Lần đầu tiên, loại kháng thể đặc biệt này được các nhà nghiên cứu Bỉ phát hiện vào năm 1989 khi nghiên cứu hệ miễn dịch của động vật thuộc họ lạc đà như lạc đà, alpaca và llama. Phát hiện đó đã mở đường cho việc phát triển nanobody tổng hợp, với kích thước nhỏ gọn và cấu trúc đơn giản, ổn định, giúp chúng dễ dàng tiếp cận các mục tiêu nhỏ bé và khó phát hiện như tế bào ung thư — vượt trội hơn so với kháng thể thông thường vốn có kích thước lớn.

Nhờ kích thước siêu nhỏ, nanobody có thể nhanh chóng thâm nhập vào các lớp bên trong của khối u rắn mà không gây ảnh hưởng đến tế bào khỏe mạnh xung quanh. Chúng cũng được đào thải nhanh khỏi cơ thể, giúp giảm thiểu tác dụng phụ khi mang theo đồng vị phóng xạ.

“Những đặc tính này khiến nanobody trở thành cơ chế vận chuyển lý tưởng cho liều lượng chính xác của dược phẩm phóng xạ như actinium-225 do ORNL sản xuất, và đã cho thấy hiệu quả rõ rệt trong điều trị một số loại ung thư,” Mircea Podar thuộc Bộ phận Khoa học Sinh học của ORNL cho biết.

Trong đại dịch COVID-19, các nhà khoa học ORNL từng nghiên cứu việc sản xuất và sử dụng nanobody để nhắm vào virus SARS-CoV-2. Dựa trên nền tảng đó, Podar và cộng sự đã tạo ra nanobody tổng hợp cho dự án dược phẩm phóng xạ bằng cách chèn gen tổng hợp vào vi khuẩn E. coli, tinh chỉnh điều kiện như nhiệt độ và thêm các đoạn chuỗi đặc biệt ở đầu. Nanobody sau đó được tinh chế, lắp ráp, gắn với hóa chất và đồng vị phóng xạ để thử nghiệm.

Các thí nghiệm cho thấy nanobody bám chính xác vào protein HER2 — vốn liên quan đến ung thư vú — kể cả trong những cụm tế bào phức tạp mô phỏng khối u rắn. Mô hình nuôi cấy mô cho thấy nanobody gắn và tách khỏi mục tiêu nhanh chóng, khẳng định độ đặc hiệu và hiệu quả ngay cả sau khi được chỉnh sửa để dễ dàng xâm nhập tế bào hơn.

Nhóm nghiên cứu cũng thành công trong việc gắn các dấu hiệu nhận biết vào nanobody, giúp chúng dễ dàng phát hiện trong phòng thí nghiệm và mang theo đồng vị phóng xạ. Ngoài ra, họ còn phát triển nanobody có khả năng định vị tổn thương DNA trong tế bào — yếu tố quan trọng để đánh giá hiệu quả của các liệu pháp ung thư. Những nanobody này đã đánh dấu chính xác các vị trí DNA bị hư hại, chứng minh tiềm năng hỗ trợ cải thiện điều trị ung thư.

“Dự án đã chứng minh năng lực thiết kế, sản xuất và phân tích nanobody ngay tại ORNL, đồng thời cho thấy tiềm năng công nghệ này trong việc thay đổi nghiên cứu và điều trị y học,” Podar nhấn mạnh.

UT-Battelle hiện quản lý ORNL cho Văn phòng Khoa học thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ — đơn vị tài trợ lớn nhất cho nghiên cứu cơ bản trong lĩnh vực khoa học vật lý tại Mỹ. Văn phòng Khoa học đang nỗ lực giải quyết những thách thức cấp bách nhất của thời đại.