Nghiên cứu chế tạo, đặc trưng và khảo sát tiềm năng ứng dụng của hệ dẫn thuốc nano đa chức năng nền copolyme PLA PEG có và không có hạt từ fe3o4

Danh mục các chữ viết tắt BCS : Huyết thanh Bò Bovine Calf Serum CLT : Chất lỏng từ CT : Kỹ thuật chụp cắt lớp với sự hỗ trợ của máy tính Computed Tomography Cur : Curcumin Cur/Fe3O4@PL

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM

KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-

PHAN QUỐC THÔNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, ĐẶC TRƯNG VÀ KHẢO SÁT TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG CỦA HỆ DẪN THUỐC NANO ĐA CHỨC NĂNG NỀN COPOLYME PLA-PEG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM

KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-

PHAN QUỐC THÔNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, ĐẶC TRƯNG VÀ KHẢO SÁT TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG CỦA HỆ DẪN THUỐC NANO ĐA CHỨC NĂNG NỀN COPOLYME PLA-PEG

Chuyên ngành: Vật liệu điện tử

Mã số: 9.44.01.23

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

GS.TSKH NGUYỄN XUÂN PHÚC

TS HÀ PHƯƠNG THƯ

Hà Nội - 2019

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn trân trọng nhất tới PGS.TS Lê Thị Mai Hương, TS Trần Thị Hồng Hà thuộc Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, PGS.TS Hoàng Thị Mỹ Nhung, ThS Nguyễn Đắc Tú của Bộ môn sinh học tế bào thuộc Khoa Sinh học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội vì những hợp tác nghiên cứu trong các ứng dụng y sinh

Bản luận án này sẽ không thể hoàn thành nếu không có sự giúp đỡ của các đồng nghiệp Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn của mình tới tất cả các thành viên làm việc tại Phòng Vật liệu nano y sinh và Phòng vật lý vật liệu từ và siêu dẫn của Viện Khoa học vật liệu Đặc biệt, tôi xin được gửi tới TS Phạm Hồng Nam, NCS Đỗ Khánh Tùng, NCS Lưu Hữu Nguyên, NCS Mai Thị Thu Trang, NCS Nguyễn Hoài Nam, NCS Lê Thị Hồng Phong và ThS Tạ Ngọc Bách, TS Vương Thị Kim Oanh lời cảm ơn chân thành vì sự giúp đỡ thực hiện các phép đo và sự quan tâm động viên hết sức quý báu với tôi trong quá trình thực hiện luận án

Tôi xin được gửi lời cảm ơn tới GS Phan Mạnh Hưởng ở Đại học Nam Florida

và GS Sri Sridhah thuộc Trường Đại học Đông Bắc, Hoa Kỳ về những phép đo trên các máy chuyên dụng thực hiện tại đó Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới GS Nguyễn Thị Kim Thanh và Cộng sự tại Đại học London – Vương quốc Anh về những hợp tác nghiên cứu và giúp đỡ tôi thực hiện những phép đo quý báu

Sri Sridhah, Trường đại học Đông Bắc – Hoa Kỳ; đề tài “Nghiên cứu quy trình chế tạo

và thử nghiệm hệ dẫn thuốc hướng đích cấu trúc nano đa chức năng folate)”, Mã số 106.99-2012.43, Nafosted (7/2013-7/2016) và đề tài “Nghiên cứu chế tạo hệ dẫn thuốc nano Paclitaxel phối hợp Curcumin và đánh giá tác động của chúng lên các tế bào ung thư”, mã số:VAST03.04/16-17, Viện Hàn lâm Khoa học và Công

(polyme-drug-nghệ Việt Nam, (1/2016-12/2017) do TS Hà Phương Thư làm chủ nhiệm

Tôi cũng xin được cảm ơn tới Ban lãnh đạo, Bộ phận quản lý đào tạo và các cán

bộ Phòng thí nghiệm trọng điểm của Viện Khoa học vật liệu, vì đã luôn tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình thực hiện bản luận án

Sau cùng, tôi muốn gửi tình cảm yêu thương nhất và sự biết ơn tới bố, mẹ, vợ và các con cũng như tất cả những người thân trong gia đình và bạn bè đã luôn cổ vũ, động viên để tôi vượt qua khó khăn hoàn thành tốt nội dung nghiên cứu trong bản luận án này

Hà Nội, ngày tháng năm

Tác giả luận án

Phan Quốc Thông

iii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn của GS.TSKH Nguyễn Xuân Phúc và TS Hà Phương Thư Các số liệu, kết quả sử dụng trong luận án được trích dẫn từ các bài báo và báo cáo đề tài đã được sự đồng ý của các đồng tác giả Các số liệu, kết quả này là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận án

Phan Quốc Thông

iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

I Danh mục các ký hiệu

B0 : Từ trường cố định

Bcl-2 : Protein gây chết rụng tế bào

BT-474 : Dòng tế bào ung thư biểu mô tuyến vú người

C : Nhiệt dung riêng của hệ mẫu

C3 : Một loại protein trong hệ thống miễn dịch

CS : Khả năng sống sót của tế bào ở nồng độ nào đó của chất thử tính theo %

so với đối chứng G2 : Pha trống 2

H : Cường độ từ trường

HepG2 : Dòng tế bào ung thư gan ở người

IC50 : Nồng độ ức chế (Inhibited Concentration)

LD50 : Chỉ số xác định liều cận trên và cận dưới

M : Pha nguyên phân

m i : Khối lượng hạt từ

m s : Khối lượng tổng cộng của hệ mẫu

Ms : Từ độ bão hòa

r1, r2 : Độ hồi phục dọc và ngang, tương ứng 1 và 2

R1, R2 : Tốc độ hồi phục dọc và ngang, tương ứng 1 và 2

RF : Tần số radio

Ro1,2 : Tốc độ hồi phục dọc và ngang khi không có chất tương phản

Sarcoma180 : Dòng tế bào ung thư mô liên kết chuột

T1, T2 : Thời gian hồi phục dọc và ngang, tương ứng 1 và 2

v

ω0 : Tần số Larmor

II Danh mục các chữ viết tắt

BCS : Huyết thanh Bò (Bovine Calf Serum)

CLT : Chất lỏng từ

CT : Kỹ thuật chụp cắt lớp với sự hỗ trợ của máy tính (Computed

Tomography) Cur : Curcumin

Cur/Fe3O4@PLA-PEG: Hạt nano Fe3O4 bọc copolyme PLA-PEG mang Curcumin Cur/PLA-PEG: Polylactic axit- Polyethylene glycol mang Curcumin

Cur/PLA-PEG-Fol: Polylactic axit- Polyethylene glycol mang Curcumin và gắn yếu tố

hướng đích Folat DCM : Dung môi (Dichlomethan)

DLS : Giản đồ tán xạ ánh sáng động (Dynamic Light Scattering)

DMEM : Môi trường nuôi cấy tế bào (Dulbecco’s Modified Eagle Medium) DMSO : Dung môi (Dimethyl Sulfoside)

FC : Làm lạnh có từ trường (Field Cool)

FDA : Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Thuốc Hoa Kỳ (Food and Drug

Administration)

Fe3O4@PLA-PEG: Hạt nano Fe3O4 bọc copolyme PLA-PEG

FE-SEM : Kính hiển vi điện tử quét- phát xạ trường (Field Emission Scanning

Electron Microscope) FT-IR : Phổ hấp thụ hồng ngoại Fourier

HDT : Hệ dẫn thuốc

HDTNN : Hệ dẫn thuốc kích thước nano

ILP : Công suất tổn hao nội tại (Intrinsic Loss Power)

IO : Ôxit sắt (Iron oxide)

MFH : Nhiệt trị ung thư dùng chất lỏng từ (Magnetic Fluid Hyperthermia) MIH : Đốt nóng cảm ứng từ (Magnetic Inductive Heating)

MNPs : Các hạt nano từ tính (Magnetic Nanoparticles)

MPEG-PLA : Methôxy poly(ethylene glycol)-poly(lactic axit)

vi

MRI : Ảnh cộng hưởng từ (Magnetic Resonance Imaging)

NAA : Axit amin không thiết yếu (Non-Essential Amino Acids)

