Hiện tại, miếng dán này đang giúp các nhà nghiên cứu và bác sĩ lâm sàng nghiên cứu phản ứng miễn dịch trong quá trình lão hóa và các bệnh tự miễn dịch về da, bao gồm bạch biến và vảy nến. Trong tương lai, nó có thể giúp dễ dàng hơn trong việc theo dõi phản ứng của mọi người với vắc-xin, nhiễm trùng và các liệu pháp điều trị ung thư bằng cách bổ sung cho các xét nghiệm máu và sinh thiết truyền thống, đồng thời mang lại sự thoải mái hơn nhiều cho bệnh nhân.

Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Nature Biomedical Engineering .

"Theo phương pháp truyền thống, việc nghiên cứu một số tế bào miễn dịch quan trọng nhất trong cơ thể đòi hỏi phải sinh thiết da hoặc lấy máu. Vì nhiều tế bào này sống và phản ứng trong các mô như da, nên việc tiếp cận chúng đồng nghĩa với các thủ thuật xâm lấn," Sasan Jalili, một kỹ sư y sinh và nhà miễn dịch học tại JAX cho biết.

"Chúng tôi đã chứng minh rằng chúng tôi có thể lấy mẫu một cách không đau và không xâm lấn. Điều này đặc biệt quan trọng ở những vùng nhạy cảm hoặc dễ nhìn thấy như mặt hoặc cổ, nơi mọi người thường không muốn sinh thiết vì sợ để lại sẹo, cũng như đối với người lớn tuổi, bệnh nhân yếu ớt và trẻ nhỏ hoặc trẻ sơ sinh."

Ban đầu được phát triển trong thời gian Jalili làm nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại MIT, nền tảng này đã được tinh chỉnh, tối ưu hóa và phát triển hơn nữa từ các mô hình chuột hướng tới ứng dụng lâm sàng tại JAX thông qua sự hợp tác với Trường Y khoa Đại học Massachusetts Chan (UMass Chan).

Tận dụng hệ thống cảnh báo miễn dịch tự nhiên

Hầu hết các xét nghiệm theo dõi tế bào miễn dịch và các dấu ấn sinh học gây viêm đều dựa vào xét nghiệm máu, nhưng nhiều tế bào nhận biết các bệnh nhiễm trùng cụ thể, vắc-xin hoặc các tác nhân gây tự miễn dịch chỉ lưu thông rất ít trong máu.

Miếng dán hoạt động bằng cách khai thác các tế bào T nhớ thường trú , những "lính canh" miễn dịch sống trong da và các mô "rào chắn" khác, và nhanh chóng phản ứng với các mối đe dọa ngoại lai, hay kháng nguyên, đã gặp trước đó. Khi các tế bào này nhận ra một kháng nguyên quen thuộc, chẳng hạn như một mảnh virus hoặc chất gây dị ứng, chúng sẽ "phát tín hiệu báo động", giải phóng các tín hiệu để thu hút thêm các tế bào miễn dịch từ máu, bao gồm cả các tế bào T chuyên biệt cao nhận ra cùng một mối đe dọa đó.

Bằng cách kích hoạt quá trình tự nhiên này, vốn tập trung các tế bào miễn dịch quan trọng trong da, các nhà nghiên cứu đã chủ động đánh giá phản ứng miễn dịch. Mẫu vật thu được cho thấy số lượng và trạng thái của tế bào T và các phân tử tín hiệu khác, cung cấp một chỉ số động về sức mạnh và khả năng phản ứng của hệ thống miễn dịch đối với các bệnh và tình trạng cụ thể.

Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Jackson (JAX), hợp tác với Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), đã phát triển miếng dán kim siêu nhỏ dạng băng đầu tiên có thể lấy mẫu phản ứng miễn dịch của cơ thể một cách không đau từ da. Thiết bị này phát hiện các tín hiệu viêm trong vòng vài phút và thu thập các tế bào miễn dịch chuyên biệt trong vòng vài giờ mà không cần lấy máu hoặc sinh thiết phẫu thuật. Ảnh: Phòng thí nghiệm Jackson

"Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã sử dụng tế bào T đặc hiệu kháng nguyên như một bằng chứng về khái niệm, nhưng miếng dán cũng thu giữ các tế bào miễn dịch khác và các dấu ấn sinh học gây viêm," Jalili, người đồng thời là giảng viên tại Trường Y khoa UConn, cho biết.

