Bức xạ ion hóa là công cụ hiệu quả trong liệu pháp điều trị ung thư, nhưng ngoài các tác động đó, nhiều nghiên cứu cũng đã đưa ra các hậu quả (tác dụng phụ) trong quá trình điều trị ung thư. Những hiểu biết đó hiện vẫn còn rất cơ bản, đặc biệt là về các cơ chế tác động và hiện tại không có dữ liệu thời gian thực nào về các tế bào giải phóng trong quá trình chiếu xạ. Các nghiên cứu mới đây đã được tiến hành với việc sử dụng chùm tia X nano synchrotron để thực hiện phép đo đồng thời thời gian thực về chiếu xạ tia X và hiện tượng giải phóng chất dẫn truyền thần kinh trong ống nghiệm từ các tế bào u ưa crôm thượng thận (PC12), được mạ lên một mảng đa điện cực dựa trên kim cương. Kết quả đã chứng minh rằng, trong những điều kiện cụ thể, tia X có thể thay đổi hoạt động của tế bào bằng cách thúc đẩy quá trình xuất bào dopamine và tác động như vậy có khả năng gia tăng hiệu quả đối với phương pháp điều trị khối u.
Synchrotron ESRF
Dopamine (DA) là một chất dẫn truyền thần kinh monoamine quan trọng tham gia vào cả quá trình điều hòa nhận thức, hành vi, tâm trạng, nghiện, hung phấn của hệ thần kinh trung ương và trong điều biến chức năng của các mô và cơ quan ngoại vi. Vai trò có thể có của DA và các thụ thể của nó trong việc ảnh hưởng đến sự phát triển của một số khối u ác tính đã được đưa ra giả thuyết lần đầu tiên khoảng 20 năm sau khi quan sát thấy sự suy giảm DA trong các mô ung thư so với các mô bình thường. Ngày nay, người ta đã chứng minh rằng DA ức chế quá trình hình thành mạch máu bằng cách ảnh hưởng đến yếu tố thấm mạch máu (VPF) và sự tăng sinh tế bào nội mô do yếu tố tăng trưởng nội mô mạch máu (VEGF) gây ra và nó làm giảm sự di chuyển của tế bào gốc trung mô (MSC) và tế bào tiền thân nội mô (EPC). Ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy DA đóng vai trò quan trọng không chỉ trong việc làm trung gian cho sự tương tác giữa hệ thần kinh trung ương và hệ miễn dịch mà còn ở cấp độ ngoại vi bằng cách tác động lên các biến đổi miễn dịch liên quan đến khối u. DA được tổng hợp, với một số ít trường hợp ngoại lệ, trong hầu hết các loại tế bào miễn dịch và được giải phóng vào môi trường ngoại bào sau khi kích thích. Do sự quan tâm ngày càng tăng đối với việc sử dụng liệu pháp miễn dịch như một công cụ hiệu quả để thúc đẩy sự xuất hiện của hiệu ứng abscopal và do DA can thiệp vào hệ thống miễn dịch, nên cần phải nghiên cứu phản ứng của tế bào dopaminergic đối với chiếu xạ tia X, đặc biệt là khi xem xét đến khả năng hiệp đồng mà nó có thể có cùng với liệu pháp miễn dịch để điều trị khối u ác tính.
Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã sử dụng dòng tế bào bất tử PC12, tổng hợp DA và giải phóng nó khi màng khử cực phụ thuộc Ca2+. Hoạt động ngoại bào của tế bào được theo dõi bằng một thiết bị bao gồm chất nền kim cương đơn tinh thể trang bị mảng đa điện cực của các kênh vi mô graphit (μG-D-MEA). Thiết bị này được chế tạo từ chất nền kim cương nhân tạo chất lượng cao bằng kỹ thuật in thạch bản dựa trên việc sử dụng các ion MeV. Tính phù hợp của nó đối với việc chế tạo các cảm biến tế bào tích hợp để đo lường trong ống nghiệm đã được chứng minh trong một loạt các công trình trước đây. Mỗi kênh dẫn điện dưới bề mặt được chế tạo được đặc trưng bởi hai điểm cuối, một điểm tương ứng với mẫu sinh học đang được nghiên cứu (tức là các tế bào được mạ ở vùng trung tâm của thiết bị) và điểm còn lại ở đầu vào của chuỗi điện tử thu thập (tức là các điểm tiếp xúc đọc ở vùng ngoại vi).