PBS : Đệm sinh lý (Phosphate Buffered Saline)

PEG : Polyethylene glycol

PET : Kỹ thuật ghi hình bằng bức xạ positron (Positron Emission Tomography) PLA : Polylactic axit

PLA-PEG : Polylactic axit- Polyethylene glycol

PLA-TPGS : Poly(lactic axit)-vitamin E

PLGA : Poly (lactic-co-glycolic)

PLGA-PEG : Poly(lactic-co-glycolic)-polyethylene glycol

PSF : Hợp chất kháng sinh (Penixillin- Streptomycin sulfate- Fungizone) SAR : Tốc độ hấp thụ riêng (Specific Absorption Rate)

Sn(Oct)2 : Sn(II) 2-ethylhexanoate (Tin (II) 2-ethylhexanoate)

SRB : Thuốc nhuộm (Sulfo Rhodamine B)

TCA : Axit hữu cơ Tricloacetic (Trichloro Acetic acid)

TEM : Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscope) TGA : Phân tích nhiệt vi lượng (Thermal Gravimetric Analysis)

UV-Vis : Phổ tử ngoại-khả kiến (Ultraviolet-Visible)

VSM : Từ kế mẫu rung (Vibrating Sample Magnetometer)

XRD : Nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction)

tử hướng đích và đóng gói thuốc 14

Hình 1.5 Cấu trúc Curcumin 16 Hình 1.6 Sơ đồ tổng hợp copolyme PLA-PEG bằng phương pháp trùng ngưng mở

vòng polyme 25

Hình 1.7 Cấu trúc tinh thể của Fe3O4 26

Hình 1.8 Nguyên lý của chụp ảnh cộng hưởng từ: a) spin của các proton của phân

tử nước quay tròn dưới sự tác dụng của từ trường ngoài B0 với tần số Larmor (ω0); b) sau khi áp dụng từ trường xoay chiều tần số radio (RF) có hướng vuông góc với B0 spin proton sẽ bị kích thích và lệch khỏi hướng ban đầu; c) thời gian phục hồi dọc T1; d) thời gian phục hồi ngang T2 29

Hình 1.9 Mô hình hệ nanovector lõi hạt từ tính 38 Hình 2.1 Ảnh thiết bị kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường Hitachi S-4800 43 Hình 2.2 Ảnh thiết bị kính hiển vi điện tử truyền qua TEM 44 Hình 2.3 (a) Hệ thí nghiệm đốt nóng cảm ứng từ, (b) Minh họa bố trí thí nghiệm

đốt nóng cảm ứng từ 48

Hình 3.1 Mô tả quy trình chế tạo hệ dẫn thuốc nano Cur/PLA-PEG,

Cur/PLA-PEG-Fol 62

Hình 3.2 Ảnh FE-SEM của hạt nano copolyme PLA-PEG với các hợp phần

PLA:PEG 3:1, 2:1, 1:1, 1:2, 1:3 tương ứng với các hình 1A, 1B, 1C, 1D, 1E 63

Hình 3.3 Phân bố kích thước thủy động (DLS) của các hệ nano PLA-PEG với tỷ lệ

thành phần PLA:PEG 3:1, 2:1, 1:1, 1:2 và 1:3 tương ứng các hình A, B, C,

D và E 64

Hình 3.4 Thế Zeta của copolyme PLA-PEG 65

viii

Hình 3.5 Ảnh FE-SEM của hệ hạt nano Cur/PLA-PEG với các hợp phần PLA:PEG

3:1, 2:1, 1:1, 1:2, 1:3, tương ứng với các hình 2A, 2B, 2C, 2D, 2E 67

Hình 3.6 Phân bố kích thước thủy đông (DLS) của các hệ nano Cur/PLA-PEG với

tỷ lệ thành phần PLA:PEG 3:1, 2:1, 1:1, 1:2 và 1:3, tương ứng các hình A,

B, C, D và E 68

Hình 3.7 Thế Zeta của hạt nano Cur/PLA-PEG 69 Hình 3.8 Ảnh FE-SEM của hạt nano Cur/PLA-PEG-Fol với các hợp phần PLA:PEG

3:1, 2:1, 1:1, 1:2, 1:3, tương ứng với các hình 3A, 3B, 3C, 3D, 3E 70

Hình 3.9 Đường phân bố kích thước (DLS) của các hệ nano Cur/PLA-PEG-Fol với

Hình 3.22 Giá trị IC50 của Cur/H2O, Cur/PLA-PEG và Cur/PLA-PEG-Fol 84

Hình 3.23 Giá trị IC50 của Cur/PLA-PEG và Cur/PLA-PEG-Fol 85

Hình 4.3 Giản đồ XRD của Fe3O4,Fe3O4@PLA-PEG và Fe3O4@PLA-PEG/Cur 91

Hình 4.4 Phổ FT-IR của các hệ mẫu hạt nano Fe3O4, Fe3O4@PLA-PEG,

Fe3O4@PLA-PEG/Cur 92

Hình 4.5 Ảnh SEM, TEM và phân bố kích thước của các hạt nano Fe3O4,

Fe3O4@PLA-PEG, Fe3O4@PLA-PEG/Cur tương ứng hình 1A, 1B, 1C; 2A, 2B, 2C và 3A, 3B, 3C 93

Hình 4.6 Kích thước thủy động (DLS) các hạt nano Fe3O4, Fe3O4@PLA-PEG và

Fe3O4@PLA-PEG/Cur tương ứng các hình (A), (B) và (C) 94

Hình 4.7 Thế Zeta của hệ hạt nano Fe3O4 (A), 3Fe3O4@0,3PLA-PEG (C) và của một

vài hệ hạt nano Fe3O4@PLA-PEG khác (B) 96

Hình 4.8 Kết quả phân tích TGA cho mẫu hạt nano Fe3O4@PLA-PEG (A) và

Fe3O4@PLA-PEG/Cur (B) 99

Hình 4.9 Từ độ phụ thuộc từ trường của Fe3O4, Fe3O4@PLA-PEG và Fe3O4

@PLA-PEG/Cur tính trên khối lượng tổng vỏ-lõi (A) và sau khi trừ đóng góp lượng vỏ hữu cơ (B) 100

Hình 4.10 So sánh độ tương phản ảnh cộng hưởng từ hạt nhân theo chế độ trọng T2

của các hạt nano Fe3O4@PLA-PEG (A) và Fe3O4@PLA-PEG/Cur (B) 102

Hình 4.11 Đường tốc độ hồi phục phụ thuộc nồng độ pha loãng mẫu: R1 vs C (A) và

R2 vs C (B) của các các chất lỏng từ Fe3O4@PLA-PEG và Fe3O4PEG/Cur 103

@PLA-Hình 4.12 Tốc độ hồi phục dọc R1 (A) và gang R2 (B) phụ thuộc nồng độ mẫu

Fe3O4@PLA-PEG S1 (C) và Fe3O4@PLA-PEG/Cur S2 (D) 104

Hình 4.13 Đường gia nhiệt của hệ chất lỏng từ nồng độ 1 mg/mL của Fe3O4

@PLA-PEG (A) và Fe3O4@PLA-PEG/Cur (B), đo với các từ trường khác nhau,

và kết quả tính SAR cho các nồng độ 1 mg/mL của hệ nano Fe3O4PEG (C) và Fe3O4@PLA-PEG/Cur (D) 107

@PLA-Hình 4.14 Đường gia nhiệt MIH của các hệ mẫu Fe3O4@PLA-PEG và Fe3O4

@PLA-PEG/Cur 108

x

Hình 4.15 Phổ UV-Vis (A) và lượng Curcumin giải phóng theo thời gian (B) từ hệ

nano Fe3O4@PLA-PEG/Cur ủ tại nhiệt độ 37oC 109

Hình 4.16 Đốt nóng cảm ứng từ hệ Fe3O4@PLA-PEG/Cur với các khoảng thời gian

5 – 10 – 15 – 20 – 25 phút tương đương hình A – B – C – D – E 110

Hình 4.17 Phổ UV-Vis (A) và phần trăm giải phóng Curcumin (B) từ hệ nano

Fe3O4@PLA-PEG/Cur theo phương pháp đốt nóng cảm ứng từ tại các khoảng thời gian khác nhau 111

