếp hàng như bàn cờ (H2), một tập hợp các đoạn axit desoxyribonuclic (ADN) - gồm các gen đã biết, và tất cả được gắn lên bề mặt của miếng nhỏ đó. Trung bình mỗi ô chip sinh học chứa khoảng 10 triệu phân tử nucleotit và toàn bộ được bao trong vỏ thuỷ tinh và có thể cầm gọn trên đầu ngón tay (H3). Do có rất nhiều cảm biến có thể được đưa vào một diện tích nhỏ như vậy, một số lượng rất lớn của các xét nghiệm khác biệt có thể được thực hiện rất nhanh chóng. Trước đây (1996), khi toàn bộ hệ gen của nấm men Saccharomycas cerevisiae được giải mã, người ta đã tìm cách tạo ra một biochip cho loài nấm men với 6.116 gen trên một diện tích cực nhỏ (1,8 x 1,8cm), nhờ đó mà ta có thể xác định được
nhiều trạng thái hoạt động của gen ở tế bào nấm men. Để xác định sự hoạt động của gen, người ta dựa vào 2 yếu tố: loại và số lượng của phân tử “thông tin” mARN (messenger ribonucleotid acid). Phân tử này là bản sao của ADN. Trong quá trình thể hiện đặc tính, tính trạng của một gen, mARN có nhiệm vụ mang thông tin của ADN trong nhân tế bào đưa đến riboxom là “nhà máy” sản xuất ra protein tương ứng (H4). Giống như những “ổ khoá - chìa khoá”, các mảnh ADN phù hợp sẽ được ADN của chip giữ lại và nhờ một đèn phát quang đặc biệt, người ta có thể khá dễ dàng phân biệt chúng (H2). Để đạt được những mục đích khác nhau, biochip không chỉ có loại ADN, ARN, mà còn cả những protein, thậm chí những tế bào sống đang được sử dụng làm những chất môi giới cảm biến trên những biochip (Potera, 2008). Trung tâm công nghệ sinh học - Trường đại học Manchester (nước Anh) đã không ngừng phát triển và cải tiến những con chip này. Và mới đây nhất, sự ra đời của loại biochip mới đã đánh dấu một thành tựu quan trọng của y học hiện đại. Loại biochip hay còn gọi là “chip protein” được tạo ra bởi một công nghệ tiên tiến. Protein mỏng được gắn trên bề mặt con chip, dù có kích thước siêu nhỏ (song có thể cho phép chứa được hàng nghìn mẫu protein trên bề mặt) dễ dàng thích nghi với cơ thể sau khi được cấy vào đang hứa hẹn sẽ mang lại những đột phá mới trong việc phát hiện và điều trị bệnh. Nó cũng dễ dàng tập hợp được các thông tin quan trọng liên quan đến các protein trong cơ thể. Lịch sử ra đời - Còn quá sớm để nói về lịch sử ra đời của biochip hay ADN chip vì kỹ thuật này tương đối mới và thuộc về tương lai hơn là quá khứ. Trước hết phải kể đến những mô tả đầu tiên về cấu trúc ADN của Watson và Crick (1953, Giải Nobel vật lý
năm 1962) cho thấy ADN có thể bị biến tính, phân tách thành hai mạch đơn khi xử lý bằng nhiệt hoặc dung dịch kiềm. Năm 1961, Marmur và Doty mô tả quá trình ngược lại, hồi tính, cơ sở của tất cả các phương pháp nhân bản gen PCR (polymerase chain reaction) và lai phân tử. Điều này gợi ra cách phân tích mối liên hệ trình tự của axit nucleic và các phương pháp phân tích dựa trên lai phân tử phát triển nhanh chóng. Vào cuối những năm 1960, Pardue vf Gall; Jones và Roberson đã tìm ra phương pháp