Tách huyết tương là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

Khái niệm & mục tiêu của tách huyết tương

Tách huyết tương là quá trình kỹ thuật nhằm tách phần huyết tương ra khỏi các thành phần tế bào trong máu toàn phần, bao gồm hồng cầu, bạch cầu và tiểu cầu. Huyết tương là phần dịch thể giàu protein, enzyme, hormone, kháng thể, chất điện giải và các phân tử sinh học quan trọng khác. Quá trình tách này giúp thu được mẫu lỏng sạch, thuận tiện cho phân tích sinh hóa, miễn dịch, di truyền hoặc các ứng dụng nghiên cứu và y tế lâm sàng.

Mục tiêu của việc tách huyết tương là đảm bảo thu được phần dịch thể có độ tinh khiết cao, không bị lẫn tế bào hoặc sản phẩm thoái hóa tế bào như hemoglobin, để tránh nhiễu kết quả phân tích. Điều này đặc biệt quan trọng với các xét nghiệm cần độ nhạy cao như định lượng cytokine, đo nồng độ protein đặc hiệu, phân tích RNA ngoại bào hoặc phát hiện các dấu ấn sinh học với nồng độ rất thấp trong huyết tương.

Các tiêu chí đánh giá hiệu quả tách huyết tương gồm: tỉ lệ thu hồi (yield) huyết tương, thời gian thực hiện, độ tinh khiết (purity), mức độ phá vỡ tế bào (hemolysis) và sự lặp lại giữa các mẫu. Đối với các thiết bị chẩn đoán hiện đại, đặc biệt là hệ thống điểm chăm sóc (POC), yêu cầu này còn gắn với độ nhỏ gọn, khả năng tự động hóa và tiêu tốn thể tích máu tối thiểu.

Nguyên lý & phương pháp tách huyết tương

Nguyên lý cơ bản của tách huyết tương dựa trên sự khác biệt về đặc tính vật lý giữa huyết tương và tế bào máu, cụ thể là mật độ, kích thước và độ biến dạng. Huyết tương có mật độ thấp hơn tế bào máu và có thể bị tách ra khỏi lớp tế bào bằng các lực vật lý như ly tâm, lọc qua màng, dòng chảy hướng dòng hoặc bằng lực từ trường trong các thiết bị chuyên dụng.

Một số phương pháp tách huyết tương phổ biến bao gồm:

• Ly tâm (centrifugation): sử dụng lực ly tâm mạnh để đẩy các tế bào máu lắng xuống đáy ống, huyết tương nổi lên trên.
• Lọc màng (membrane filtration): dùng màng lọc có kích thước lỗ phù hợp để giữ lại tế bào, cho huyết tương đi qua.
• Vi lỏng (microfluidics): sử dụng kênh dòng nhỏ trong chip để điều hướng dòng chảy và tách tế bào dựa trên cấu trúc kênh và áp lực.
• Lực từ trường (magnetophoresis): dùng trường từ để di chuyển tế bào có từ tính hoặc được đánh dấu từ ra khỏi dòng chảy chính.
• Phân tách mao dẫn (capillary separation): khai thác hiện tượng mao dẫn để kéo huyết tương qua kênh nhỏ mà không cần lực cơ học lớn.

Các kỹ thuật tách hiện đại có thể kết hợp nhiều nguyên lý, ví dụ vi lỏng tích hợp lọc màng hoặc dòng chảy hướng lực (inertial microfluidics), giúp nâng cao hiệu suất, giảm thể tích mẫu, giảm thời gian xử lý và tích hợp tốt với các hệ thống phân tích kế tiếp.

Kỹ thuật truyền thống & kỹ thuật hiện đại

Ly tâm là phương pháp tách huyết tương được sử dụng rộng rãi nhất trong phòng thí nghiệm. Mẫu máu toàn phần được đưa vào ống nghiệm có chất chống đông và quay ở tốc độ cao, thường từ 1.000 đến 3.000 vòng/phút trong vòng 5 đến 15 phút. Sau ly tâm, lớp huyết tương nằm trên cùng, lớp buffy coat ở giữa (chứa bạch cầu và tiểu cầu), lớp hồng cầu nằm dưới đáy. Huyết tương được hút cẩn thận bằng pipet để không nhiễm tế bào.

Dù phổ biến, kỹ thuật ly tâm có nhược điểm như cần thiết bị cồng kềnh, khó áp dụng tại chỗ (POC), yêu cầu thao tác kỹ thuật thủ công và dễ gây nhiễm lẫn nếu hút không đúng cách. Ngoài ra, lực ly tâm quá mạnh hoặc kéo dài có thể gây vỡ tế bào, làm giải phóng hemoglobin và các enzyme gây nhiễu mẫu.

