Hiện nay, các hướng nghiên cứu về sinh học tế bào, đặc biệt là ung thư, ngày càng nhiều và không ngừng mở rộng, cả thế giới lẫn Việt Nam. Phần lớn các nghiên cứu đều sử dụng các chất huỳnh quang hữu cơ do tính phổ dụng và lịch sử phát triển lâu đời. Tuy nhiên, chất huỳnh quang hữu cơ bộc lộ nhiều nhược điểm so với chấm lượng tử, đặc biệt ở hiệu suất phát quang, tính bền và hiện tượng chồng phổ phát quang. Vì vậy, chấm lượng tử ngày càng được tập trung nghiên cứu và phát triển như là một giải pháp thay thế.
Chấm lượng tử là một hạt nano có đường kính khoảng 4-12 nm, được tạo từ vật liệu bán dẫn, có những đặc tính quang học và lượng tử độc đáo do sự kết hợp giữa tính chất của chất bán dẫn và sự giam giữ lượng tử. Chấm lượng tử thường sử dụng trong sinh học được cấu tạo từ lõi CdSe bọc bởi lớp ZnS. Để có thể ứng dụng trong sinh học, chấm lượng tử phải phân tán được trong nước, do môi trường sinh học chủ yếu là nước. Đồng thời, chấm lượng tử phải liên kết đặc hiệu với các đối tượng sinh học mục tiêu cần được đánh dấu. Những đặc điểm này được cung cấp nhờ các nhóm chức hóa học nằm ở lớp vỏ bọc bên ngoài của hạt. Ứng dụng phổ biến của chấm lượng tử trong sinh học là phân phối thuốc, đánh dấu in vivo, đánh dấu in vitro, đánh dấu tế bào,…
Trong đề tài nêu trên, nhóm tác giả đã tổng hợp được chấm lượng tử CdSe kết tinh ở pha lập phương ở nhiệt độ phản ứng là 120-1800C, thời gian phản ứng là từ 2-30 phút. Các chấm lượng tử CdSe có kích thước khá nhỏ, tương đối đồng đều và các hạt đều nhỏ hơn bán kính Bohr exciton của vật liệu khối nên có hiệu ứng giam giữ lượng tử mạnh. Đồng thời chế tạo được chấm lượng tử có cấu trúc lõi/vỏ CdSe/ZnS ở pha lập phương với độ dày lớp vỏ khác nhau, tùy theo nhiệt độ bọc vỏ thay đổi từ 120-1500C. Bộ kít đánh dấu tế bào sử dụng chấm lượng tử được chế tạo với các kết quả: chấm lượng tử có kích thước 3-5 nm và độ phân bố kích thước đồng đều; chấm lượng tử không gây độc ở ngưỡng dưới 200 ug chấm/ml; chấm lượng tử gắn được 15,3 ug kháng thể trên 1 mg hạt; có khả năng nhận diện tế bào bằng phương pháp IF và IHC; tín hiệu ổn định tối thiểu trong thời gian 12 tháng, điều kiện bảo quản ở 40C. Ưu điểm nổi bật của bộ kit sản xuất trong đề tài này là tính “vạn năng”, tức sẵn sàng gắn kết với bất kì kháng thể nào chỉ qua một bước ủ duy nhất. Ngược lại, các kit thương mại cần thêm bước gắn với protein A/G hoặc bước gắn kháng thể trực tiếp lên chấm lượng tử.
Các kết quả nghiên cứu của đề tài cho thấy, quá trình gắn protein A/G lên chấm lượng tử có hiệu suất cao nhất khi tiến hành trong hệ đệm PBS 1X pH 7,4 (tỷ lệ gắn thành công 51,2% và 80,7% protein A/G ở nồng độ 20 μg/ml và 60 μg/ml lên chấm lượng tử CdSe/ZnS). Tính chất quang của chấm lượng tử không thay đổi sau khi được gắn thêm protein. Liên kết giữa protein và chấm lượng tử bền dưới tác động của ure 8M ở các giá trị pH 6 và 9. Nồng độ cao nhất không gây độc cho tế bào NIH-3T3 là 2.102 μg/ml khi hạt CdSe/ZnS được bọc bởi chất liên kết bề mặt MPA và ở nồng độ 2.101 μg/ml khi không bọc MPA. Hiệu suất gắn kháng thể lên chấm lượng tử khi không có protein A/G trung bình chỉ đạt 9,4%. Tuy nhiên, hiệu suất tăng đáng kể, trung bình đạt 24,8% khi gắn kháng thể lên chấm lượng tử thông qua protein A/G. Khi dùng chấm lượng tử để đánh dấu tế bào Jurkat T, chấm lượng tử gắn với kháng thể thông qua protein A/G bắt được trung bình 5/10 tế bào trong một thị trường.
Trong phương pháp nhuộm IHC mẫu da chuột, chấm lượng tử-protein A/G có thể đánh dấu các kháng nguyên keratin 6 ở vùng biểu bì của da khi kết hợp với kháng thể đặc hiệu. Về khả năng đánh dấu tế bào của chấm lượng tử so với chất phát huỳnh quang, trong cả hai phương pháp IF và IHC, chấm lượng tử-protein A/G khi gắn kháng thể có khả năng đánh dấu tế bào vượt trội hơn hẳn so với chất phát quang màu xanh lá (FITC) truyền thống. Sau các khoảng thời gian 6, 9 và 12 tháng, hiệu suất đánh dấu tế bào của chấm lượng tử có phần suy giảm, tuy nhiên vẫn giữ được khả năng đánh dấu với hiệu suất trung bình 10 tế bào được đánh dấu trong thị trường khoảng 15 tế bào. Đối với thử nghiệm nhuộm IHC bằng chấm lượng tử gắn kháng thể kháng keratin 6, chấm lượng tử cho tín hiệu huỳnh quang mạnh và khá ổn định sau các mốc thời gian lão hóa từ 0-12 tháng.
Kết quả đề tài mở ra khả năng ứng dụng của chấm lượng tử trong nghiên cứu về sinh học tế bào, đặc biệt là ung thư, thay cho chất huỳnh quang hữu cơ đang sử dụng tại Việt Nam. Đồng thời phát triển các sản phẩm có tính cạnh tranh cao, tiện dụng cho khách hàng so với các sản phẩm cùng loại trên thị trường, mở rộng khả năng ứng dụng của chấm lượng tử trong các kỹ thuật đánh dấu khác như lai western, ELISA,…
Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài tại Trung tâm Thông tin và Thống kê Khoa học và Công nghệ (CESTI).
Lam Vân (CESTI)