Các protein huỳnh quang đã tạo ra một cuộc cách mạng trong khoa học, cho phép các nhà nghiên cứu gắn dấu và quan sát từng phân tử trong tế bào sống, mô và cơ thể động vật. Nhờ các công cụ này, các nhà khoa học có thể theo dõi virus xâm nhập tế bào theo thời gian thực, quan sát quá trình “thu gom rác” của tế bào và theo dõi các tín hiệu kích thích sự phát triển của khối u.

Các nhà khoa học tại Viện Salk (Salk Institute) phối hợp với Đại học Y Albert Einstein đã nâng cấp công nghệ quan sát này. Công nghệ mới, gọi là nanobody huỳnh quang ổn định kháng nguyên trong phổ ánh sáng nhìn thấy (VIS-Fbs), đã được kiểm chứng trên nhiều loại tế bào động vật có vú và cung cấp một công cụ mạnh mẽ cho nhiều lĩnh vực nghiên cứu sinh học. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Methods ngày 22 tháng 4 năm 2026.

“Công trình này thiết lập một nền tảng linh hoạt để chụp ảnh protein với độ đặc hiệu cao và nền tín hiệu rất thấp,” giáo sư Axel Nimmerjahn, đồng tác giả chính và giáo sư tại Viện Salk, cho biết. “Nó mở ra cơ hội mới để nghiên cứu cách các quá trình phân tử và tế bào diễn ra theo thời gian thực trong nhiều hệ sinh học khác nhau.”

Làm thế nào để tối ưu công nghệ hình ảnh tế bào hiện tại?

Đột phá này bắt đầu từ những mảnh protein siêu nhỏ gọi là nanobody, có thể được thiết kế để gắn vào các protein mục tiêu cụ thể trong tế bào sống. Khi kết hợp với protein huỳnh quang, các đầu dò dựa trên nanobody này có thể cho thấy vị trí và hành vi của protein mục tiêu.

Tuy nhiên, các phiên bản truyền thống vẫn có thể phát tín hiệu ngay cả khi chưa gắn vào mục tiêu, tạo ra “nhiễu nền” huỳnh quang, làm che khuất các chi tiết tinh vi.

Nhóm nghiên cứu tại Salk và Einstein đã thiết kế một loại đầu dò mới vừa giữ được khả năng định vị chính xác của nanobody, vừa giảm mạnh tín hiệu nền. VIS-Fbs chỉ trở nên ổn định và phát huỳnh quang khi chúng thực sự gắn vào mục tiêu. Cơ chế phát sáng phụ thuộc vào liên kết này giúp giảm nhiễu nền tới khoảng 100 lần, cho phép quan sát vị trí và động lực học của protein rõ ràng hơn nhiều.

Ngoài ra, các nhà nghiên cứu còn phát triển nhiều phiên bản đầu dò có khả năng phát sáng trên gần toàn bộ phổ ánh sáng nhìn thấy — từ xanh dương đến đỏ xa. Nhờ đó, nhiều mục tiêu tế bào có thể được theo dõi đồng thời. Một số biến thể VIS-Fb còn có thể bật/tắt bằng ánh sáng, cho phép theo dõi hành vi protein theo thời gian với độ chính xác không gian và thời gian cao. Nhóm cũng xây dựng một khung thiết kế mô-đun, giúp nhanh chóng tùy biến các đầu dò cho các mục tiêu và chức năng khác nhau.

Các nhà khoa học nghiên cứu gì với đầu dò ánh sáng?

Công nghệ mới này giúp các nhà khoa học hiểu chính xác và kịp thời hơn về hoạt động tế bào — ngay cả trong các môi trường phức tạp như mô não sống. Nhóm nghiên cứu đã chứng minh khả năng của VIS-Fbs trên nhiều mô hình sống khác nhau.

Trong mô hình chuột, các đầu dò VIS-Fb cho phép đánh dấu chọn lọc và chụp ảnh tỷ lệ tín hiệu của hoạt động canxi trong tế bào thần kinh và tế bào hình sao (astrocytes) trong quá trình hành vi. Ở cá ngựa vằn (zebrafish), công nghệ này giúp theo dõi theo thời gian thực các thay đổi động trong giai đoạn phát triển sớm và phản ứng với thuốc ảnh hưởng đến các con đường tín hiệu.

“Các kết quả của chúng tôi cho thấy nền tảng hình ảnh này mang lại cái nhìn rõ ràng và chính xác hơn nhiều về cách protein hoạt động trong các hệ thống sống,” giáo sư Vladislav Verkhusha, đồng tác giả chính và đồng giám đốc Trung tâm Quang sinh học Gruss Lipper tại Đại học Y Albert Einstein, cho biết. “Nó mở ra khả năng nghiên cứu các quá trình sinh học phức tạp như truyền tín hiệu tế bào, phát triển và tiến triển bệnh theo những cách hoàn toàn mới.”