Các kỹ sư khoa học vật liệu, TS Melanie Coathup và TS Sudipta Seal thuộc Đại học Trung tâm Florida (UCF) thiết kế một hạt nano ôxít xeri, enzyme nhân tạo bảo vệ xương khỏi bị hư hại do bức xạ. Hạt nano cũng cho thấy khả năng cải thiện tái tạo xương, giảm mất tế bào máu và giúp tiêu diệt tế bào ung thư.

 Nghiên cứu được tiến hành với sự hợp tác của các nhà khoa học thuộc Đại học Oakland, Đại học Bắc Carolina A&T, Đại học Sheffield và Đại học Huddersfield ở Anh, kết quả được công bố trên Tạp chí Bioactive Materials .

Khoảng 50% tổng số bệnh nhân ung thư phải điều trị xạ trị, phương pháp điều trị sử dụng các hạt mang điện (bức xạ ion hóa) tiêu diệt tế bào ung thư . Khoảng 40% bệnh nhân được chữa khỏi bằng liệu pháp này. Nhưng xạ trị gây tác dụng phụ là làm tổn thương xương, ảnh hưởng đến khoảng 75% bệnh nhân.

TS Coathup, giám đốc cụm khoa Biionix thuộc UCF cho biết: “Do hàm lượng canxi cao, xương hấp thụ bức xạ nhiều hơn 30-40% so với các mô khác và do đó, đây là vị trí tổn thương phổ biến. Bức xạ làm cho xương giòn và dễ gãy. Do tổn thương do bức xạ gây ra, nhiều người sau đó không thể phục hồi xương bị gãy. Ở một số người bị gãy xương, phải cắt cụt chi để giải quyết biến chứng."

Trong xạ trị, các chùm tia bức xạ ion hóa nhắm trực tiếp vào khối u, nhưng các mô lành xung quanh cũng bị tổn thương và có thể gây nhiều vấn đề sức khỏe khác cho bệnh nhân.

TS Coathup nói: “Hiện nay, không có loại thuốc hoặc liệu pháp thực sự nào bảo vệ các mô khỏe mạnh tránh khỏi những tổn thương do bức xạ gây ra. Đây không chỉ là vấn đề đối với những bệnh nhân ung thư phải xạ trị mà còn là vấn đề đối với các phi hành gia và những chuyến thám hiểm không gian sâu trong tương lai".

Hệ thống bảo vệ tự nhiên của cơ thể chống lại bức xạ là một nhóm các enzyme, được gọi là chất chống oxy hóa nhưng hệ thống phòng thủ này dễ dàng bị bức xạ chế ap và chính các enzyme không thể bảo vệ cơ thể khỏi bị tổn tương. TS Seal, nhà kỹ sư công nghệ nano hàng đầu đã thiết kế hạt nano ôxít xeri, hay còn gọi là nanoceria mô phỏng hoạt động của các chất chống oxy hoá này, có cơ chế mạnh mẽ hơn bảo vệ các tế bào chống lại sự phá huỷ DNA bởi xạ trị.

TS Seal nói:"Các nanoceria hoạt động với cấu trúc mạng lưới tái sinh được thiết kế đặc biệt chịu trách nhiệm tiêu diệt các loại oxy phản ứng có hại, một sản phẩm phụ của quá trình điều trị bức xạ".

Cùng phối hợp với nhà nghiên cứu sau TS Fei Wei, TS Coathup đã thử nghiệm nanozyme trên những mô hình sống được xạ trị.

Bà Coathup cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy,  khi chuột tiếp xúc với bức xạ ở mức tương tự như với bệnh nhân ung thư, hậu quả phụ là xương yếu và bị tổn thương. Nhưng khi được điều trị cho các con vật bằng nanozyme, trước và trong 3 liều bức xạ trong ba ngày, mô hình chuột có xương không bị tổn thương và có sức mạnh tương tự như xương khỏe mạnh."

Nghiên cứu cũng cho thấy, phương pháp điều trị nanozyme giúp tiêu diệt các tế bào ung thư, có thể do sự gia tăng nồng độ axit và bảo vệ chống mất mát các tế bào bạch cầu và hồng cầu, thường xảy ra ở bệnh nhân ung thư.

Sơ đồ các hạt nano ôxít xeri, nanoceria ngăn chặn bảo vệ xương chống ô xy hóa. Ảnh Phis.org

Số lượng bạch cầu và hồng cầu thấp có nghĩa là bệnh nhân dễ bị nhiễm trùng cơ hội, kém khả năng chống lại ung thư và mệt mỏi hơn. Một phát hiện ấn tượng khác là hạt nano cũng tăng cường khả năng sản xuất nhiều chất chống oxy hóa hơn của các tế bào khỏe mạnh, giảm viêm (nguyên nhân dẫn đến mất trọng lượng xương) và thúc đẩy quá trình phục hồi xương.

Nghiên cứu trong tương lai đặt mục tiêu xác định liều lượng và phương pháp sử dụng nanozyme thích hợp, đồng thời khám phá thêm phương thức nanozyme giúp tiêu diệt tế bào ung thư. Các nhà khoa học cũng tập trung nghiên cứu phương pháp điều trị ung thư vú, do phụ nữ dễ bị tổn thương xương hơn nam giới.

TS Coathup nói: “Các bệnh nhân ung thư phải vật lộn chống chọi với một căn bệnh. Không thể để cho bệnh nhân phải lo lắng về nguy cơ giòn xương và tổn thương mô. Nghiên cứu đột phá này sẽ giúp những người khỏi bệnh có thể nhanh chóng quay trở lại cuộc sống bình thường và khỏe mạnh."