Kỹ thuật giúp vẽ lại bản đồ cơ thể con người

14 giờ trướcBài gốc

Cơ thể con người còn nhiều điều bí ẩn

Từ lâu, các nhà khoa học đã biết rằng mạng lưới các sợi (fiber networks) chằng chịt trong cơ thể – từ cơ bắp đến não bộ – chính là chìa khóa của sự sống. Tuy nhiên, việc nhìn thấy chúng rõ ràng để chẩn đoán bệnh tật lại là một thách thức khổng lồ vì chúng quá nhỏ và phức tạp. Nhưng mới đây, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Stanford đã biến điều không thể thành có thể. Họ phát triển một kỹ thuật mới có tên ComSLI, cho phép biến những chiếc kính hiển vi bình thường thành "siêu máy quét", mở ra hy vọng mới cho việc điều trị Alzheimer và giải mã những bệnh án đã nằm phủ bụi hàng thập kỷ.

Biến ánh sáng thành "bản đồ" màu sắc: Đơn giản nhưng đầy quyền năng

Để hiểu được tầm quan trọng của phát minh này, hãy tưởng tượng cơ thể bạn giống như một thành phố với hàng tỷ đường dây điện và cáp quang (chính là các mạng lưới sợi) chạy ngầm bên dưới. Những sợi này giúp cơ bắp tạo ra lực để di chuyển, hoặc đóng vai trò là đường truyền tín hiệu trong não bộ giúp bạn suy nghĩ và ghi nhớ. Khi những "đường dây" này bị đứt hoặc rối, bệnh tật sẽ xuất hiện.

Trước đây, để nhìn thấy cấu trúc của các sợi này, các nhà khoa học phải dùng đến những thiết bị đắt tiền, cồng kềnh hoặc sử dụng các loại thuốc nhuộm hóa học chuyên dụng để làm nổi bật chúng. Quá trình này tốn kém, phức tạp và đôi khi làm hỏng mẫu vật. Hơn nữa, việc xác định chính xác hướng đi của các sợi trong không gian 3 chiều gần như là bất khả thi với các phương pháp phổ thông.

Đó là lúc ComSLI (viết tắt của Computational Scattered Light Imaging - Kỹ thuật hình ảnh ánh sáng tán xạ tính toán) xuất hiện như một cuộc cách mạng.

Nguyên lý hoạt động của ComSLI đơn giản đến kinh ngạc. Thay vì dùng các tia bức xạ hay hóa chất phức tạp, các nhà khoa học Stanford sử dụng một nguồn sáng xoay tròn chiếu vào mẫu vật. Hãy tưởng tượng giống như việc bạn cầm một chiếc đèn pin và chiếu vào một vết xước trên màn hình điện thoại từ nhiều góc độ khác nhau. Tùy thuộc vào hướng chiếu sáng, vết xước sẽ hiện lên rõ hoặc mờ đi.

Tương tự như vậy, khi ánh sáng chiếu vào các mô cơ thể, nó sẽ bị tán xạ (bật lại) theo các cách khác nhau tùy thuộc vào hướng sắp xếp của các sợi bên trong. Các nhà khoa học thu thập dữ liệu ánh sáng từ nhiều góc độ này, sau đó sử dụng các thuật toán máy tính thông minh để phân tích. Kết quả là máy tính sẽ vẽ ra một "bản đồ" chi tiết, được mã hóa bằng màu sắc rực rỡ, hiển thị chính xác cách các sợi được sắp xếp, uốn lượn hay đan chéo nhau trong mô.

Michael Zeineh, đồng tác giả của nghiên cứu tại Đại học Stanford, chia sẻ sự phấn khích: "Đây là một công cụ mà bất kỳ phòng thí nghiệm nào cũng có thể sử dụng. Bạn không cần các bước chuẩn bị phức tạp hay thiết bị đắt tiền. Điều khiến tôi hào hứng nhất là phương pháp này mở ra cánh cửa cho tất cả mọi người, từ các phòng nghiên cứu nhỏ đến các phòng xét nghiệm bệnh lý, để khám phá những hiểu biết mới từ chính những mẫu vật họ đang có sẵn".