Hình 4.18 Kết quả thí nghiệm MIH giải phóng chậm Curcumin trong hệ nano

Fe3O4@PLA-PEG/Cur ngắt tại 370C với thời gian chiếu khác nhau: đường gia nhiệt với các từ trường khác nhau (A), phổ UV-Vis của mẫu khi ngắt (B), và phần trăm giải phóng Curcumin (C) 112

Hình 4.19 Kết quả giải phóng chậm Curcumin từ hệ nano Fe3O4@PLA-PEG/Cur tại

nhiệt độ dừng chiếu từ 45oC: đường gia nhiệt với các từ trường khác nhau (A), phổ UV-Vis của mẫu mới ngắt (B) và phần trăm giải phóng Curcumin (C) 113

Hình 5.1 Tỉ lệ tăng sinh của tế bào Sarcoma 180 (A) và BT-474 (B) so với đối chứng

sinh học khi được thử nghiệm độc tính với hệ chất lỏng nano từ

Fe3O4@PLA-PEG theo dải nồng độ 0,01-100 µg/mL Tỉ lệ tăng sinh của

tế bào ở nồng độ thử nghệm cao nhất vẫn đạt 85 % so với DCSH, ở 3 nồng

độ tiếp theo đạt 90-95 % và ở nồng độ thấp nhất không có sự khác biệt so với ĐCSH 116

Hình 5.2 Đường cong đáp ứng liều của hệ chất lỏng nano từ Fe3O4@PLA-PEG dựa

trên phương pháp Litchfield - Wilcoxon: (A) Thí nghiệm lần 1, (B) Thí nghiệm lần 2 117

Hình 5.3 Ảnh MRI của hệ chất lỏng nano từ Fe3O4@PLA-PEG và Fe3O4

@PLA-PEG/Cur chụp theo chế độ T2W, TE 80ms, TR 3,0s ở điều kiện: (A)

Fe3O4@PLA-PEG trong môi trường Agar 1,5 % chứa 2.106 tế bào Sarcoma 180; (B) Fe3O4@PLA-PEG trong môi trường Agar 1,5 %, (C)

Fe3O4@PLA-PEG/Cur trong môi trường Agar 1,5 % chứa 2.106 tế bào sarcoma 180; (D) Fe3O4@PLA-PEG/Cur trong môi trường Agar 1,5 % Nồng độ sắt từ trong mỗi giếng là: (1) 0,000 mg/mL; (2) 0,01 mg/mL; (3) 0,05 mg/mL; (4) 0,1 mg/mL; (5) 0,2 mg/mL; (6) 0,5 mg/mL 118

Hình 5.4 Khả năng tăng tương phản MRI của hệ chất lỏng nano từ Fe3O4

@PLA-PEG ở chế độ T2W, TE 80ms, TR 3,0s, góc chụp 180o (cắt lớp theo trục đầu – đuôi chuột) (A) Ảnh trước khi tiêm hệ chất lỏng nano từ; (B) Ảnh sau khi tiêm hệ chất lỏng nano từ: (1) chuột không được tiêm, (2) chuột tiêm 50 µg hạt từ trực tiếp vào khối u, (3) chuột tiêm 250 µg hạt từ trực tiếp vào khối u 119

xi

Hình 5.5 Ảnh chụp MRI theo chế độ T2W, TE 80ms, TR 3,0s, góc chụp 90o cho

thấy tốc độ lan truyền của hệ chất lỏng nano từ Fe3O4@PLA-PEG trong khối u rắn dưới da chuột theo thời gian ở hai nồng độ vật liệu thử nghiệm

là 25 µg/0,5 cm3 và 250 µg/0,5 cm3 120

Hình 5.6 Tế bào Sarcoma 180 sau khi đốt từ 30 phút với hệ chất lỏng nano từ nồng

độ 2 mg/mL ở từ trường 70 Oe, 178 kHz Mẫu thí nghiệm (A), Đối chứng (ĐC) nhiệt trị - có hạt từ, không chiếu từ trường (B), và Đối chứng sinh học -ĐCSH (C) 121

Hình 5.7 Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của nồng độ hạt nano từ đến tỉ lệ chết của tế

Lô 1 – tiêm 30 µL hạt nano, lô 2 – tiêm 20 µL hạt nano 128

xii

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Bố trí thí nghiệm nhiệt từ trị trên chuột mang khối u rắn dưới da 57 Bảng 3.1 Phân bố kích thước hạt và thế Zeta của các hạt nano PLA-PEG 65 Bảng 3.2 Phân bố kích thước hạt và thế Zeta của các hạt nano Cur/PLA-PEG 69 Bảng 3.3 Phân bố kích thước hạt và thế Zeta của các hạt nano Cur/PLA-PEG-Fol

73

Bảng 3.4 Kích thước hạt, lượng Curcumin và hiệu quả mang Curcumin của các hệ

copolyme PLA-PEG, Cur/PLA-PEG và Cur/PLA-PEG-Fol 75

Bảng 3.5 Tỷ lệ % Curcumin giải phóng chậm từ hệ nano Cur/PLA-PEG tại 37oC

Bảng 4.1 Ảnh hưởng của nồng độ PLA-PEG đến độ bền phân tán hạt nano

Fe3O4@PLA-PEG trong nước 95

Bảng 4.2 Ảnh hưởng của nồng độ Fe3O4 đến độ bền phân tán hạt nano Fe3O4

@PLA-PEG trong nước 97

Bảng 4.3 Từ độ bão hòa: đo trực tiếp cho mẫu lõi+vỏ (Mcs); hiệu đính bởi khối lượng

vỏ danh định (Mccal) và bởi khối lượng vỏ thí nghiệm TGA (Mcex) của các mẫu hạt nano Fe3O4, Fe3O4@PLA-PEG và Fe3O4@PLA-PEG/Cur 100

Bảng 4.4 Kết quả tính toán độ hồi phục r1, r2 và tỷ số r1/r2 cho 2 mẫu

Fe3O4@PLA-PEG (S1), Fe3O4@PLA-PEG/Cur (S2) và chất thương phẩm Resovist, Ferumoxytol 105

Bảng 4.5 Kết quả tính SAR của hệ nano Fe3O4@PLA-PEG và Cur/Fe3O4

@PLA-PEG ở các từ trường khác nhau 107

Bảng 4.6 Phần trăm Curcumin giải phóng từ hệ nano Fe3O4@PLA-PEG/Cur khi

được ủ tại 37oC 109

Bảng 4.7 Số liệu đo giải phóng Curcumin của hệ nano Fe3O4@PLA-PEG/Cur đạt

được ở 37oC và 45oC bằng phương pháp đốt nóng cảm ứng từ 113

xiii

Bảng 5.1 Nhiệt độ bão hòa đạt được (oC) khi kích thích hệ chất lỏng nano từ

Fe3O4@PLA-PEG bằng những từ trường có cường độ khác nhau 121

Bảng 5.2 Tỷ lệ tế bào chết (%) sau khi được trộn với hệ chất lỏng nano từ và chiếu

xiv

MỤC LỤC

Trang

Lời cảm ơn i

Lời cam đoan iii Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt iv

Danh mục các hình vẽ vii

Danh mục các bảng xii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN MỘT SỐ HỆ DẪN THUỐC 7

