ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐỘNG VẬT TRONG Y HỌC

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐỘNG VẬT TRONG Y HỌC Những ứng dụng công nghệ sinh học động vật y - dược phân thành hai loại sau : (1) Những ứng dụng liên quan tới việc nhận dạng thực thi chức năng, cấp phân tử ADN, protein enzym mối quan hệ chúng với phát sinh bệnh tật lẫn sức khoẻ (2) Những ứng dụng có liên quan đến việc thao tác tế bào, mô, phận toàn thể ( chẳng hạn sinh sản hỗ trợ, kỹ thuật mô nhân vô tính ) Những cơng nghệ 1.1 Y học hệ gen ( Genomic Medicine ) Hệ gen học môn chuyên nghiên cứu chức mối tương tác tất gen thể Y học hệ gen có nhiệm vụ nhận dạng gen tham gia làm phát sinh bệnh tật vạch chiến lược chữa trị dựa vào tri thức Những dự án xây dựng ngân hàng gen quốc gia quy mô lớn dự án HapMap, Dự án thiết kế để cung cấp thông tin cho nhà nghiên cứu sử dụng nhằm liên kết lại phương pháp phòng ngừa, chẩn đốn chữa trị Mặc dù nhiệm vụ đặt phức tạp cần phải thu thập phân tích liệu khổng lồ, y học hệ gen hứa hẹn làm thay đổi ngành y tế trình phát triển dược phẩm- không nhanh trước người tưởng Những công nghệ lên tạo động lực cho phát triển y học hệ gen gồm: - Các cơng cụ chẩn đốn; - Các dược phẩm thích hợp với người; - Các liệu pháp dựa vào gen; 1.1.1 Cơng cụ chuẩn đốn Các cơng cụ chẩn đốn nhanh tạo “làn sóng” quan trọng thứ ứng dụng lâm sàng y học hệ gen Có thể thấy trước tương lai, lực xét nghiệm gen đạt tới trình độ đo xác hàng chục, hàng trăm, hàng ngàn, chí hàng chục ngàn mARN (ARN Messenger-ARN thơng tin), protein thành phần phân tử nhỏ máu Những thành phần ( phần tử đánh dấu- “marker” ) khác loại bệnh, giai đoạn trình phát sinh bệnh Dự đốn nhận dạng xác phân tử đánh dấu có khả áp dụng phương pháp điều trị vào giai đoạn thích hợp bệnh Cơng cụ xét nghiệm/chẩn đốn: + Các cơng nghệ tạo điều kiện xét nghiệm ADN nhanh bao gồm chip, có khả đo mức biểu hàng vạn gen lần thử + Một số ứng dụng Công nghệ sinh học nano lĩnh vực chẩn đốn phân tử Các nhà nghiên cứu tin sau chip ADN hệ chip protein, hoạt động cấp nano + Những kỹ thuật có tên gọi “Vạch mô thức protein” ( Protein Pattern Profiling ) bắt đầu áp dụng để nhận dạng tiến triển số bệnh ung thư Một xét nghiệm bệnh ung thư buồng trứng đánh giá phụ nữ để làm giảm bệnh + Công nghệ cảm biến, chẳng hạn cảm biến dựa vào dây nano- ứng dụng nổi- xem nhạy cảm 1000 lần so với xét nghiệm ADN cho kết sau vài phút, cảm biến cực nhạy ví dụ khả đo trực tiếp dòng điện ADN Công nghệ Nano + Các công nghệ hiển thị hình ảnh gần đặc biệt hứa hẹn Ví dụ, thiết bị chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI) giúp ta quan sát mô, phận chức chúng Điều không đem lại khả cho chẩn đốn mà cho phép quan sát, đánh giá thời gian thực tác dụng nhiều loại dược phẩm liệu pháp gen 1.1.2 Gen dược học (Pharmacogenetics) + Ứng dụng thương mại Gen dược học tung thị trường vào 2003, chip ADN dùng để xét nghiệm enzym then chốt chịu trách nhiệm trình trao đổi chất thuốc + Ứng dụng Gen dược học đóng vai trò quan trọng trình phát triển dược phẩm, đặc biệt thử nghiệm lâm sàng 1.1.3 Các liệu pháp gen Liệu pháp gen kỹ thuật điều trị, gen thực chức nạp vào tế bào mục tiêu để sửa chữa sai sót bẩm sinh cung cấp chức cho tế bào Nếu nạp thành công, tế bào sản xuất protein trị liệu để thay bổ sung cho gen bị hư hỏng