lai in situ có sử dụng mẫu dò (probe) đánh dấu huỳnh quang. - Phương pháp cố định các nhiễm sắc thể và nhân trên phiến kính (sao cho ADN tạo thành mạch kép với mẫu dò) và ngày nay được sử dụng để đặt ADN lên phiến kính trong phương pháp vi mạng (microarray). Năm 1979, hoá học hữu cơ cũng phát triển, cho phép tổng hợp tự động các mẫu dò oligonucleotide. Kỹ thuật phân tích sử dụng phương pháp gắn đồng thời nhiều trình tự đích lên một bộ lọc hay màng theo thứ tự, phương pháp thấm điểm (dot blot), được Kafatos và cộng sự (1979) đưa ra. Với kỹ thuật này, các trình tự đích được cố định trên vật đỡ và lai với mẫu dò (thường là trình tự axit nucleic đã đánh dấu). Saiki và cộng sự (1989) đưa ra một cách khác, dot blot ngược, trong đó gắn nhiều mẫu dò theo thứ tự trên màng và đích để phân tích được đánh dấu. Cùng thời gian này, các array đầu tiên với giá thể không thấm nước được tạo ra trong phòng thí nghiệm của Maskos (1991). Đầu những năm 1990, kỹ thuật đánh dấu phát huỳnh quang đa màu được Ried và cộng sự, Balding và Ward giới thiệu. Vào năm 1993, array chứa các oligonucleotide ngắn, dưới 19 nucleotide được tổng hợp in situ. Năm 1994, Hoheisel và cộng sự tăng mật độ chấm (spot) bằng cách dùng robot để lấy và đặt mẫu dò lên giá thể. Phương pháp tự động hoá này làm tăng tốc độ của quá trình, giảm các sai sót mắc phải khi thực hiện những thủ tục có tính lặp lại cao bằng tay và tăng tính chính xác vị trí, tăng tính đồng hình của các spot mẫu. Từ chip điện tử được sử dụng cho các đài thu thanh bán dẫn, máy tính, sau này, Stephen Fodor,
nhà sinh vật học ở Princeton (Mỹ), đã đưa ra ý tưởng khá đơn giản nhưng mang tính định hướng lớn. Vì mỗi đoạn ADN được cấu thành từ các chuỗi mật mã đối xứng kép, nên chỉ cần đặt một chuỗi trong số các chuỗi mật mã lên một con chip, khi đó con chip sẽ nhận ra chuỗi đối xứng với chuỗi đặt trên nó và nó sẽ phát ra một thông điệp dạng tín hiệu huỳnh quang và máy tính sẽ thu tín hiệu này. Đó là sự kết hợp huyền diệu của các công nghệ: biến phản ứng sinh học thành tín hiệu điện tử. Cuối những năm 90, hy vọng về sự kết hợp huyền diệu này đã trở nên lớn hơn bao giờ hết, do sự xuất hiện của Dự án Bộ gen người (Human Genome Project) nhằm giải mã gen người. Ứng dụng trong y học - Người ta dùng bơm tiêm (syringe) đưa biochip vào dưới da (H5) và (H6). Chip sinh học cho phép phát hiện nhanh những căn bệnh nguy hiểm và các chứng viêm nhiễm bên trong cơ thể mà những phương pháp chụp, chiếu thông thường không thể phát hiện được. Ngoài ra, nhờ những chip sinh học này, các nhà khoa học có thể dễ dàng theo dõi được các tác động của protein (tác động kích thích hoặc cản trở của các protein khác nhau) đối với các tế bào hay với các protein khác, với các ADN... trong cơ thể người. Từ đó tìm ra nguyên nhân dẫn tới bệnh tật và cách điều trị bệnh. Xét nghiệm tự động Cảm ứng sinh học có thể thực hiện các phân tích, bao gồm ADN, protein, kháng thể và các phân tử sinh học nhỏ. Huỳnh quang thường được sử dụng để chỉ một sự kiện cảm biến. Hệ thống tự động của kính hiển vi có thể được sử dụng để "đọc" chip, tức là xác định cảm biến có huỳnh quang (fluorescing) và đang phát triển