1.1 Hệ dẫn thuốc 7

1.1.1 Hệ dẫn thuốc kích thước thông thường 7

1.1.2 Hệ dẫn thuốc kích thước nano (HDTNN) 8

1.1.3 Các loại polyme nghiên cứu ứng dụng 21

1.1.4 Copolyme phân hủy sinh học PLA-PEG 22

1.2 Hệ dẫn thuốc nano từ tính 26

1.2.1 Hạt nano từ 26

1.2.2 Các phương pháp chế tạo hạt nano từ 33

1.2.3 Bọc bảo vệ và chức năng hệ nano từ tính 37

Tóm lược chương 1 399

Chương 2 CÁC KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 40

2.1 Phương pháp tổng hợp PLA-PEG 40

2.1.1 Hóa chất và thiết bị 40

2.1.2 Tổng hợp PLA-PEG 40

2.2 Phương pháp chế tạo các hạt nano 40

2.2.1 Chế tạo hệ nano PLA-PEG, Cur/PLA-PEG và Cur/PLA-PEG-Fol 40

2.2.2 Chế tạo hạt nano Fe 3 O 4 @PLA-PEG, Fe 3 O 4 @PLA-PEG/Cur 41

2.3 Các phương pháp đặc trưng 42

xv

phân tán của hệ nano Fe 3 O 4 @PLA-PEG 42

2.3.2 Hiển vi điện tử 42

2.3.3 Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) 44

2.3.4 Giản đồ tán xạ ánh sáng động (Dynamic Light Scattering - DLS) 45

2.3.5 Phổ tử ngoại khả kiến UV-Vis (Ultraviolet-Visible) 45

2.3.6 Nhiễu xạ tia X (XRD) 45

2.3.7 Phân tích nhiệt vi lượng (Thermal Gravimetric Analysis-TGA) 46

2.3.8 Từ kế mẫu rung (Vitrating Sample Magetometer – VSM) 47

2.3.9 Đốt nóng cảm ứng từ (Magnetic Inductive Heating - MIH) 47

2.3.10 Cộng hưởng từ hạt nhân 49

2.3.11 Chụp ảnh cộng hưởng từ hạt nhân cho mẫu động vật 50

2.4 Phương pháp nghiên cứu giải phóng chậm thuốc 51

2.4.1 Giải phóng chậm Curcumin bằng ủ nhiệt 51

2.4.2 Giải phóng chậm Curcumin bằng MIH 51

2.5 Thực nghiệm sinh học 52

2.5.1 Thử nghiệm độc tính in vitro trên dòng tế bào HepG2 52

2.5.2 Thử nghiệm sinh học trên tế bào ung thư và chuột mang khối u 53

2.5.3 Phương pháp nhiệt từ trị tiêm trực tiếp vào khối u 56

Tóm lược chương 2 588

Chương 3 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐẶC TÍNH CỦA HỆ NANO COPOLYME PLA-PEG ĐA CHỨC NĂNG 59

3.1 Chế tạo các hệ nano copolyme PLA-PEG, PEG và Cur/PLA-PEG-Fol 60

3.1.1 Chế tạo hạt nano copolyme PLA-PEG 60

3.1.2 Chế tạo hạt nano copolyme PLA-PEG mang Curcumin (Cur/PLA-PEG)

60

3.1.3 Chế tạo hạt nano copolyme PLA-PEG mang Curcumin và gắn yếu tố hướng đích Folat (Cur/PLA-PEG-Fol) 61

3.2 Cấu trúc, hình thái học và đặc trưng tính chất của các hạt nano PLA-PEG, Cur/PLA-PEG và Cur/PLA-PEG-Fol 62

xvi

3.2.1 Hình dạng, kích thước và sự phân bố kích thước hạt nano PLA-PEG 62

3.2.2 Hình dạng, kích thước và sự phân bố kích thước hạt nano Cur/PLA-PEG 66

3.2.3 Hình dạng, kích thước và sự phân bố kích thước hệ nano Cur/PLA-PEG-Fol 69

3.2.4 Khả năng mang thuốc của các hạt nano PLA-PEG 73

3.2.5 Kết quả đo phổ UV-Vis 76

3.2.6 Kết quả phân tích phổ hồng ngoại FT-IR 77

3.3 Nghiên cứu giải phóng chậm Curcumin 80

3.4 Nghiên cứu khả năng gây độc trên tế bào ung thư của các hệ nano Cur/PLA-PEG và Cur/PLA-PEG-Fol 83

Kết luận chương 3 87

Chương 4 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐẶC TÍNH CỦA HỆ CHẤT LỎNG NANO TỪ ĐA CHỨC NĂNG LÕI HẠT Fe 3 O 4 88

4.1 Chế tạo hệ nano Fe 3 O 4 @PLA-PEG và Fe 3 O 4 @PLA-PEG/Cur 89

4.1.1 Tổng hợp hạt nano Fe 3 O 4 89

4.1.2 Chế tạo hệ nano Fe 3 O 4 @PLA-PEG 90

4.1.3 Chế tạo hệ nano Fe 3 O 4 @PLA-PEG/Cur 90

4.2 Cấu trúc, hình thái học và đặc trưng tính chất các mẫu hạt nano Fe 3 O 4 , Fe 3 O 4 @PLA-PEG, Fe 3 O 4 @PLA-PEG/Cur 91

4.2.1 Phân tích XRD 91

4.2.2 Phân tích FT-IR 91

4.2.3 Hình dạng, kích thước và sự phân bố kích thước các hạt nano Fe 3 O 4 , Fe 3 O 4 @PLA-PEG, Fe 3 O 4 @PLA-PEG/Cur 92

4.2.4 Ảnh hưởng của nồng độ copolyme PLA-PEG và hạt nano Fe 3 O 4 đến độ bền phân tán của hệ nano Fe 3 O 4 @PLA-PEG 95

4.3 Đặc trưng đóng góp khối lượng và từ tính của các mẫu Fe 3 O 4 @PLA-PEG và Fe 3 O 4 @PLA-PEG/Cur 98

4.4 Ảnh cộng hưởng từ hạt nhân hệ nano Fe 3 O 4 @PLA-PEG và Fe 3 O 4 @PLA-PEG/Cur 101

4.5 Kết quả đốt nóng cảm ứng từ của hệ nano Fe 3 O 4 @PLA-PEG và Fe 3 O 4 @PLA-PEG/Cur 106

xvii

4.6 Đốt nóng cảm ứng từ giải phóng Curcumin của hệ nano Fe 3 O 4

@PLA-PEG và Fe 3 O 4 @PLA-PEG/Cur 108

4.6.1 Đốt nóng cảm ứng từ bởi từ trường cường độ yếu 108

4.6.2 Giải phóng Curcumin của hệ nano Fe 3 O 4 @PLA-PEG/Cur bằng phương pháp ủ nhiệt 109

4.6.3 Giải phóng Curcumin của hệ nano Fe 3 O 4 @PLA-PEG/Cur kích bởi đốt nóng cảm ứng từ 109

4.6.4 Kết quả đốt từ giải phóng chậm Curcumin hệ nano Fe 3 O 4 @PLA-PEG/Cur khi ngắt tại cùng nhiệt độ 111

Kết luận chương 4 114

Chương 5 THỰC NGHIỆM SINH HỌC HỆ CHẤT LỎNG NANO TỪ ĐA CHỨ NĂNG LÕI HẠT Fe 3 O 4 115

5.1 Kết quả thử nghiệm độc tính 115

5.1.1 Độc tính tế bào 115

5.1.2 Độc tính cấp 116

5.2 Khả năng tăng tương phản ảnh cộng hưởng từ hạt nhân 117

5.2.1 Khả năng tăng tương phản ảnh cộng hưởng từ dịch tế bào 117

5.2.2 Khả năng tăng tương phản ảnh chụp cộng hưởng từ khối u rắn 118

5.3 Khả năng điều trị ung thư bằng nhiệt từ trị 121

5.3.1 Khả năng tiêu diệt tế bào ung thư bằng nhiệt từ trị 121

5.3.2 Tiêu diệt khối u bằng nhiệt từ trị sử dụng Fe 3 O 4 @PLA-PEG 125

Kết luận chương 5 129

KẾT LUẬN CHUNG 131

A CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN 133

B CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN 134

MỞ ĐẦU

Trong thế kỉ XXI, ngành khoa học vật liệu đã có bước phát triển đột phá nhờ khả năng can thiệp của con người tại kích thước nanomet (10-9 m) Công nghệ nano đang làm thay đổi cuộc sống của chúng ta từng ngày nhờ các ứng dụng đa dạng trên tất cả các phương diện về kinh tế và xã hội Các kết quả nghiên cứu trong trên hai thập kỉ qua cho thấy công nghệ nano có nhiều tiềm năng ứng dụng trong y học (công nghệ nano Y học – Nanomedicine) và chuyên sâu hơn là trong điều trị ung thư (Công nghệ nano Ung thư – Cancer nanotechnology) [1, 2]