Trong các mô hình tiêm chủng trên chuột , miếng dán đã thúc đẩy mạnh mẽ sự phục hồi của các tế bào T đặc hiệu kháng nguyên, thu hút nhiều tế bào này từ máu thay vì từ da. Trong một thử nghiệm trên người tại UMass Chan, miếng dán cũng thu thập được một hỗn hợp phong phú các tế bào miễn dịch và protein truyền tín hiệu, bao gồm cả các tế bào T nhớ thường trú.

"Nghiên cứu này đánh dấu lần đầu tiên chứng minh được khả năng lấy mẫu tế bào miễn dịch sống của con người bằng miếng dán kim siêu nhỏ," Jalili cho biết. "Điều này mở ra một hướng đi mới để theo dõi phản ứng miễn dịch, vừa thiết thực, không gây đau đớn, lại khả thi về mặt lâm sàng."

Mở rộng bộ công cụ giám sát miễn dịch

Miếng dán hấp thụ các tế bào miễn dịch và protein truyền tín hiệu từ da sau khi các tế bào T nhớ thường trú được kích hoạt lại trong thời gian ngắn với một lượng nhỏ kháng nguyên. Nó chứa hàng trăm kim siêu nhỏ được làm từ một loại polymer được FDA phê duyệt.

Một loại hydrogel có nguồn gốc từ rong biển , cũng được FDA đánh giá là an toàn, bao phủ các kim tiêm và hấp thụ các tế bào miễn dịch và phân tử từ dịch kẽ da. Các kim tiêm siêu nhỏ chỉ tác động đến các lớp da trên cùng, gây kích ứng tối thiểu và không làm tổn thương dây thần kinh hoặc mạch máu.

Xét nghiệm máu và sinh thiết vẫn sẽ là những công cụ thiết yếu, và các nghiên cứu bổ sung để xác định hiệu quả của miếng dán trên các bệnh khác nhau và các nhóm bệnh nhân khác nhau đang được tiến hành. Nhưng những phát hiện ban đầu đặc biệt hứa hẹn, theo đồng tác giả nghiên cứu Darrell Irvine, một nhà miễn dịch học và kỹ sư sinh học tại Viện Nghiên cứu Scripps, người đã bắt đầu công việc này tại MIT.

"Chúng tôi không chỉ tiến hành các thí nghiệm tiền lâm sàng quy mô lớn mà còn có thể thực hiện thử nghiệm ban đầu trên người," Irvine nói. "Điều đó thật thú vị vì hầu như không bao giờ xảy ra với các công nghệ hoàn toàn mới. Việc chuyển các công nghệ mới từ phòng thí nghiệm sang thử nghiệm trên bệnh nhân thường mất nhiều năm."

Miếng dán này có thể đặc biệt hữu ích cho các bệnh về da, vì các tế bào miễn dịch gây ra các bệnh như viêm da dị ứng, vảy nến và bạch biến đã tồn tại trong mô. Jalili hiện đang sử dụng nó để nghiên cứu cách các thay đổi da liên quan đến tuổi tác góp phần gây ra viêm mãn tính và suy nhược ở người lớn tuổi như một phần của Chương trình Học giả Pepper tại Trường Y khoa UConn và Trung tâm Nghiên cứu về Lão hóa UConn.

Nhìn về tương lai, miếng dán này cuối cùng có thể hỗ trợ theo dõi tại nhà, cho phép bệnh nhân mắc các bệnh về da theo dõi các đợt bùng phát không thể đoán trước. Công nghệ này cũng có thể được điều chỉnh để sử dụng trong khoang miệng hoặc mũi , mở ra khả năng theo dõi phản ứng miễn dịch niêm mạc.

"Mọi người không cần lấy mẫu hàng giờ liền. Thậm chí chỉ cần 15 đến 30 phút cũng đủ để phát hiện các tín hiệu viêm và hiểu được những gì đang xảy ra trong mô", Jalili nói.