một biochip mà chỉ số hóa chức năng cảm biến tới hình dạng, thay vì vị trí của nó trên chip. Như vậy, những cảm biến có thể được đặt bất cứ nơi đâu. Phần mềm nhận dạng ảnh có thể đọc chip (H7) và được in ra. Phát hiện nhiều bệnh chỉ trong một giọt máu H8 Theo Donna Jones Pelkie (2000), một con chip vừa ra đời có thể thay thế vài phòng thí nghiệm chuyên xét nghiệm máu, giúp xác định các bệnh đã có, chẩn đoán những bệnh tiềm ẩn để có hướng điều trị sớm (H8). Để kê đơn thuốc thật sự đúng đắn cho bệnh nhân, các bác sĩ sẽ phải sử dụng công nghệ biochip phân tích ADN của bệnh nhân. Biochip A là một bề mặt rắn mà vô số các sợi nhỏ ADN được gắn vào. Nó cho phép thực hiện hàng ngàn các phản ứng sinh học xảy ra trong vòng vài giây. Khi điều này trở thành loại hình kiểm tra lâm sàng khả thi, nó sẽ mất một vài bước: Ban đầu, ADN sẽ được trích ra từ máu của bệnh nhân. Tiếp đó, biochip A sẽ được sử dụng để lập bản đồ gen của bệnh nhân. Phần mềm máy tính có thể quét bộ gen tìm sự đa hình (polymorphisms) đơn nucleotide (gọi là SNPs, hoặc "Snips"), những nơi mà ADN của con người là thêm biến. Sau cùng một bác sĩ sẽ so sánh kết quả gen của bệnh nhân với các nghiên cứu y khoa mới nhất có sẵn, kết quả là các đơn thuốc cần được tùy biến cho bệnh nhân nếu bệnh nhân có một biến thể được tìm thấy, cho dù với một tỷ lệ rất nhỏ. Trên cơ sở đó, các nhà khoa học thuộc Viện công nghệ California (Caltech) và Viện Sinh học hệ thống (Mỹ) đã cho ra sản phẩm đặc biệt được gọi là con chip tổng hợp xác định mã vạch của máu (Intergrated Blood - Barcode Chip - IBBC). Chip được làm bằng thuỷ tinh, kích thước rất nhỏ, hoạt động theo cùng một nguyên tắc với những con biochip khác. Từ kết quả này, các bác sĩ chuyên khoa sẽ có thể khẳng định đồng
thời nhiều loại bệnh đã xuất hiện hoặc chẩn đoán một số bệnh khác đang tiềm ẩn để điều trị sớm, bởi có nhiều căn bệnh tiềm ẩn đã lâu khi phát hiện ra thì đã muộn. Tìm vi trùng gây hại H9 Biochip không chỉ được dùng để xác định sự hoạt động của gen mà người ta còn áp dụng để khám phá các loại vi trùng gây bệnh xuất hiện trong thức ăn, nước uống và trong cơ thể người. Lợi thế của phương pháp dùng biochip so với các phương pháp chẩn đoán cổ điển là chúng cho kết quả nhanh hơn và qua đó con người có thể phản ứng kịp thời. Tại Trường Đại học ETH ở Lausanne, Thụy Sỹ, các nhà khoa học đã sáng chế ra một loại chip sinh học có thể xác định nhanh chóng các loại vi trùng trong cơ thể người. Thông thường, muốn tìm vi trùng gây bệnh người ta lấy nước tiểu, phân hay máu của bệnh nhân và gửi đến các phòng xét nghiệm. Bệnh nhân thường phải đợi nhiều ngày cho đến khi nhận được thuốc hay các biện pháp chữa trị. Với biochip, chỉ một giọt máu của người bệnh, bác sĩ chỉ mất 