Trong vài thập niên trở lại đây, các hệ vật liệu kích thước nano phân phối thuốc

đã được quan tâm phát triển mạnh, hệ phân phối thuốc kích thước nano được chứng minh là có nhiều ưu điểm vượt trội so với các hệ dẫn thuốc thông thường Với kích thước nanomet, khả năng đóng gói thuốc tốt, có thể chức năng hóa bề mặt để tăng lưu thông trong máu, tăng tính tương thích sinh học, dễ dàng nhập bào theo cơ chế thụ động

do có kích thước nanomet hoặc gắn yếu tố hướng đích làm tăng khả năng nhập bào và bám đích theo cơ chế chủ động và chọn lọc Trong tất cả các hệ vật liệu phân phối thuốc kích thước nanomet, hệ polyme, hệ hạt vàng, hệ hạt từ được quan tâm hơn cả Đặc biệt,

hệ phân phối thuốc nanomet trên nền hạt nano sắt từ (Fe3O4) được quan tâm phát triển mạnh trong những năm gần đây với nhiều ưu điểm vượt trội như dễ dàng phát triển thành hệ nano phân phối thuốc đa chức năng ứng dụng cho cả mục đích chẩn đoán và điều trị bệnh

Polyme phân hủy sinh học được sử dụng để thiết kế các hệ phân phối thuốc kích thước nano với những đặc tính ưu việt hơn so với các hệ phân phối thuốc truyền thống như: kiểm soát giải phóng thuốc, tự phân hủy và không gây độc sau khi sử dụng, giảm liều dùng và sự phụ thuộc của bệnh nhân vào thuốc được cải thiện Trong số các polyme phân hủy sinh học phải kể đến polylactic axit (PLA), poly(lactic-co-glycolic) (PLGA),

… đã được cơ quan quản lý thuốc và thực phẩm Mỹ (FDA) cho phép ứng dụng trong dược phẩm và lưu hành trên thị trường [3]

Do đó, việc chức năng hóa bề mặt polyme phân hủy sinh học như PLA bởi PEG (polyethylene glycol) để cải thiện những hạn chế của polyme phân hủy sinh học là rất quan trọng PEG là một polyme ưa nước, độc tính thấp, không kích thích miễn dịch và

đã được FDA cho phép lưu hành PEG làm giảm đáng kể sự tương tác không đặc hiệu với protein, tránh sự đào thải bởi các thực bào và các tế bào của hệ lưới nội mô, đồng thời tăng khả năng phân tán trong nước, qua đó tăng đáng kể khả năng lưu thông trong máu Vì vậy, vật liệu copolyme PLA-PEG được nghiên cứu tổng hợp và chế tạo hệ nano copolyme PLA-PEG mang thuốc hướng đích nhằm cải thiện các hạn chế của polyme phân hủy sinh học PLA

Copolyme PLA-PEG sau khi tổng hợp được sử dụng như một hệ dẫn thuốc ứng dụng cho mục đích chẩn đoán và điều trị bệnh Trong nội dung của luận án, copolyme PLA-PEG được sử dụng để mang Curcumin (một dược chất có tính chất chống ôxy hóa

và tiêu diệt được nhiều loại tế bào ung thư) và gắn yếu tố hướng đích Folat tạo thành

hệ dẫn thuốc hướng đích Cur/PLA-PEG-Fol kích thước nano được sử dụng để tiêu diệt

tế bào ung thư HepG2 (dòng tế bào ung thư gan ở người) Hơn nữa, copolyme PEG còn được sử dụng để bọc hạt nano sắt từ Fe3O4 tạo thành hệ dẫn thuốc

PLA-Fe3O4@PLA-PEG kích thước nano với phần lõi là hạt nano sắt từ Fe3O4 và bọc cùng lúc hạt nano sắt từ Fe3O4 và Curcumin tạo thành hệ dẫn thuốc đa chức năng Cur/Fe3O4@PLA-PEG Hệ thuốc nano này được sử dụng cho mục đích chẩn đoán hình ảnh cộng hưởng từ MRI, cũng như cho khả năng tăng nhiệt tại chỗ khi chiếu từ trường ngoài, có thể ứng dụng trong nhiệt trị ung thư và giải phóng thuốc Curcumin

Tên luận án: “Nghiên cứu chế tạo, đặc trưng và khảo sát tiềm năng ứng dụng của hệ dẫn thuốc nano đa chức năng nền copolyme PLA-PEG có và không

có hạt từ (Fe 3 O 4 )”

Mục tiêu của luận án:

1) Tổng hợp được copolyme PLA-PEG với các tỷ lệ thành phần PLA:PEG khác nhau trong vùng 3:1-1:3 Chế tạo hệ nano copolyme PLA-PEG mang Curcumin có và không gắn yếu tố hướng đích Folat Nghiên cứu khả năng giải phóng Curcumin đối với

các hệ nano copolyme không và có gắn Folat Nghiên cứu độc tính tế bào in vitro của

hệ nano copolyme PLA-PEG mang Curcumin không và có gắn Folat trên dòng tế bào ung thư gan người HepG2

2) Tổng hợp hạt nano Fe3O4 và chế tạo được chất lỏng từ (CLT) có độ bền cao trên nền hạt Fe3O4 bọc copolyme PLA-PEG tạo thành hệ nano Fe3O4@PLA-PEG Chế tạo được hệ CLT đa chức năng Fe3O4@PLA-PEG/Cur trên nền hạt nano Fe3O4 bọc copolyme PLA-PEG mang Curcumin

3) Thử nghiệm sinh học các hệ nano Fe3O4 bọc copolyme mang thuốc (Cur) Nghiên cứu khả năng ứng dụng làm tác nhân tăng tương phản ảnh cộng hưởng từ hạt nhân, nghiên cứu hiệu ứng đốt nóng cảm ứng từ và khả năng giải phóng thuốc (Cur) Thử nghiệm độc tính, và khả năng nhiệt từ trị tiêu diệt tế bào ung thư, tiêu diệt khối u trên chuột thử nghiệm dựa trên hiệu ứng đốt nóng cảm ứng từ ứng dụng trong nhiệt trị ung thư (hyperthermia)

Nội dung luận án:

Chương 1 trình bày tổng quan giới thiệu về các hệ dẫn thuốc, các polyme phân hủy sinh học được sử dụng cho mục đích tổng hợp các hệ dẫn thuốc kích thước nano, lợi thế của các hệ dẫn thuốc khi được chức năng hóa bề mặt, vai trò của các chất chức năng hóa bề mặt như poly(ethylene glycol), tinh bột, polysaccarit, … lợi thế của hệ dẫn thuốc kích thước nano, hệ nano copolyme mang thuốc hướng đích Tiềm năng và tính

ưu việt của hệ nano copolyme PLA-PEG mang thuốc và gắn yếu tố hướng đích Hệ

Chương 3, chương 4 và chương 5 trình bày các kết quả nghiên cứu thu nhận được của luận án và các thảo luận liên quan Chương 3 trình bày kết quả nghiên cứu tổng hợp copolyme PLA-PEG, chế tạo hệ nano dẫn thuốc PLA-PEG mang Curcumin có và không gắn yếu tố hướng đích Folat với các đặc trưng về kích thước, hình dạng, cấu trúc, khả năng phân tán và độ bền phân tán được trình bày, phân tích và biện luận chi tiết, thử nghiệm trên dòng tế bào ung thư gan HepG2 Các kết quả nghiên cứu trong chương

4 liên quan đến vật liệu nano Fe3O4 được tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa, bọc copolyme PLA-PEG có mang và không mang Curcumin tạo thành hệ CLT kích thước nano đa chức năng Các đặc trưng về hình dạng, kích thước, cấu trúc, tính chất từ, hiệu ứng tăng cường độ tương phản cộng hưởng từ và hiệu ứng đốt nóng từ định hướng ứng dụng trong y sinh được trình bày, phân tích và biện luận chi tiết Chương 5 trình bày các kết quả thử nghiệm sinh học của hệ chất lỏng nano từ Fe3O4@PLA-PEG trên tế bào ung thư và chuột mang khối u, thử độc tính tế bào, độc tính cấp, chụp ảnh cộng hưởng

từ trên tế bào và khối u chuột

Ý nghĩa nghiên cứu của luận án

Hạt nano copolyme PLA-PEG được tổng hợp với tỷ lệ thành phần PLA:PEG khác nhau sẽ ảnh hưởng đến khả năng mang thuốc (Curcumin, hạt nano sắt từ Fe3O4), khả năng thâm nhập tế bào ung thư (HepG2) cũng như khả năng giải phóng thuốc