xử lý ảnh hưởng bệnh bị mắc ung thư Những ứng dụng liệu pháp gen hứa hẹn giúp thể sản xuất phân tử trị liệu cách lâu bền 1.1.4 Giao thoa RNA Giao thoa ARN (RNAi) tác nhân vơ hiệu hóa gen ( Gene Silencing ), coi công nghệ đầy hứa hẹn Tuy nhiên, lý thuyết, ứng dụng khả vơ hiệu hóa gen chữa trị bệnh có liên quan đến hoạt tính gen nhiều gen Nó có tiềm giảm bớt nguy biểu thị mức vật liệu gen nạp vào thể, tránh phát triển thành khối u 1.1.5 Các công nghệ nạp gen nhà nghiên cứu thử nghiệm đưa trực tiếp ADN vào tế bào sử dụng tế bào gốc làm vectơ Các nhiễm sắc thể nhân tạo người (HAC) coi cơng nghệ có tiềm Chúng cho phương tiện lý tưởng, kết hợp chức vectơ tác nhân biểu thị gen 1.1.6 Vaccine vacxin trị liệu công nghệ gen lên, thiết kế cho bệnh nhân bị lây nhiễm , với mục đích tăng cường phản ứng miễn dịch Những vacxin trị liệu thử nghiệm lâm sàng để chữa bệnh khơng lây nhiễm, ví dụ để tăng phản ứng miễn dịch chủng loại khối u ung thư vacxin ADN, ADN dùng thay cho protein để tạo phản ứng miễn dịch Về lý thuyết, vacxin ADN có số ưu điểm so với vacxin khác Ví dụ, vacxin ADN có tác dụng từ bên tế bào, có tiềm tạo phản ứng mạnh hy vọng có khả chống lại loại virus biến đổi liên tục, chẳng hạn virus cúm 1.2 Y học tái sinh (Regenerative Medicine ) tế bào, mô, phận: Để sản xuất quy mô lớn sản phẩm kỹ thuật mơ đòi hỏi phải có kiến thức kết hợp số lĩnh vực R&D : y học, vật liệu học, sinh học kỹ thuật Các nhiệm vụ đòi hỏi kỹ thuật mô bao gồm: - Tạo nguồn tăng cường tế bào dòng tế bào ( Cell Line ); - Phát triển giàn giáo ( Scaffold ) vật liệu sinh học để nuôi cấy tế bào ( đáp ứng nhu cầu nuôi cấy thể ống nghiệm ); - Biểu thị nạp phân tử sinh học để điều chỉnh tăng trưởng, chuyên biệt hoá tế bào; - Giải pháp khắc phục phản ứng hệ miễn dịch; - Chế tạo thiết bị phản ứng sinh học hệ thống bảo quản sản xuất quy mô lớn phục vụ cho khâu sản xuất 1.2.1 Tìm kiếm tế bào Tế bào dòng tế bào lấy từ nguồn khác Chúng lấy từ thể bệnh nhân, từ người cho hiến (Donor) từ lồi khác Chúng lấy từ dạng tách biệt (những tế bào vừa chiết xuất, với tuổi thọ xác định) dòng tế bào, đòi hỏi phải tạo mơi trường ni cấy ống nghiệm Tế bào gốc tế bào có khả tiếp tục phân chia phát triển thành loại mô khác nhau, khiến cho chúng đặc biệt có nhiều hứa hẹn cho ứng dụng y học Tế bào gốc lấy từ phơi (ESC), hay gọi tế bào mầm, coi có tiềm Tuy nhiên, ESC làm phát sinh vấn đề đạo đức Các quốc gia khác có phân hố theo cách tiếp cận luật pháp ESC việc phát triển ứng dụng ESC phụ thuộc nhiều vào cách tiếp cận Các tế bào gốc trưởng thành (Adult) có mặt phận thể (ví dụ gan, hệ thần kinh trung ương, tụy…) trọng nghiên cứu 1.2.2 Vật liệu sinh học, phân tử sinh học công nghệ giàn giáo Vật liệu sinh học kỹ thuật mô dùng để hỗ trợ hướng dẫn tăng trưởng tế bào cấu trúc chiều đặc thù, thường gọi “giàn giáo” Một giàn giáo lý tưởng bắt chước chức ma trận ngoại bào (ECM), tức tạo cho tế bào cấu trúc hỗ trợ bao gồm protein, carbohydrat phân tử tín hiệu Cơng nghệ Nano sinh học có dấu hiệu giúp khắc phục trở ngại Ví dụ, kỹ thuật chế tạo vi mơ giúp vi tiểu hình hố giàn cho kỹ thuật mơ, cho phép kiểm sốt cấp vi mô bề mặt tế bào cách hiệu để mô tác dụng thành mạch Các polyme sinh học chế tạo với kênh kích thước mao mạch có triển vọng ống dẫn có hiệu để hình thành mạch máu Một ứng dụng trước mắt thay mô động