6-8 tiếng là có thể xác định được 80% của 55 loại vi trùng. Trong tương lai, với biochip các bác sĩ chỉ cần vài tiếng đồng hồ để xác định loại vi trùng gây bệnh và có thể đề ra những phương pháp điều trị thích hợp. Chip cảm biến phát hiện ung thư Nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về thiết bị cảm biến dùng cho nghiên cứu và thực hành lâm sàng, các chuyên gia thuộc Viện Công nghệ Georgia (Georgia Tech - Hoa Kỳ), đã sáng chế một loại mạch điện tử siêu nhỏ (chip), đặt tên là
ACuRay (ACoustic micro-arRay), có khả năng phát hiện nhiều loại phân tử khác nhau. Thiết bị mà các nhà khoa học Mỹ chế tạo thành công là một thiết bị cảm biến âm thanh, có khả năng nhận ra chỉ dấu sinh học của ung thư, tức là những dấu hiệu phân tử chỉ ra sự hiện diện của các khối ung thư. Nhóm nghiên cứu của Georgia Tech đã tráng lên bề mặt lớp oxit kẽm này những kháng thể đặc hiệu đối với mesothelin - một loại protein gắn kết vào bề mặt tế bào trong các bệnh u trung biểu mô, ung thư buồng trứng, ung thư tuyến tiền liệt và các bệnh ung thư khác. Với độ tinh nhạy cao, ACuRay có thể trở thành một công cụ phổ biến, hữu hiệu và ít tốn kém trong việc phát hiện và chẩn đoán ung thư (H9). Khi áp bề mặt của ACuRay vào cơ thể bệnh nhân, nó sẽ phát hiện được sự hiện diện dù ở một nồng độ cực thấp của chất mesothelin, một chỉ dấu sinh học có liên quan đến nhiều bệnh ung thư. Và khi mesothelin gắn kết vào một kháng thể, khối lượng tăng thêm sẽ làm thay đổi tần số sóng âm truyền đi giữa các điện cực trên bề mặt của ACuRay, và thiết bị này sẽ “nghe” được sự biến đổi về âm vực được tạo ra bởi một số lượng cực nhỏ những phân tử nano của mesothelin đang gắn kết với kháng thể trên bề mặt của chip. ACuRay sẽ mang lại lợi ích thiết thực trong công tác chăm sóc sức khỏe, vì nó giúp các bác sĩ dò tìm các dấu hiệu của ung thư trước khi áp dụng những kỹ thuật chẩn đoán gây xâm lấn và tốn kém hơn. Nghiên cứu này cũng đã được công bố tại Hội nghị quốc tế lần thứ 2 mang tên “Chẩn đoán bằng phân tử trong việc phát triển các liệu pháp chống ung thư”, do Hiệp hội Ung thư Hoa Kỳ tổ chức gần đây ở Atlanta, bang Georgia. Tìm thuốc trị bệnh Theo Lorkowski, S., and P. Cullen. (2004), một ứng dụng quan trọng khác của chip sinh học là tìm kiếm các loại thuốc hay các phương pháp chữa trị, thích hợp
cho từng bệnh nhân. Hiện nay các thuốc chữa trị thường có tính "đại trà", vì vậy với cùng một loại thuốc, có người chữa khỏi, nhưng người khác, cũng bệnh đó, không đạt được kết quả mong muốn và nhiều khi còn bị phản ứng phụ. Thí dụ phương pháp "hóa trị" thường được áp dụng để trị bệnh ung thư. Các chất "hóa học" được sử dụng nhằm ngăn cản sự phát triển của tế bào ung thư trong cơ thể bệnh nhân, nhưng đồng thời chúng cũng ngăn cản sự phát triển cần thiết của những loại tế bào không bệnh. Vì vậy lối chữa trị này gây ra nhiều tác dụng phụ có hại cho sức khoẻ của bệnh nhân. Với biochip, người ta có thể phân biệt được