Hạt nano copolyme PLA-PEG được sử dụng để chế tạo hệ nano copolyme mang thuốc hướng đích và hệ nano mang thuốc đa chức năng với những ưu điểm vượt trội so với các hệ phân phối thuốc truyền thống và các hệ phân phối thuốc polyme Cụ thể:

Đóng góp mới của luận án

Đã tổng hợp được copolyme PLA-PEG bằng phương pháp trùng ngưng với các

tỷ lệ thành phần PLA-PEG khác nhau

Đã chế tạo được hạt nano copolyme PLA-PEG bằng phương pháp bay hơi dung môi dạng mixen với cấu trúc lõi-vỏ, mang Cucurmin tạo thành hệ nano mang thuốc Cur/PLA-PEG và gắn yếu tố hướng đích Folat tạo thành hệ nano mang thuốc hướng đích Cur/PLA-PEG-Fol

Đã tổng hợp thành công hạt nano sắt từ Fe3O4 bằng phương pháp đồng kết tủa với từ độ đạt khoảng 65 emu/g, bọc copolyme PLA-PEG có và không có mang Curcumin tạo thành hệ chất lỏng nano từ đa chức năng cấu trúc lõi-vỏ Fe3O4@PLA-PEG và Fe3O4@PLA-PEG/Cur với giá trị độ phục hồi r2 cao hơn các chất thương phẩm Resovist và Ferumoxytol ứng dụng trong chẩn đoán hình ảnh MRI

Đốt nóng cảm ứng từ hệ chất lỏng nano từ Fe3O4@PLA-PEG/Cur làm tăng nhiệt tại chỗ và tăng hiệu quả giải phóng thuốc (Curumin)

Sử dụng hệ chất lỏng nano từ đa chức năng Fe3O4@PLA-PEG trong ứng dụng nhiệt trị giúp tiêu diệt hiệu quả tế bào và khối u trên chuột

Bố cục luận án: Luận án có 132 trang (chưa bao gồm tài liệu tham khảo), bao

gồm phần mở đầu, 5 chương nội dung và kết luận Cụ thể như sau:

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MỘT SỐ HỆ DẪN THUỐC

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐẶC TÍNH CỦA HỆ NANO COPOLYME PLA-PEG ĐA CHỨC NĂNG

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐẶC TÍNH CỦA HỆ CHẤT LỎNG NANO ĐA CHỨC NĂNG LÕI HẠT TỪ Fe3O4

CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM SINH HỌC HỆ CHẤT LỎNG NANO ĐA CHỨC NĂNG LÕI HẠT TỪ Fe3O4

KẾT LUẬN CHUNG

Các kết quả chính của luân án được công bố trong 05 bài báo trên các tạp chí quốc tế và trong nước (02 bài báo thuộc danh sách SCI, 01 bài báo trong hệ thống Scopus, 01 bài báo trên các tạp chí quốc gia và 01 bài báo đăng trong các kỷ yếu hội thảo khoa học quốc gia) và 05 bài báo khác có liên quan đến hướng nghiên cứu của luận án Luận án được hoàn thành tại Phòng Vật liệu nano y sinh – Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam với sự hỗ trợ của các đề tài nghiên cứu: Đề tài nghiên cứu cơ bản định hướng ứng dụng mã số DT.NCCB-DHUD.2012-G/08, Dự án AOARD award FA 2386 14-1-0025 hợp tác giữa Viện Khoa học vật liệu với Trường đại học London (Anh) và Trường đại học Đông Bắc (Hoa Kỳ);

Đề tài “Nghiên cứu quy trình chế tạo và thử nghiệm hệ dẫn thuốc hướng đích cấu trúc nano đa chức năng (polyme-drug-folate)”, Mã số 106.99-2012.43, Nafosted (7/2013- 7/2016); Đề tài “Nghiên cứu chế tạo hệ dẫn thuốc nano Paclitaxel phối hợp Curcumin

và đánh giá tác động của chúng lên các tế bào ung thư”, mã số:VAST03.04/16-17 do

Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam tài trợ (TS Hà Phương Thư làm chủ nhiệm)

Chương 1 TỔNG QUAN MỘT SỐ HỆ DẪN THUỐC

Hệ dẫn thuốc có thể là một công thức với mục đích trị liệu hoặc một thiết bị được

sử dụng để dẫn thuốc Có nhiều cách để đưa thuốc vào cơ thể: bằng đường uống, đường tiêm, qua da, đường thở (mũi), ngoài ra còn có một số hình thức phân phối thuốc khác

1.1.1 Hệ dẫn thuốc kích thước thông thường

- Các thiết bị phân phối thuốc

Một trong những cách phổ biến nhất để phân phối thuốc bằng các thiết bị là đặt thuốc vào trong các thiết bị phân phối thuốc và cấy vào mô bên trong cơ thể Ngày nay với công nghệ hiện đại, việc chế tạo các thiết bị phân phối thuốc thích hợp và cấy vào

mô bên trong cơ thể đã được ứng dụng rộng rãi và cũng đã mang lại những hiệu quả đáng khích lệ Một số thiết bị được sử dụng để phân phối thuốc như: Cảm biến sinh học phân phối thuốc; Thiết bị phân phối thuốc dựa trên nền các vi dòng; Vi chip kiểm soát giải phóng thuốc; Các bơm và ống dẫn phân phối thuốc

- Các hệ phân phối thuốc hướng đích

Đối với hệ phân phối thuốc hướng đích và được kiểm soát, một loạt các hệ chất mang được phát triển như: Các chất nền liên kết, kháng thể đơn dòng, các vi hạt hình cầu và liposome Ngoài ra, có nhiều hệ thống tinh vi dựa trên cơ chế phân tử, công nghệ nano, và liệu pháp phân phối gen cũng được phát triển

- Các hệ phân phối thuốc chuyên biệt

Khái niệm sử dụng các hạt phân phối thuốc đến các vị trí trong cơ thể đã được chọn lọc, từ đó sử dụng chúng như những tác nhân chẩn đoán trong y học để nghiên cứu hệ thống các tế bào khác nhau (gan, lá lách, xương, lympho), các hạt có kích thước

từ 20 – 30 μm được sử dụng để phân phối thuốc hướng đích Do kích thước nhỏ, chúng

có thể được tiêm trực tiếp vào cơ thể, các hệ thống phân phối thuốc chuyên biệt có thể bao gồm thuốc và vật liệu lõi hoặc thuốc có thể được phân tán như chất nhũ tương bên trong vật liệu mang hoặc thuốc có thể được gói gọn bởi vật liệu mang

1.1.2 Hệ dẫn thuốc kích thước nano (HDTNN)

- Tính ưu việt và tiềm năng của HDTNN

+ Tính ưu việt của HDTNN

Việc chế tạo hệ thống nano chẩn đoán hoặc điều trị đòi hỏi phải kiểm soát nhiều thông số khác nhau để tối ưu hóa Những yếu tố này có thể bao gồm thành phần của các hợp phần, tính kỵ nước trên bề mặt hạt, điện tích bề mặt, kích thước hạt, mật độ của các phối tử nhắm đích, và nhiều kết hợp của chúng

Hiện nay, sự phối hợp một số chức năng vào một chất nền của hệ mang đang được quan tâm, ví dụ phương pháp tự lắp ráp cho việc chuẩn bị của các chất mang đa chức năng, theo đó các chất kỵ nước và các cấu trúc nano vô cơ được đồng thời gói gọn trong một chất mang phân phối thuốc [5] Ngược lại với các hướng tạo phức hóa học, phương pháp tự lắp ráp cho phép tích hợp các vật liệu của thuộc tính khác nhau dựa trên nhiệt động lực không đặc hiệu [6] Với mục đích này, các hạt nano polyme, hình thành từ sự tự lắp ráp của copolyme khối kỵ nước trong các dung môi chọn lọc là đặc biệt hữu ích Hạt nano được tổng hợp bằng phương pháp tự lắp ráp có thể được thiết kế