Khả năng tương thích sinh học của kim cương cho phép mạ tế bào trực tiếp lên bề mặt cảm biến mà không làm thay đổi hoạt động của tế bào trong các phép đo dài hạn, như đã chứng minh trong các nghiên cứu trước đây. Các vi điện cực graphit được sắp xếp trong ma trận 4 × 4 trên bề mặt 0,4 mm2 và mỗi vi điện cực được đặc trưng bởi vùng hoạt động 70 μm2 tiếp xúc với bề mặt của chất nền. Hình dạng này cho phép cảm biến giải phóng lượng tử ngoại bào từ các tế bào riêng lẻ bằng mỗi điện cực trong số 16 điện cực. Một buồng tưới kín được trang bị điện cực tham chiếu Ag/AgCl nhúng trong môi trường nuôi cấy. Khoảng cách dải điện tử rộng và tính di động của chất mang cao của kim cương cho phép phát hiện chùm tia nano tia X tới mà không cần dùng đến ánh sáng khả kiến bằng chính các cấu trúc graphit được sử dụng để cảm biến sinh học, trong trường hợp này được sử dụng làm điện cực cảm biến dòng điện quang. Cụ thể, các thang thời gian khác nhau đặc trưng cho các tín hiệu do bức xạ ion hóa tới gây ra (tức là ∼s) và các tín hiệu ngoại bào từ các tế bào nuôi cấy (tức là ∼ms) cho phép chia sẻ cùng một chuỗi điện tử, do đó đồng thời ghi lại cả hai loại tín hiệu trong một biểu đồ thời gian duy nhất. Việc quan sát dòng điện quang do tia X gây ra đã được sử dụng trong quá trình phơi tế bào để xác định thời gian bắt đầu chiếu xạ, cung cấp sự đồng bộ chính xác giữa quá trình ghi ampe kế với quá trình chiếu xạ tế bào.
Thí nghiệm được thực hiện tại cơ sở synchrotron ESRF, chùm tia X 17,4 keV hội tụ với kích thước điểm 55 nm×60 nm và thông lượng cao (lên đến ≈7×1010 photon s–1) được truyền trong không khí. Mẫu được đặt ở mặt phẳng tiêu cự của kính hiển vi quang học thông thường, được căn chỉnh gần như trùng với mặt phẳng tiêu cự của chùm tia X. μG-D-MEA được đặt theo chiều thẳng đứng, mặt sau hướng về phía tia X chiếu tới. Cấu hình này đảm bảo sự hấp thụ tia X không đáng kể (tức là < 9%) trước khi đến các tế bào nuôi cấy, đồng thời tránh bất kỳ hiện tượng biến dạng hình ảnh nào trong quá trình chụp ảnh quang học. Việc ghi tín hiệu bắt đầu ngay sau khi mở màn trập của chùm tia X.
Hai hiệu ứng chính xảy ra sau khi dừng chiếu xạ tia X là (i) sự biến mất của các đỉnh dòng điện quang, được chứng minh bằng chronoamperogram và (ii) sự giảm nhẹ của đường cơ sở đối với cả kênh được chiếu xạ và không được chiếu xạ. Để xác định chính xác giao thức chiếu xạ cho các thí nghiệm tiếp theo, số lượng photon cần thiết để gây chết tế bào đã được ước tính. Các tế bào được mạ bằng ∼1 mM thuốc nhuộm xanh trypan, để chỉ đánh dấu có chọn lọc những tế bào đã chết. Chùm tia X được đặt tương ứng với tâm của mỗi tế bào, sau đó được chiếu trong thời gian tăng dần cho đến khi quan sát thấy sự thay đổi màu sắc liên quan đến cái chết của tế bào. Số lượng photon tối thiểu cần thiết để gây chết tế bào được đánh giá là (4,0 ± 1,8) × 1010 từ tích của thời gian sống sót theo thông lượng photon.
Các kết quả thu được chứng minh tiềm năng của phương pháp dựa trên kết hợp các thiết bị cảm biến sinh học/máy dò tích hợp và các chùm tia X nano từ các nguồn synchrotron, cho phép nghiên cứu các tác động của bức xạ ion hóa ở cấp độ tế bào riêng lẻ bằng cách ghi lại hoạt động của chúng theo thời gian thực trong khi đồng thời theo dõi chùm tia được truyền đi. Phương pháp tiếp cận này tiết lộ những góc nhìn mới trong các thí nghiệm sinh học phóng xạ từ quan điểm nghiên cứu các tác động của bức xạ lên các bào quan cụ thể với độ phân giải không gian dưới micromet. Cuối cùng, cũng đã chỉ ra rằng, trong một số điều kiện, tia X kích thích giải phóng DA, đây là một hiệu ứng mới và có khả năng có ý nghĩa to lớn đối với xạ trị khối u ác tính.
Từ khóa: tia X;
– CMD –
