Kỹ thuật kính hiển vi thường được khai thác bởi các nhà vi rút học để điều tra chi tiết phân tử của các bước quan trọng trong cuộc đời của vi rút như nhận dạng tế bào chủ và xâm nhập, sao chép gen, chuyển động nội bào, và giải phóng các virion (hạt vi rút độc lập) trưởng thành. Kính hiển vi huỳnh quang là công cụ hấp dẫn nhất được sử dụng để phát hiện nội tế bào của các giai đoạn khác nhau của sự lây nhiễm vi rút và theo dõi sự tương tác với vật chủ. Kỹ thuật kính hiển vi siêu phân giải đã khắc phục được những hạn chế kỹ thuật của kính hiển vi thông thường và cung cấp những hiểu biết thú vị mới vào việc hình thành và luân chuyển của vi rút ở người. Các kỹ thuật hiện ảnh siêu phân giải mang lại một đóng góp lớn cho sự hiểu biết về vi rút gây bệnh và sẽ trở thành một công cụ quan trọng trong chẩn đoán sớm nhiễm vi rút và phát triển các phương pháp điều trị mới để chống lại căn bệnh này.

Các nghiên cứu về vi rút bằng kỹ thuật STORM chủ yếu là hiện ảnh 3D mầu tế bào để quan sát sự biến đổi của protein trong tế bào khi có sự thâm nhập của vi rút, phân bố định lượng protein trong tế bào. Cho tới nay, không nhiều loại vi rút được nghiên cứu bằng các kỹ thuật hiển vi siêu phân giải do sự phức tạp của việc làm mẫu đo. Tuy nhiên, các thông tin đưa lại từ các công trình nghiên cứu đã được công bố là vô cùng quý giá, đó là những thông tin vô giá cho sinh học tế bào nói chung và vi rút học nói riêng. Có thể liệt kê các vi rút đã được nghiên cứu bằng kỹ thuật này là: vi rút suy giảm miễn dịch ở người HIV, vi rút viêm gan C, vi rút gây bệnh 15 Zona, gây bệnh đậu mùa. Trong đó, vi rút HIV được nghiên cứu kỹ hơn cả. Ngoài việc nghiên cứu các tổ chức phân tử của màng tế bào, để nghiên cứu các quá trình như vi rút xâm nhập và lắp ráp, và giải quyết câu hỏi cơ bản liên quan tetraspanin sinh học, các nghiên cứu còn quan tâm đặc biệt đến sự sao chép của vi rút trong tế bào.

Theo xu hướng chung của thế giới, nhóm nghiên cứu tại Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam do TS. Nguyễn Trọng Nghĩa dẫn đầu đã thực hiện đề tài: “Phát triển phương pháp hiển vi huỳnh quang siêu phân giải dựng ảnh ngẫu nhiên ứng dụng trong phát hiện vi rút” dựa trên những kinh nghiệm quý báu thu thập được trong quá trình triển khai các đề tài trước đó về kính hiển vi như đề tài “Nghiên cứu chế tạo hệ thống thiết bị hiển vi laser quét đồng tiêu (CLSM) hiện đại” do PGS. TS. Trần Hồng Nhung làm chủ nhiệm và đề tài trong chương trình hỗ trợ cán bộ khoa học trẻ “Phát triển kỹ thuật hiển vi huỳnh quang siêu phân giải sử dụng phương pháp định vị đơn điểm và thử nghiệm thu ảnh đối tượng sinh học” do TS Nguyễn Trọng Nghĩa làm chủ nhiệm.

Các phân tích tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy, STORM là một kỹ thuật KHV quang học kỹ thuật số hiện đại, là công cụ đắc lực cho các nghiên cứu sinh học phân tử nói chung và vi rút học nói riêng. Phương pháp STORM cho phép hiện ảnh vi rút trong môi trường sống và quan sát được các biến đổi của các tổ chức của tế bào khi có vi rút thâm nhập sẽ đóng góp vào các nghiên cứu cơ bản cũng như ứng dụng của vi rút.

Tình trạng bệnh sốt xuất huyết, sởi và tiêu chảy, là các bệnh do vi rút gây ra, đang là vấn đề cấp bách cần giải quyết ở nước ta do đó mà việc xây dựng một hệ STORM ở Việt Nam là nhu cầu thiết thực, giúp tăng cường năng lực nghiên cứu ứng dụng của ngành Vật lý, đồng thời cung cấp cho sinh học phân tử một công cụ mới, tiết kiệm chi phí và giúp phát triển được đội ngũ cán bộ có chuyên môn chuyên sâu cao, biết làm việc đa ngành, điều không thể có được nếu mua một hệ STORM thương mại. Việc này còn giúp phát triển hướng nghiên cứu chế tạo kính hiển vi quang học kỹ thuật số, một hướng phát triển mới trên thế giới.

Sau 04 năm thực hiện, đề tài đã xây dựng được một thiết bị hiển vi huỳnh quang siêu phân giải định vị đơn phân tử hoạt động tốt tại Việt Nam. Đã khảo sát được các tham số cơ bản của thiết bị như kích thước vùng thu ảnh, độ phân giải dọc, độ phân giải ngang. Cụ thể: độ phân giải ngang: khoảng 21 nm; độ phân giải dọc: khoảng 139 nm; kích thước vùng thu ảnh: với hai laser kích thích đó là laser 561 nm 29,2 μm và laser 640 nm 34,6 μm. Thiết bị có thể dựng được ảnh 3D của đối tượng nghiên cứu thông qua việc thực hiện thành công thu ảnh 3D của vi ống tế bào Hela.

Đánh dấu phát quang và hiện ảnh siêu phân giải của vi ống và ti thể của tế bào đã được đề tài thực hiện thành công. Qua kết quả này cho thấy, thiết bị có thể hoạt động được ở chế độ đánh dấu đa mầu. Đề tài đã thành công việc đánh dấu miễn dịch huỳnh quang của mẫu tế bào bám đáy được cho nhiễm vi rút Dengue, Rubella, Rota, và đã phát hiện được vi rút Dengue, Rubella, Rota bằng KHV huỳnh quang siêu phân giải. Kích thước trung bình của vi rút sau khi được đánh dấu miễn dịch huỳnh quang đã được xác định: vi rút Dengue: 79 ± 12 n, và vi rút Rubella: 95 ± 13 nm.

Các kết quả này mở ra khả năng xác định phân bố, đếm số lượng vi rút lây nhiễm trong tế bào, đo tốc độ sinh trưởng của vi rút trong tế bào bằng KHV huỳnh quang siêu phân giải. Việc làm chủ được kĩ thuật hiển vi huỳnh quang siêu phân giải định vị đơn phân tử mở ra khả năng mới trong nghiên cứu sinh học phân tử.

Với các kết quả có được từ đề tài, đề tài kiến nghị cần mở rộng ứng dụng thiết bị hiển vi huỳnh quang siêu phân giải trong nghiên cứu phân bố, tốc độ sinh trường của vi rút sau khi xâm nhập tế bà và nên tiếp tục tìm hiểu, nghiên cứu và khảo sát việc dựng ảnh siêu phân giải của đối tượng sinh học in-vivo. Hiện ảnh phân giải cao in-vivo chính là thế mạnh đặc biệt của KHV huỳnh quang siêu phân giải định vị đơn phân tử so với KHV điện tử.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 20461/2022) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.T.T (NASATI)