Các kỹ thuật hiện đại như vi lỏng (lab-on-a-chip) và lọc màng mini được phát triển để khắc phục các nhược điểm trên. Các thiết bị này sử dụng lực thủy động học, cấu trúc kênh vi mô hoặc màng lọc tích hợp trong chip nhỏ gọn để tách huyết tương trong vài phút, với thể tích mẫu nhỏ (từ vài chục đến vài trăm microlit), thích hợp với các xét nghiệm nhanh, thiết bị di động hoặc điều kiện thiếu điện năng.

Yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phân tách

Hiệu suất tách huyết tương chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố vật lý và thiết kế. Một trong các yếu tố quan trọng là tỷ lệ hồng cầu (hematocrit) trong máu. Mẫu máu có hematocrit cao sẽ khó tách huyết tương hơn do mật độ tế bào dày đặc, dễ gây tắc kênh vi lỏng hoặc lẫn tế bào vào phần huyết tương thu được.

Thiết kế kênh dẫn (trong hệ vi lỏng) như chiều rộng, góc phân tách, tốc độ dòng chảy và vị trí lấy huyết tương cũng ảnh hưởng đến độ tinh khiết. Cần tối ưu các thông số này để giảm hiện tượng tái trộn tế bào (re-mixing) hoặc hiện tượng hút ngược (backflow) gây lẫn tạp. Độ nhớt của máu và tốc độ xử lý cũng cần được tính toán phù hợp để tránh hiện tượng vỡ tế bào do shear stress quá lớn.

Bảng dưới đây tóm tắt một số yếu tố ảnh hưởng chính:

Yếu tố	Ảnh hưởng đến quá trình
Hematocrit	Hematocrit cao làm giảm hiệu quả tách, tăng nguy cơ lẫn tế bào
Thiết kế kênh/màng	Ảnh hưởng đến hướng dòng chảy và khả năng lọc
Độ nhớt máu	Quyết định tốc độ chảy và lực cần thiết
Tốc độ dòng	Dòng chảy quá nhanh dễ gây vỡ tế bào hoặc cuốn theo tế bào
Chất liệu màng/kênh	Liên quan đến độ thấm, khả năng chống bám và tương thích sinh học

Việc kiểm soát tốt các yếu tố trên sẽ giúp tăng hiệu quả tách huyết tương, giảm sai số xét nghiệm và tăng độ tin cậy cho các phân tích sinh học hoặc chẩn đoán y tế sau đó.

Ứng dụng lâm sàng & nghiên cứu

Huyết tương sau khi tách được sử dụng rất phổ biến trong xét nghiệm lâm sàng bao gồm các xét nghiệm sinh hóa (enzym, chất chuyển hóa, các chất điện giải), xét nghiệm miễn dịch (hormon, kháng thể, protein miễn dịch), xét nghiệm phân tích các chất sinh học phân tử như DNA tự do, RNA ngoại bào, exosome và nghiên cứu proteomics. Mẫu huyết tương với độ tinh khiết cao giúp giảm nhiễu từ tế bào và nâng cao độ nhạy, độ tái lập của các xét nghiệm phân tử.

Trong nghiên cứu y sinh học, huyết tương là nguồn mẫu quan trọng để phát hiện các dấu ấn sinh học liên quan đến bệnh lý như ung thư, bệnh tim mạch, viêm và rối loạn chuyển hóa. Nhiều nghiên cứu sử dụng huyết tương để phân tích miRNA ngoại bào, protein đặc hiệu hoặc phân tích chuyển hóa nhằm tìm ra cơ chế bệnh hoặc phát triển chẩn đoán sớm.

Trong xét nghiệm tại điểm chăm sóc, các hệ thiết bị tích hợp vi lỏng có module tách huyết tương nội tại cho phép thực hiện xét nghiệm nhanh tại giường bệnh hoặc trong điều kiện phòng xét nghiệm hạn chế. Thiết bị tách huyết tương mini giúp giảm thể tích mẫu, rút ngắn thời gian xử lý và phù hợp với các xét nghiệm nhanh.

Ưu điểm & hạn chế

Ưu điểm của tách huyết tương là thu được phần dịch thể sạch, loại bỏ hầu hết tế bào và thành phần gây nhiễu, giúp cải thiện độ chính xác của các xét nghiệm sinh học và phân tử. Thiết bị vi lỏng tích hợp có thể hoạt động nhanh chóng, tiêu mẫu nhỏ và dễ tích hợp quy trình phân tích tiếp theo, thích hợp ứng dụng di động và trong môi trường lâm sàng.