mạch tim bị hư hỏng 1.2.3 Thiết kế kỹ thuật sản xuất Người ta quan tâm nhiều đến trường hợp nuôi cấy mô chỗ (In Situ) nhờ tế bào tiêm vào, có ưu điểm khơng cần phải mơ môi trường sinh lý nhân tạo Nếu tế bào phải tạo bên thể để thành mơ cấy ghép trước hết phải lấy tế bào thích hợp bệnh nhân Sự phát triển phận sinh học nhân tạo-thực chất dùng tạm thời thời gian chờ bệnh nhân hồi phục có phủ tạng người hiến-đã có nhiều tiến Các phận sinh học nhân tạo lấy plasma bệnh nhân cần cấy ghép lưu chuyển tế bào bên ngồi thể thiết bị phản ứng thơng qua tế bào khỏe bệnh nhân 1.3 Công nghệ sinh học hỗ trợ sinh sản 1.3.1 Công nghệ tạo tử cung nhân tạo nhóm trường Đại học Cornell (Mỹ) nhóm lại trường Đại học Juntendo, Tokyo đạt số thành công Nhóm nghiên cứu Mỹ tách lấy tế bào từ thành tử cung ni cấy phòng thí nghiệm Họ sử dụng hoocmơn nhân tố tăng trưởng kỹ thuật nuôi cấy mô Những phôi cấy ghép vào tử cung nhân tạo sống tới 14 ngày Trái lại, nhóm Nhật Bản tách lấy bào thai dê đặt vào túi chất dẻo suốt, chứa nước ối, trì nhiệt độ thể; bào thai sống tới 10 ngày 1.3.2 Sàng lọc lựa chọn phơi Chẩn đốn gen trước cấy phôi (PGD) kỹ thuật in vitro (trong ống nghiệm), theo phơi non phân tích để kiểm tra đặc trưng gen nhiễm sắc thể xác định lựa chọn tương ứng để cấy vào thể bệnh nhân Công nghệ dùng để tránh bệnh di truyền chứng ưa chảy máu (Haemophilia) hội chứng Lesch Nyhan, bất bình thường nhiễm sắc thể bệnh Down Turner 1.3.3 Thụ tinh nhân tạo Thụ tinh nhân tạo áp dụng cho cặp vợ chồng vơ sinh mong muốn có con; cụ thể vô sinh do: tinh trùng người chồng yếu, rối loạn phóng nỗn, lạc nội mạc tử cung, yếu tố cổ tử cung 1.4 Y học nâng cao Công nghệ sinh học áp dụng cho mục đích tăng cường thêm đặc tính khơng thuộc y học Những tiến hiểu biết đặc trưng di truyền phức tạp hoạt động não đem lại tiềm ứng dụng lĩnh vực Hiện nước phát triển lưu hành nhiều loại dược phẩm liên quan đến “lối sống” (“Lifestyle”), nhằm cải thiện diện mạo, không nhằm chữa bệnh Những tiến công nghệ tiềm diễn lĩnh vực sau : - Ngăn chặn tình trạng lão hố - Nâng cao thể lực - Nâng cao đặc trưng gen: trẻ em thiết kế (Designer Babies), với đặc trưng cần thiết - Nâng cao khả nhận thức/trí nhớ Tóm lược xu hướng áp dụng công nghệ sinh học động vật y học: + Làn sóng thứ (2004 – 2010): Các mô cấu trúc (da, xương sụn) Kết hợp nhân tố tăng trưởng vật liệu sinh học vào da nhân tạo Thay đĩa đệm cột sống sụn nhân tạo + Làn sóng thứ hai (2010 – 2025): Các liệu pháp sử dụng tế bào ngoại lai (chẳng hạn cho não tụy) Các liệu pháp dựa vào tế bào gốc để chữa bệnh tiểu đường, bệnh tim mạch, Parkinson Alzheimer Các phận sinh học nhân tạo Liệu pháp tế bào gốc để điều trị bệnh thần kinh + Làn sóng thứ ba 2025: Tạo trọn phủ tạng thay ... xu hướng áp dụng công nghệ sinh học động vật y học: + Làn sóng thứ (2004 – 2010): Các mô cấu trúc (da, xương sụn) Kết hợp nhân tố tăng trưởng vật liệu sinh học vào da nhân tạo Thay đĩa đệm cột... phản ứng thông qua tế bào khỏe bệnh nhân 1.3 Công nghệ sinh học hỗ trợ sinh sản 1.3.1 Công nghệ tạo tử cung nhân tạo nhóm trường Đại học Cornell (Mỹ) nhóm lại trường Đại học Juntendo, Tokyo đạt... áp dụng cho cặp vợ chồng vô sinh mong muốn có con; cụ thể vơ sinh do: tinh trùng người chồng y u, rối loạn phóng nỗn, lạc nội mạc tử cung, y u tố cổ tử cung 1.4 Y học nâng cao Cơng nghệ sinh học