để chứng minh đồng thời: i) kéo dài sự lưu thông trong máu; ii) đóng gói và bảo vệ của một loạt các tác nhân điều trị với tải trọng cao; iii) tối ưu hóa tổ hợp các tính chất vật

lý của chất mang để tận dụng cả hai cơ chế nhắm đích chủ động và thụ động; iv) đáp ứng với các kích thích tại chỗ cho giải phóng thuốc kiểm soát; v) khả năng chịu đựng nhiều các gốc thuốc tương phản/chụp ảnh/quan sát bằng phương tiện của một loạt các

kỹ thuật hình ảnh đa phương thức [6], mô hình tổng hợp hạt nano bằng phương pháp tự lắp ghép được trình bày ở Hình 1.1

Hình 1.1 Sơ đồ hình thành hạt nano đa chức năng [7]

Trong thực tế, việc tổng hợp các hạt nano đa chức năng phức tạp thông qua các quá trình tự lắp ráp là khá khó khăn Cho đến nay, vài ví dụ đã được công bố Nasongkla

và cộng sự [6] đã mô tả quá trình tổng hợp của poly (ethylene glycol) -b-poly (D, lactide) hạt nano đóng gói Doxorubicin hóa trị liệu và hạt nano ôxit sắt siêu thuận từ Tương tự như vậy, Yang và cộng sự [8] đã công bố việc tổng hợp poly (d, l-lactide-coglycolide) hạt nano đóng gói các vật liệu tương tự Tuy nhiên, các kỹ thuật tổng hợp được sử dụng như bay hơi dung môi và nhũ tương hóa bị một số nhược điểm như: bề mặt thiếu ổn định và qua nhiều bước làm sạch để chuẩn bị các hạt có kích thước thống nhất [6, 8] Ngoài ra, khả năng tải của các chất kỵ nước thường bị hạn chế bởi khả năng hòa tan hợp chất trong lõi hạt [9] Mặt khác, các quá trình tổng hợp không cho phép phân tách độc lập kết cấu của các hợp phần, không đảm bảo sự phân bố đồng đều của các hoạt chất trong nội tại các hạt nano Như vậy, các kỹ thuật lắp ráp mới cho phép linh hoạt, được điều chỉnh cho các ứng dụng cụ thể là rất cần thiết [9, 10]

L-+ Tiềm năng của HDTNN

Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của công nghệ nano, các vật liệu, thiết bị và các HDTNN được chế tạo và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt các HDTNN được chế tạo trên nền công nghệ nano cũng không phải là một ngoại lệ

Việc ứng dụng các hạt nano để phân phối và nhắm đích của dược phẩm, tác nhân điều trị và chẩn đoán đã nhận được sự quan tâm lớn trong những năm gần đây Các hạt nano có thể được xây dựng từ nhiều loại vật liệu và được sử dụng để đóng gói hoặc làm hòa tan các tác nhân hóa trị liệu để cải thiện khả năng phân phối thuốc trong cơ thể

Thế hệ tiếp theo của HDTNN được nghiên cứu hướng vào việc củng cố và thiết

kế hệ thống đa chức năng, có thể tạo thuận lợi cho việc thực hiện trị liệu Các hạt nano ghép có khả năng xác định các tế bào ác tính, xác định vị trí của chúng trong cơ thể bằng các kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh, tiêu diệt tế bào ác tính và giảm thiểu tác dụng phụ thông qua việc nhắm đích chọn lọc và theo dõi điều trị

Các hệ thống phân phối có thể được thiết kế để cung cấp, giải phóng có kiểm soát hoặc giải phóng kích hoạt các phân tử điều trị Bề mặt hạt nano có thể được chức năng hóa bằng các phương pháp khác nhau để tạo thành các dạng khác nhau

Sự chức năng hóa bề mặt có thể được sử dụng để tăng thời gian lưu trú trong máu, giảm phân phối không đặc hiệu, và trong một số trường hợp, nhắm đích các mô hoặc các kháng nguyên bề mặt tế bào đích với một yếu tố gắn kết nhắm đích (peptide, aptamer, kháng thể/đoạn kháng thể, phân tử nhỏ) Ví dụ, hạt nano được tạo thành từ các polyme ưa nước, đáng chú ý nhất poly (ethylene glycol) (PEG), có thể được ghép, tạo phức, hoặc bị hấp thụ lên bề mặt của các hạt nano để tạo thành dạng vành, tạo nên sự

ổn định về không gian và hình thành nên các thuộc tính "tàng hình" như ngăn chặn sự hấp thụ bề mặt của protein, qua đó làm tăng thời gian lưu thông trong dòng máu [11, 12]

Sự chức năng hóa có thể giải quyết các hạn chế lớn đối với các HDTNN như sự hấp thụ protein Nhờ sự chức năng hóa bề mặt các hệ phân phối thuốc nano copolyme

có những thuộc tính hơn hẳn so với các hệ phân phối thuốc nano polyme như thời gian lưu thông trong máu lâu hơn, tránh được sự hấp thụ bề mặt do các protein huyết tương gây ra, tránh được sự thủy phân do các enzyme Mặt khác khi được chức năng hóa bề mặt các hạt nano copolyme có thể gắn với các yếu tố hướng đích như các kháng thể, protein, aptamer hoặc các phối tử tự nhiên như Folat để tăng khả năng bám đích của

các hệ nano copolyme mang thuốc trong chẩn đoán và điều trị ung thư, qua đó tăng khả năng và hiệu quả điều trị của thuốc [13]

- Cấu trúc và chức năng HDTNN

+ Kết cấu theo chức năng

Hệ dẫn thuốc kích thước nano kết cấu lõi-vỏ với hạt nano copolyme được xác định bởi hình thái và thành phần polyme của chúng (trong cấu trúc lõi-vỏ của các copolyme), được trình bày ở Hình 1.2 Trong cấu trúc này, tác nhân chẩn đoán và điều trị thường được liên hợp với các bề mặt của các hạt nano hoặc đóng gói và bảo vệ bên trong lõi, tạo thành HDTNN kết cấu lõi-vỏ với phần lõi là các tác nhân theo dõi, chẩn đoán và điều trị như các phân tử thuốc, các hạt nano từ, hạt nano vàng Trong khi đó, phần vỏ là các polyme giúp tăng khả năng và thời gian lưu thông máu, tăng khả năng hướng đích, giảm tác dụng phụ, nâng cao khả năng theo dõi, chẩn đoán bằng hình ảnh

và tăng hiệu quả điều trị

Hình 1.2 Các loại hạt nano nền polyme cấu trúc lõi-vỏ đặc trưng cho phân phối thuốc [7].

Các hệ dẫn thuốc nano được thiết kế để tích hợp các thành phần điều trị, chẩn đoán hoặc theo dõi để đạt được khả năng nhắm đích mạnh hơn

Hệ dẫn thuốc nano đa chức năng (Hình 1.3) với các thành phần vật liệu đặc trưng, phần lõi là các tác nhân theo dõi, chẩn đoán và điều trị như các phân tử thuốc, các hạt

nano từ, hạt nano vàng,… được bao bọc bởi các polyme phân hủy sinh học như poly (styrene), poly (methyl methacrylate), poly (hydrôxybutyrate), poly (D, L-lactide), poly (L-lactide) và poly (D, L-lactide- đồng glycolide) Trong khi đó, phần vỏ là các polyme tương thích sinh học như polyethylene glycol (PEG) giúp tăng khả năng và thời gian lưu thông máu, tăng khả năng hướng đích [12]

Hình 1.3 Sơ đồ hệ dẫn thuốc nano đa chức năng [7]