hai nhóm gen, một loại gây bệnh chiếm khoảng 40% và có thể dùng "phương pháp hóa học" để điều trị và 60% còn lại không phản ứng. Tuy nhiên để thực hiện được việc nghiên cứu và chế tạo các loại biochip đáp ứng được, con người cần phải biết thêm nhiều thông tin chính xác về bộ gen người và qua đó mới có thể tạo ra các biochip tương ứng. Vì thế, việc giải mã bộ gen người đóng vai trò rất quan trọng trong việc chế tạo các biochip. Kiểm ra sức khoẻ từ xa và ích lợi đối với y tế cộng đồng Tại Nhật Bản, dịch vụ cung cấp điện thoại di động DoCoMo, đã thử nghiệm một loạt các công nghệ mới, trong đó Super 3G chiếc điện thoại di động gắn một biochip nhỏ, đạt tốc độ truyền dữ liệu 250Mbps và downlink. Về cơ bản đây là một hình thức truyền thông ở cấp độ phân tử. DoCoMo ra đời nhằm mục đích phát triển hệ thống có thể truyền tải thông tin về các điều kiện sinh hóa của các sinh vật sống, chẳng hạn như sự phấn khích, căng thẳng, cảm xúc hoặc bệnh tật. Kết quả cuối cùng có thể dẫn đến việc tạo ra một máy quét sinh hóa hoặc một biochip nhỏ, gắn vào điện thoại di động, có thể hữu ích cho việc sử dụng thuốc trong y tế. Một điện thoại di động có thể được trang bị với một biochip nhỏ để phân tích và cũng sẽ có thể chiết xuất các phân tử đơn từ mồ hôi hoặc máu của người dùng. Sau khi phân tích, các dữ liệu có thể cảnh báo người sử dụng một loạt các bệnh tật, hoặc
đơn giản là sự căng thẳng, lo âu hoặc hứng thú… Dữ liệu được tạo ra từ biochip sẽ được chuyển đến một chuyên gia y tế trên mạng di động. DoCoMo cho biết, hệ thống có thể được sử dụng để kiểm tra sức khỏe từ xa hoặc dùng cho y tế dự phòng. Điều đó sẽ rất có ích cho nhiều người, đặc biệt là những người ở xa bệnh viện, xa thầy thuốc và sự vất vả, mệt nhọc của các bác sỹ sẽ được giảm đi nhiều. Bước tiến mới Thiết lập một hồ sơ gen cá nhân, phát hiện bệnh, nhận biết thực phẩm không an toàn, trợ giúp những người chỉ huy quân đội... sự kết hợp của điện tử và sinh học trong một biochip có thể sẽ làm nên một cuộc cách mạng trong những lĩnh vực đa dạng như y học, thực phẩm và quốc phòng. Sự kết hợp kỳ diệu này rồi sẽ làm đảo lộn ngành công nghệ sinh học và thay đổi cuộc sống của chúng ta. Nhiều chuyên gia tin rằng trong vòng 10 năm tới, bước tiến lớn của các biochip sẽ mở ra một thị trường hơn 10 tỷ USD. Các tập đoàn điện tử - tin học lớn, như Hewlett - Packard (HP), Motorola, IBM... đã bắt cầu nghiên cứu biochip. Sự kỳ diệu trước hết là trong lĩnh vực y học, nhờ những công cụ như biochip, các bác sĩ sẽ đạt được những chẩn đoán chính xác và trong thời gian nhanh kỷ lục. Các nhà nghiên cứu tách các đoạn gen của căn bệnh đang tìm, sau đó họ đặt các đoạn gen này lên một tấm silic (chip). Khi nhỏ một giọt mẫu máu lên chip, các đoạn gen tiếp xúc với gen tương ứng với nó trong mẫu máu. Nếu chip phát ra thông điệp huỳnh quang và truyền đến máy tính là lúc bệnh được phát hiện đúng. Các chuyên gia của Khoa Sinh học Phân tử thuộc trường Đại học Duke (Bắc Carolina - Mỹ) cho biết rằng, có thể trong 5 năm nữa, chỉ với một biochip khi cho tiếp xúc với mẫu máu của một bệnh nhân cũng đủ để bác sĩ biết được hồ sơ gen của bệnh nhân trong vòng dưới 10 phút, và có thể quyết định nhanh chóng phương pháp điều trị nào phù hợp áp dụng cho bệnh nhân. Hiện nay rất nhiều công ty đã đề nghị các cá nhân thiết lập hồ sơ gen của họ chỉ với 300-500 USD. Công ty Decode Genetics của Ai-Len đã
