Các nhà nghiên cứu tại Đại học California, Los Angeles (UCLA) đã phát triển cảm biến nhỏ có thể giúp theo dõi các chất chuyển hóa - những chất được tạo ra hoặc sử dụng khi cơ thể tiêu hoá thức ăn, thuốc thậm chí là chất béo và cơ của chính nó trong các quá trình trao đổi chất, rộng rãi hơn nhiều so với các phương pháp hiện tại.

Công nghệ này có thể mở ra những cách mới để phát hiện, quản lý bệnh tật và rối loạn, theo dõi phản ứng của bệnh nhân với phương pháp điều trị và đẩy nhanh quá trình phát triển các loại thuốc hiệu quả hơn. Điều đặc biệt thú vị là cách cảm biến theo dõi quá trình sinh hóa tự nhiên giống như cách các phân tử được chuyển đổi và tương tác bên trong cơ thể chúng ta.

Nhóm nghiên cứu từ Viện NanoSystems California của UCLA gọi sáng tạo của mình là 'cảm biến dựa trên phản ứng trao đổi chất song song', hay gọi tắt là cảm biến TMR. Chúng hoạt động giống như phòng thí nghiệm hóa học thu nhỏ để theo dõi các chất chuyển hóa. Các cảm biến được chế tạo trên các điện cực nhỏ làm từ ống nano carbon thành đơn cực nhỏ. Các nhà khoa học đặt các enzyme và phân tử hỗ trợ trong phản ứng hóa học, được gọi là cofactor lên các điện cực này.

Khi một chất chuyển hóa cụ thể (phân tử mà chúng muốn phát hiện) đến gần cảm biến, các enzyme sẽ gây ra phản ứng hóa học. Phản ứng này rất đặc hiệu với chất chuyển hóa mục tiêu. Đôi khi, cảm biến có thể phát hiện chất chuyển hóa trực tiếp thông qua phản ứng này.

Những lần khác, nếu chất chuyển hóa không thể phát hiện trực tiếp, các enzyme sẽ chuyển đổi nó thành một phân tử khác có thể phát hiện được. Sự chuyển đổi này có thể xảy ra thông qua một loạt bước, giống như các con đường chuyển hóa tự nhiên trong cơ thể. Khả năng chạy nhiều phản ứng này là lý do tại sao chúng được gọi là 'cảm biến dựa trên phản ứng chuyển hóa song song.

Cảm biến TMR cho phép theo dõi thời gian thực nhiều loại chất chuyển hóa. Hình ảnh quang phổ cho thấy các phân tử trên điện cực thúc đẩy phản ứng cảm biến chất chuyển hóa.

Một phần quan trọng của phản ứng này là sự trao đổi electron. Khi các enzyme tác động lên chất chuyển hóa, chúng có thể khiến các electron di chuyển. Các chuyển động electron này tạo ra dòng điện trên bề mặt của các ống nano carbon. Sau đó, cảm biến sẽ đo dòng điện này. Lượng dòng điện cho các nhà khoa học biết có bao nhiêu chất chuyển hóa hiện diện, vì vậy dòng điện cao hơn có nghĩa là có nhiều chất chuyển hóa hơn và dòng điện thấp hơn có nghĩa là ít hơn.

Về cơ bản, các cảm biến TMR sử dụng phản ứng hóa học tự nhiên, xảy ra trên một bề mặt điện nhỏ, để biến sự hiện diện của chất chuyển hóa thành tín hiệu điện có thể đo được.

Thông qua một bước chuyển đổi, các cảm biến này có thể phát hiện hơn hai phần ba các chất chuyển hóa khác nhau được sản xuất trong cơ thể con người. Điều đó có thể cung cấp cho chúng ta bức tranh chi tiết về những gì đang diễn ra với tình trạng của bệnh nhân và cách họ phản ứng với phương pháp điều trị.

Các nhà nghiên cứu lưu ý công nghệ này có thể giúp phát hiện sớm các rối loạn tim và cá nhân hóa phương pháp điều trị để giải quyết tình trạng chuyển hóa riêng lẻ của bệnh nhân. Nó có thể tối ưu hóa thể lực của vận động viên bằng cách theo dõi cách cơ thể họ chuyển hóa năng lượng khi bị căng thẳng. Các cảm biến TMR cũng có thể làm sáng tỏ cách các loại thuốc đang được phát triển ảnh hưởng đến con đường chuyển hóa và chỉ ra cách để tối ưu hóa tác dụng của chúng.

Sam Emaminejad, tác giả chính của bài báo đăng trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences tháng trước cho biết, điều này có thể giúp chúng ta hiểu được mối liên hệ phức tạp và bí ẩn giữa ruột và não. "Một thách thức lớn trong việc hiểu cách ruột và não ảnh hưởng lẫn nhau là nắm bắt thay đổi theo thời gian. Một công cụ theo dõi các chất chuyển hóa liên tục, thay vì dựa vào các phép đo trong phòng thí nghiệm đơn lẻ, có thể giúp tiết lộ sự giao tiếp hai chiều này. Cuối cùng, chúng tôi được trang bị để kiểm tra các giả thuyết quan trọng còn thiếu dữ liệu chính - giúp hiểu rõ hơn về cách hoạt động của ruột tác động đến sức khỏe tổng thể, từ thúc đẩy tình trạng viêm và ảnh hưởng đến sức khỏe tinh thần đến việc định hình sự tiến triển của bệnh mãn tính", nhà khoa học Sam Emaminejad giải thích.

Nguồn: vietq.vn