Trong công nghệ tế bào, chỉ hỏi «đã đưa vào cái gì?» là chưa đủ. Điều quan trọng không kém là đưa vào ở đâu và khi nào thì thứ được đưa vào bắt đầu hoạt động. Các nhà nghiên cứu đề xuất giải quyết bài toán này bằng ánh sáng: họ đóng gói các protein có hoạt tính sinh học vào những viên nang siêu nhỏ, rồi một xung laser kích hoạt việc giải phóng chúng bên trong các tế bào tiền thân của mô thần kinh. Công trình được công bố ngày 9 tháng Mười trên Scientific Reports.
Có thể hình dung các viên nang như những bưu kiện tí hon với ổ khóa mở ra bằng ánh sáng. Đường kính của chúng vào khoảng 1,7 micrômét. Bên trong đóng gói hai loại protein: BDNF, yếu tố dinh dưỡng thần kinh có nguồn gốc từ não, và NeuroD1, yếu tố phiên mã giúp tế bào bước vào con đường chuyển hóa thành nơron. Các tế bào tự thu nhận những viên nang polymer. Sau đó, các nhà nghiên cứu hướng laser vào một vùng được chọn, và nội dung được giải phóng đúng tại đó, chứ không phải trong toàn bộ mẫu.
Trong các thí nghiệm ở phòng thí nghiệm, sự kích hoạt cục bộ như vậy đã ảnh hưởng đến quá trình biệt hóa: tế bào tiền thân dần dần có được các đặc tính của một tế bào chuyên biệt hóa. Giờ đây, quá trình này có thể được khởi động một cách chính xác, ở đúng tế bào cần thiết và vào đúng thời điểm cần thiết.
Các nhà khoa học đã so sánh hai chế độ chiếu xạ: kích thích một photon và kích thích hai photon. Với các thông số được lựa chọn phù hợp, các tế bào vẫn sống sót. Phương án hai photon đặc biệt thuận tiện: hiệu ứng chỉ xuất hiện trong một tiêu điểm tí hon có thể tích nhỏ hơn một micrômét, nên có thể khu trú tác động rất chính xác.
Còn có một ưu điểm thực tiễn: có thể quan sát các viên nang. Theo dữ liệu của bài báo, tín hiệu huỳnh quang của chúng vẫn phân biệt được bên trong tế bào trong hai tuần, nên có thể theo dõi các vật mang được đưa vào theo thời gian. Một công trình có nhiệm vụ tương tự với các viên nang polymer có khả năng biến đổi quang học còn đi xa hơn: các nhà nghiên cứu theo dõi từng tế bào thần kinh riêng lẻ, và các viên nang giữ được độ ổn định bên trong chúng tới năm tuần. Sự biến đổi quang học trong công trình này cũng hoạt động với cả chiếu xạ một photon lẫn hai photon.
Giá trị chính của phương pháp này là khả năng điều khiển. Nếu có thể gửi tín hiệu tại một điểm được chọn và vào một thời điểm định trước, thì sẽ có một công cụ để nghiên cứu sự phát triển của tế bào thần kinh: ta hiểu chính xác hơn cách một tế bào riêng lẻ phản ứng với tác động và số phận của nó tiếp tục thay đổi ra sao.
Bản thân ý tưởng không mới. Năm 2015, nhóm của Norbert Reich thuộc Đại học California ở Santa Barbara đã cho thấy các hạt nano vàng rỗng và laser hồng ngoại gần cho phép điều khiển việc giải phóng protein bên trong tế bào cả về vị trí lẫn thời gian. Kết quả được công bố trên tạp chí Molecular Pharmaceutics. Một ví dụ nữa: BDNF được đóng gói trong các hạt nano đã được giải phóng dưới tác dụng của laser hồng ngoại ở bước sóng 808 nm và duy trì sự sinh trưởng cùng biệt hóa của các tế bào tiền thân nơron của người trong môi trường nuôi cấy. Đồng thời, ánh sáng hồng ngoại tỏ ra ít độc hơn đáng kể so với ánh sáng tử ngoại đã được thử nghiệm trong cùng công trình đó.
Ngày nay, chủ đề này càng trở nên thời sự: ngày 5 tháng Mười năm 2026, giải Nobel Sinh lý học hoặc Y học đã được trao cho Karl Deisseroth, Peter Hegemann và Georg Nagel vì những khám phá liên quan đến các kênh ion điều khiển bằng ánh sáng và quang di truyền học — phương pháp điều khiển hoạt động của tế bào thần kinh bằng ánh sáng. Research and innovation Khởi nguồn của câu chuyện này bắt đầu từ loài tảo đơn bào Chlamydomonas reinhardtii: Hegemann, Nagel và các đồng nghiệp đã nghiên cứu các protein cảm quang của nó — những kênh rhodopsin hoạt động như các kênh ion mở ra dưới tác dụng của ánh sáng. Năm 2005, Deisseroth và các đồng tác giả đã cho thấy việc đưa kênh rhodopsin-2 vào nơron cho phép khởi động hoạt động điện của chúng bằng những xung ánh sáng xanh ngắn.
Cả hai phương pháp đều sử dụng ánh sáng để tác động chính xác lên tế bào: quang di truyền học điều khiển hoạt động điện của chúng, còn các vi nang đang được nghiên cứu thì điều khiển việc giải phóng protein.
Nghiên cứu mở ra triển vọng điều khiển chính xác hơn sự phát triển của tế bào thần kinh. Trong các thí nghiệm trên môi trường nuôi cấy tế bào, các nhà khoa học đã cho thấy ánh sáng cho phép giải phóng protein tại chỗ, đồng thời duy trì khả năng sống sót của tế bào với các thông số được lựa chọn phù hợp. Bước tiếp theo là nghiên cứu việc đưa các viên nang vào mô sống, các phương thức kích hoạt bằng ánh sáng bên trong cơ thể và độ an toàn lâu dài của phương pháp. Những nghiên cứu này sẽ giúp đánh giá tiềm năng của nó cho các liệu pháp tế bào trong tương lai. Ngay hôm nay, nền tảng này đã mang lại cho các nhà khoa học một công cụ quý giá: khả năng quan sát cách một tế bào riêng lẻ phản ứng với tín hiệu và sự phát triển tiếp theo của nó thay đổi ra sao.