nhận dạng và lưu trữ ở môi trường lạnh các gen liên quan đến khoảng 20 căn bệnh, trong đó có bệnh tâm thần phân liệt. Còn ở Pháp, Viện Biomerieux lại nhằm vào các gen liên quan đến ung thư. Là phương tiện hữu hiệu phát hiện bệnh, các biochip cũng có nhiều hứa hẹn trong lĩnh vực an toàn thực phẩm, bởi vì ngày nay người ta đã biết rõ thành phần của các loại thức ăn. Affymetrix ở California (Mỹ) là doanh nghiệp đầu tiên dùng biochip để kiểm soát thành phần thức ăn, chẳng hạn như phát hiện thịt bò điên. Công ty này còn phối hợp với Biomerieux để tạo ra các biochip có khả năng phát hiện thành phần thực phẩm có trong hơn 30 loài động vật có xương sống. Các biochip này cũng có thể xác định sự hiện diện của các sản phẩm tuỳ theo lớp (động vật có vú, chim và cá) hoặc loài (bò, gà, cừu, lợn, cá hồi...). Không dừng lại ở đó, biochip còn cho biết quá khứ của lương thực hoặc thực phẩm. Loại biochip có tên Food Expert ID - FID còn cho phép kiểm chứng rằng, thịt của động vật nhai lại không chứa một thành phần nào từ các động vật khác, hoặc chỉ qua một hạt gạo, loại chip này thậm chí còn cho biết liệu giống lúa tạo ra hạt gạo đó có biến đổi gen hay không. Trong một lĩnh vực áp dụng khác, Công ty Direction Surromed, chuyên sản xuất các biochip truyền thống, đã mở rộng nghiên cứu biochip dành cho thị trường tiềm năng: dùng biochip để phát hiện hàng giả. Công ty này đang tạo ra một loại biochip biết phân biệt các túi xách là thật hay giả, theo yêu cầu của một hãng thời trang cao cấp. Loại túi xách này nếu là hàng thật thì được làm bằng da của một loài bò rất đặc trưng mà mã gen của nó hơi khác so với các loài bò khác. Khi cài mã gen này lên một con chip và so sánh với mã gen trên các túi xách khả nghi là giả (vì được làm từ các da bò khác nên có mã gen khác) là nhân viên hải quan có thể biết túi xách là giả hay thật. Không chỉ các công ty tư nhân mà cả các chính phủ cũng quan tâm đến ứng dụng của biochip. Phòng thí nghiệm Lawrence Livermore Laboratory, được xây dựng từ năm 1952 là một địa điểm bí mật với hàng nghìn nhà khoa học làm việc đang hoàn thiện một giải pháp biochip chống lại bệnh than. Thực ra thứ bột trắng gây bệnh than, nỗi ám ảnh của các viên chức và Quốc hội Mỹ sau vụ 11/9, là một loại enzyme có thể được phát hiện nhờ một loại biochip phù hợp. Cuối năm 2003, Lầu Năm Góc đã