Nhược điểm hiện còn là rủi ro lẫn tế bào nếu thiết kế kênh hoặc màng không tối ưu, nguy cơ hemolysis khi áp lực hoặc shear stress quá cao, chi phí phát triển thiết bị vi lỏng cao và khó khăn trong xử lý các mẫu máu có hematocrit cao hoặc đông máu. Ngoài ra, việc đảm bảo độ tin cậy và khả năng hoạt động ổn định trong điều kiện thực tế cũng là thách thức lớn.

Thực tế ứng dụng và các nghiên cứu tiên tiến

Một thiết bị ly tâm vi mạch được phát triển cho phép tách huyết tương với độ chính xác cao trong hệ thống mini, hỗ trợ tích hợp xử lý mẫu nhanh và hiệu quả. Mẫu máu được phân tầng qua van thụ động giúp kiểm soát dòng tế bào và huyết tương.

Phương pháp tách huyết tương dựa trên lực mao dẫn và màng lọc mỏng cho phép xử lý máu có hematocrit cao trong thời gian ngắn, đồng thời bảo toàn protein huyết tương ở mức cao. Các thiết bị này phù hợp với yêu cầu xét nghiệm nhanh tại chỗ, giảm nhu cầu dùng điện năng và hạn chế thao tác kỹ thuật.

Các thiết bị tách huyết tương trên nền giấy hoặc thiết kế đa lớp lọc giúp phân tách tế bào máu và huyết tương tự động, thuận tiện trong các tình huống khẩn cấp hoặc vùng thiếu cơ sở hạ tầng y tế. Cấu trúc ba lớp lọc có thể tăng hiệu quả và giảm tỷ lệ tạp lẫn trong mẫu thu được.

Trong lĩnh vực trao đổi huyết tương điều trị, các thiết bị sử dụng nguyên lý tách bằng màng được áp dụng để loại bỏ các phân tử lớn như kháng thể hoặc lipoprotein từ huyết tương bệnh nhân. Hai kỹ thuật ly tâm và màng lọc đều cho thấy hiệu quả cao và phù hợp với từng tình huống lâm sàng cụ thể.

Thách thức & hướng phát triển trong tương lai

Thách thức kỹ thuật lớn gồm kiểm soát quá trình tái trộn tế bào vào dòng huyết tương, giảm áp lực cắt lực để tránh làm vỡ tế bào, thiết kế màng lọc chống tắc, và xử lý dòng máu có hematocrit cao hay biến đổi lớn giữa các cá thể. Ngoài ra, việc bảo đảm độ ổn định và tái lặp trong môi trường thực tế là yếu tố cần giải quyết.

Hướng phát triển hiện nay tập trung vào tích hợp module tách huyết tương với các bước phân tích downstream như PCR hoặc xét nghiệm miễn dịch trong cùng một thiết bị vi lỏng, giúp giảm thao tác, rút ngắn thời gian và tối ưu hóa quy trình xét nghiệm tự động. Các vật liệu màng lọc mới với khả năng chống đóng tắc, tương thích sinh học cao và tuổi thọ lớn đang được nghiên cứu.

Phương pháp phân tách đa lực kết hợp như từ trường, dòng chảy vi mô và màng chọn lọc được thử nghiệm nhằm nâng cao độ chọn lọc và tốc độ tách. Một số thiết kế còn tích hợp cấu trúc từ tính vào hệ thống vi mạch để dẫn hướng tế bào máu ra khỏi dòng huyết tương một cách chủ động và hiệu quả.

Cần có thêm nghiên cứu quy mô lớn để đánh giá độ tin cậy và hiệu quả lâm sàng, đặc biệt với mẫu máu có tính chất sinh lý đa dạng. Việc chuẩn hóa quy trình và chứng nhận thiết bị trong môi trường lâm sàng sẽ là bước then chốt để ứng dụng rộng rãi công nghệ tách huyết tương mini trong tương lai.

Tài liệu tham khảo

• Extremely Precise Blood–Plasma Separation from Whole Blood on a Centrifugal Microfluidic Disk
• A Simple and Rapid Method for Blood Plasma Separation Driven by Capillary Force
• Plasma Separation from Whole Blood on Paper‑Based Devices
• Therapeutic Plasma Exchange Using Membrane Separation
• Continuous Magnetophoretic Separation of Blood Cells from Plasma at the Microscale
• A Review on the Recent Developments in Passive Plasma Separators
• Efficient and Simple Paper-Based Assay for Plasma Separation