Nói cách khác, ComSLI đang "bình dân hóa" việc nghiên cứu cấu trúc vi mô của cơ thể. Chỉ cần một chiếc kính hiển vi có camera và một nguồn sáng, kết hợp với phần mềm thuật toán, các bác sĩ có thể nhìn thấy những chi tiết ở độ phân giải micron mà trước đây chỉ những cỗ máy triệu đô mới làm được.

Từ soi chiếu bệnh Alzheimer đến "khai quật" bí mật của người nổi tiếng

Sức mạnh thực sự của ComSLI không chỉ nằm ở lý thuyết, mà đã được chứng minh qua thực tế, đặc biệt là trong cuộc chiến chống lại căn bệnh mất trí nhớ Alzheimer.

Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications, nhóm các nhà khoa học đã sử dụng ComSLI để so sánh sự khác biệt trong vùng hồi hải mã (hippocampus) – trung tâm lưu trữ ký ức của não bộ – giữa người khỏe mạnh và bệnh nhân Alzheimer. Nhờ độ phân giải cực cao của ComSLI, họ đã nhìn thấy những điều mà các phương pháp cũ bỏ sót.

Hình ảnh từ ComSLI cho thấy sự "suy thoái vi cấu trúc đáng kinh ngạc" trong não bộ người bệnh. Các mạng lưới sợi thần kinh vốn dĩ phải đan chéo nhau dày đặc để truyền tải thông tin thì nay trở nên thưa thớt, đứt gãy và hỗn loạn. Việc nhìn thấy rõ sự phá hủy vật lý này giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cơ chế gây bệnh, từ đó mở ra hướng đi mới cho việc chẩn đoán sớm và điều trị. Không chỉ dừng lại ở não bộ, nhóm nghiên cứu cũng chứng minh rằng ComSLI có thể tái tạo hình ảnh sắc nét của các cấu trúc sợi trong cơ bắp, xương và hệ thống mạch máu.

Tuy nhiên, điều kỳ diệu nhất của ComSLI có lẽ nằm ở khả năng "du hành thời gian" của nó. Vì kỹ thuật này không yêu cầu nhuộm màu hay xử lý hóa học đặc biệt, nó có thể áp dụng lên các mẫu vật đã được lưu trữ từ rất lâu.

Các bệnh viện và viện nghiên cứu trên thế giới đang lưu trữ hàng triệu mẫu mô bệnh phẩm trên các lam kính (slides), một số có tuổi đời hàng thập kỷ, thậm chí cả thế kỷ. Trước đây, những mẫu vật này chỉ được quan sát dưới kính hiển vi thường và bị giới hạn về thông tin. Nay với ComSLI, chúng trở thành những kho báu vô giá.

Marios Georgiadis, tác giả chính của nghiên cứu, chia sẻ một tầm nhìn đầy lãng mạn và khoa học: "Một kế hoạch thú vị khác là quay lại các kho lưu trữ não bộ hoặc các lát cắt não của những người nổi tiếng trong lịch sử, và khôi phục lại thông tin vi kết nối này, hé lộ những 'bí mật' từng được coi là đã mất vĩnh viễn. Đó chính là vẻ đẹp của ComSLI".

Hãy tưởng tượng chúng ta có thể soi lại bộ não của một thiên tài hay một bệnh nhân từ thế kỷ 19 để hiểu xem cấu trúc thần kinh của họ có gì đặc biệt, hoặc để truy tìm nguồn gốc của các căn bệnh di truyền qua nhiều thế hệ. ComSLI không chỉ là một công cụ chẩn đoán cho hiện tại, mà còn là một chiếc chìa khóa để mở lại những cánh cửa tri thức trong quá khứ, giúp nhân loại hiểu sâu sắc hơn về chính cỗ máy sinh học kỳ diệu mang tên "cơ thể con người".

Bùi Tú

Nguồn Một Thế Giới : https://1thegioi.vn/ky-thuat-giup-ve-lai-ban-do-co-the-con-nguoi-243444.html