chi hơn 2 triệu USD cho một nhóm nhà khoa học của Trường Đại học Virginia Commonwealth nhằm nghiên cứu dự án gắn các biochip và máy thu mini lên da của những người lính tình nguyện trước khi ra trận, để giúp người chỉ huy không chỉ biết được tình trạng sức khoẻ mà còn cả sơ đồ gen, khối lượng các kháng thể của những người lính đó. Điều này rất có ích không chỉ đối với người chỉ huy khi ra quyết định mà còn thuận lợi cả cho các bác sĩ phẫu thuật khi họ buộc phải mổ khẩn cấp cho một chiến binh bị thương. Một ứng dụng khác cũng được dự kiến: những người lính bị lạc giữa sa mạc hoặc trong một khu vực lạ có thể tự kiểm tra độ an toàn của nước uống hoặc thức ăn tại chỗ. Trong lĩnh vực nghiên cứu vũ trụ, NASA đang kết hợp với Trường Đại học Virginia để nghiên cứu và trang bị cho các nhà du hành vũ trụ các biochip nhằm giúp Nhóm kiểm soát (đặt ở Houston) kiểm tra tình trạng sức khoẻ của các nhà du hành như hàm lượng đường glucô trong máu khi đang làm nhiệm vụ. Tại Pháp, hoạt động liên quan đến biochip của Uỷ ban Năng lượng Nguyên tử có thể tạo ra 10.000 chip ADN mỗi năm. Ngân hàng gen người của cơ quan này hiện lưu giữ có khoảng 25.000 mẫu gen. Cuộc cạnh tranh và vấn đề xã hội Công ty Affymetrix là công ty tiên phong trong việc lưu trữ các bộ dò ADN tái tạo (mỗi biochip chứa vài nghìn bộ dò), dùng để xác định các bệnh hoặc đơn giản là xác định hàm lượng glucô. Các nhân viên của hãng này lấy hàng nghìn đoạn gen của những khách hàng đăng ký, để đặt lên các tấm thuỷ tinh có các biochip kích thước 1x1 cm nhờ những rô-bốt được điều khiển từ xa. Hàng năm, Affymetrix bán vài trăm nghìn biochip và có không d ưới 70 phát minh sáng chế trong lĩnh vực này. Công ty này được ví như Intel trong lĩnh vực biochip. Nhưng công ty tiên phong này đã bắt đầu có những đối thủ, như Abag của Pháp. Tại Trung Quốc, có hàng trăm dự án được sự hỗ trợ ban đầu của Chính phủ, ước tính vài chục triệu USD, đang nỗ lực để tư nhân hoá. Ngoài ra còn phải tính đến các tập đoàn lớn, Genegal
Electric, Motorola, IBM, Texas Instrument, Corning, Hitachi (đã tham gia xây dựng Trung tâm Life Center khổng lồ ở Hồng Kông) và Philip. Nhưng đáng kể nhất trong số đó là Agilent, công ty này trong vòng vài tháng đã vươn lên vị trí thứ 2 trong ngành. Với gần 150.000 nhân viên, công ty này dành hơn 1 tỷ USD cho nghiên cứu, trong đó chủ yếu là biochip. Tất cả đã sẵn sàng cho một cuộc cạnh tranh mới. Hiện nay giá của các chip sinh học vẫn đắt, đôi khi lên tới vài chục USD/đơn vị, thậm chí loại chip của Affymetrix vượt mức 200 USD/đơn vị, nên không thể dành cho đại chúng. Để giá có thể giảm thì không còn cách nào khác là thay đổi phương thức sản xuất để tạo ra nhiều biochip hơn. Tuy nhiên, ngay cả khi trở nên rẻ hơn thì các chip này còn phải được xem xét, bởi việc sử dụng các đoạn ADN sẽ kéo theo những vấn đề đạo đức vì sự tiết lộ bí mật, xuyên tạc thông tin cá nhân là vấn đề đáng lo ngại nhất. Làm sao kiểm soát những cơ sở dữ liệu khổng lồ chứa hàng tỷ thông tin về đa dạng gen? Tại Anh, UK Biobank đã thu thập các mẫu ADN từ 500.000 người tình nguyện. Tại Canada, người ta đang tranh cãi về sự xuất hiện của Cartagene, một dự án gen lớn tập hợp các bệnh mà những dữ liệu sẽ được trao đổi cả trong khu vực tư nhân. Còn tại Estonia người ta đang tạo ra một ngân hàng gen không chỉ của các bệnh nhân mà của toàn bộ người dân trong nước. Sự kết hợp gen với điện tử không dừng lại ở đó. Weizmann Institute, một viện nghiên cứu ở Ixraen, mới tạo ra được một loại máy tính ADN đầu tiên. Nhỏ hơn máy tính truyền thống, loại máy tính ADN này có thể rẻ hơn khi được sản xuất hàng loạt. Các dữ liệu được khai thác bởi máy tính này được thể hiện dưới dạng alpha gen gồm 4 mã: A,T,C,G (Adenin, Thymin, Cytosin và Guanin), thay vì d ạng dãy số nhị nguyên (0,1) như ở máy tính thông thường. Theo các chuyên gia về biochip, sau nhiều năm nghiên cứu và phát triển trong yên lặng, các công ty, các phòng thí nghiệm và các trung tâm nghiên cứu về lĩnh vực này trên toàn thế giới sắp tạo nên một kỷ nguyên mới của các biochip, có thể thay đổi sâu sắc cuộc sống của chúng ta. Nhưng bên cạnh đó sẽ là những vấn đề về quản lý thông tin và đạo đức mà hậu quả có thể không lường hết được… Đối với Việt Nam, biochip là vấn đề khá mới mẻ, dù vậy, hiện nay cũng đã có cơ sở y tế sử dụng biochip trong hoạt
động chuyên môn của mình. Theo TS. Phan Thị Danh, Khoa Sinh Hoá, Bệnh viện Chợ Rẫy, thì ở đây đã sử dụng kỹ thuật biochip trong xét nghi ệm và ứng dụng lâm sàng và với công nghệ cao biochip, nhiều bộ (panel) xét nghiệm sinh hoá chuyên biệt có thể thực hiện cùng một lúc, giúp giảm thời gian chờ đợi so với thực hiện từng xét nghiệm, độ chính xác cao do kỹ thuật dàn trải chất gắn kết trên bề mặt biochip so với dạng dung dịch của phương pháp cổ điển, cung cấp toàn bộ thông tin xét nghiệm bệnh lý hiện tại của bệnh nhân, giúp ích nhiều trong chẩn đoán, điều trị. Hy vọng rằng, trong thời gian tới ở Việt Nam có nhiều bệnh viện sử dụng công nghệ biochip để công tác khám chữa bệnh cho mọi người được thuận lợi và có hiệu quả hơn nữa./. Tài liệu tham khảo 1. P.Fortina, D.Graves, C.Stoeckert,Jr., S. McKenzie, and S. Surrey in Biochip Technology, J.Cheng and L.J.Kricka,eds.,ch.TechnologyOptions and Applications of DNA Microarrays, Herold, KE; Rasooly, A (2009) -Lab-on-a-Chip Technology Fabrication and Microfluidics. Caister Academic Press. 2. Lorkowski, S., and P.Cullen. 2004. Analysing Gene Expression. Wiley -VCH Verlag GmbH & Co. KgaA. 3. Moran G, Stokes C, Thewes S, Hube B, Coleman DC, Sullivan D(2004). “Comparative genomics using Candida albicans DNA microarrays reveals absence and divergence”.
4. New technologies (01 April 2008)-Super 3G and phone-basedbiochips. 5. Science Daily, Jan26-2010. 6. L. M. Smith, J. Z. Sanders, R. J. Kaiser, P. Hughes, C. Dodd, C. R. Connell, C. Heiner, S. B. H. Kent, and L. E. Hood, (Nature 321, 1986) “Fluor escence detection in automated DNA sequence analysis,”. 7. Wireless and Mobile News (March 28, 2008) - Bio Chip Health Diagnosis Via Cell Phone Possible. Nguyễn Dương Tuệ