HDTNN chứa hạt nano từ tăng tính tương phản hình ảnh MRI - là phù hợp hơn cho các ứng dụng y sinh học trong cơ thể [14, 15] Tuy nhiên, khi được tổng hợp, các hạt nano vô cơ không phù hợp với môi trường sinh học do bề mặt kỵ nước hoặc những hạn chế về độc tính Do đó, một số phương pháp tạo lớp phủ đã được phát triển để nâng cao tính tương thích sinh học của chúng, cải thiện sự ổn định trong dung dịch nước của

hệ dẫn thuốc micromet do kích thước và trọng lượng phân tử lớn nên chúng khó bám đích vì khó thắng được áp lực lưu thông của dòng máu nên dễ dàng bị cuốn trôi và tách khỏi các tế bào đích [18] Đối với cơ chế bám đích thụ động, kích thước của hệ dẫn thuốc micromet lớn hơn nhiều so với kích thước các lỗ màng tế bào (thường < 0,2 μm) nên khó thâm nhập vào tế bào, vì vậy chúng sẽ lưu thông theo dòng máu đến các cơ quan bài tiết, đào thải ra khỏi cơ thể [12, 19]

Đối với các hạt nano đa chức năng (Hình 1.4) phẩm chất được quyết định bởi kích thước phần lõi là chính, phần vỏ chủ yếu giúp hạt nano phân tán [11, 20] Việc đặc trưng kích thước hạt nano có nhiều phương pháp khác nhau, đối với các hạt nano có phần lõi là các polyme rắn hoặc các loại polyme kỵ nước có thể đặc trưng bằng phương pháp hiển vi điện tử quét FE-SEM có thể cho thông tin kích thước phần lõi hoặc đặc trưng bằng phổ tán xạ ánh sáng động có thể cho kích thước tổng thể của hạt nano phân tán trong môi trường nước Đối với các hạt nano có phần lõi là các hạt nano kim loại hoặc ôxit của chúng hoặc phức hợp có thể đặc trưng bằng phương pháp hiển vi điện tử FE-SEM, TEM, nnnhieeux xạ tia X hoặc phổ tán xạ ánh sáng động Việc kết hợp đặc trưng kích thước hạt nano bằng phương pháp hiển vi điện tử và phổ tán xạ ánh sáng động có thể cho thông tin về kích thước phần lõi và phần vỏ của hạt nano đa chức năng Kích thước hạt nano đặc trưng bằng phổ tán xạ ánh sáng động thường cho kích thước lớn hơn so với đặc trưng bằng phương pháp FE-SEM, TEM

Hình 1.4 Cấu trúc hệ dẫn thuốc đa chức năng với: A) Các hạt nano đa chức năng đơn giản

với thuốc và/hoặc các liệu pháp được mang vào bên trong; B) Các hạt nano đa chức năng phức tạp bao gồm hạt nano ôxit sắt, hạt nano lõi silica – vỏ hạt vàng, hạt nano Gadolinium

biến tính bề mặt gắn các phối tử hướng đích và đóng gói thuốc [7]

Khác với hệ dẫn thuốc micromet, HDTNN của nhiều vật liệu (polyme, kim loại,

chất bán dẫn) tạo lợi thế riêng biệt cho các ứng dụng in vivo Do có kích thước nanomet

nên các HDTNN (từ 10 đến 200 nm) dễ dàng thắng áp lực lưu thông của dòng máu để bám dính trên bề mặt và thâm nhập vào tế bào đích (bám đích chủ động), hoặc các HDTNN do kích thước nhỏ hơn nhiều so với các lỗ màng tế bào nên chúng dễ dàng thâm nhập vào tế bào (bám đích thụ động) Bên cạnh đó, HDTNN còn thể hiện nhiều

ưu điểm khác như tăng khả năng lưu thông và nhập bào, tăng diện tích bề mặt và hiệu ứng lượng tử, điện tử, từ trường và cấu trúc mới [12]

Các hệ dẫn thuốc nano có kích thước thủy động học từ 10 đến 100 nm được xem

là tối ưu và có thể lưu thông trong nhiều giờ và thoát mạch hoặc khuếch tán vào các mô

bị bệnh bởi một cơ chế nhắm đích thụ động [18] Gần đây, các hạt nano nhắm đích được chức năng hóa với các phối tử có ái lực và tính đặc hiệu cao đã được chứng minh

là có hiệu quả tích lũy trong các mô cụ thể và tăng đáng kể hiệu quả điều trị của các

HDTNN [18, 20] Kích thước của các hệ dẫn thuốc thích hợp cho mục đích nhập bào nằm trong vùng từ 10 đến 200 nm [12, 19]

- Các vật liệu bảo đảm các chức năng hệ dẫn thuốc nano

+ Vật liệu cho chức năng thích ứng môi trường sinh hóa

Hệ dẫn thuốc nano cấu trúc lõi-vỏ, với phần lõi là các polyme phân hủy sinh học

và phần vỏ là các polyme tương thích sinh học được thiết kế để mang một tải trọng thuốc hoặc các tác nhân chẩn đoán và điều trị, cung cấp hoặc giải phóng kiểm soát hoặc giải phóng kích hoạt các phân tử điều trị bằng cơ chế nhắm đích thụ động hoặc chủ động thông qua các yếu tố nhắm đích (peptide, aptamer, kháng thể/đoạn kháng thể, phân tử nhỏ) được chức năng hóa và gắn trên bề mặt hệ dẫn thuốc

Hệ dẫn thuốc nano được chức năng hóa bởi polyme ưa nước polyethylene glycol (PEG) có thể được ghép, tạo phức, hoặc hấp thụ lên bề mặt của các hạt nano để tạo thành dạng vành (vỏ), tạo nên sự ổn định về không gian và hình thành nên các thuộc tính "tàng hình" như ngăn chặn sự hấp thụ bề mặt của protein [11]

+ Vật liệu cho chức năng hóa trị liệu

Một số phân tử thuốc kháng ung thư bao gồm β-Cyclodextrin, Doxorubicin, Dopamine và Curcumin đã được sử dụng trong điều trị hoặc hỗ trợ điều trị ung thư [21-23]

Trong các loại thuốc nêu trên, Curcumin được xem như một dược chất kháng ung thư tiềm năng có nguồn gốc thiên nhiên nhờ những đặc tính ưu việt của chúng

Curcumin: thuốc kháng ung thư tiềm năng

Curcumin (Cur) hoặc Diferuloylmethane (Hình 1.5) là một polyphenol màu vàng

chiết xuất từ thân rễ của củ nghệ (Curcuma longa), một loài cây trồng phổ biến ở vùng

nhiệt đới Đông Nam Châu Á và Ấn Độ [24] Trong nhiều thế kỷ, nghệ đã được sử dụng như một loại gia vị và màu thực phẩm tại Ấn Độ, Việt Nam và một số nước khác, cũng như một tác nhân trị liệu trong y học truyền thống Ấn Độ và Việt Nam Curcumin là một tác nhân chống ung thư được phát triển dựa trên các bằng chứng dịch tễ học, cho thấy mối tương quan giữa chế độ ăn uống giàu bột nghệ và giảm tỷ lệ bệnh ung thư

niêm mạc đường tiêu hóa [25, 26] Curcumin là tác nhân đã được nghiên cứu rộng rãi đối với các hoạt động dược lý bao gồm chống ung thư, chống viêm, chống ôxy hóa, chống loét, điều hòa miễn dịch , chữa lành vết thương, bảo vệ thần kinh, và các hiệu ứng chống lão hóa [27, 28] Curcumin cũng đã được chứng minh là chất có nhiều thuộc tính ưu việt trên mà không tác dụng gây độc tế bào trên các tế bào khỏe mạnh [29].Nó cũng cho thấy hiệu quả ngăn ngừa ung thư đáng kể so với khối u ác tính khác nhau chẳng hạn như ung thư vú, ung thư cổ tử cung, ung thư đại tràng, ung thư dạ dày, ung thư gan, ung thư biểu mô tế bào biểu mô, ung thư tuyến tụy[30]

Hình 1.5 Cấu trúc Curcumin

Cơ chế kháng ung thư của Curcumin

Một số nghiên cứu đã cho thấy rằng chất Curcumin gây chết tế bào tự hủy trong các tế bào ác tính [31] Các cơ chế chính xác gây chết tế bào của Curcumin vẫn còn được xác định, với vai trò của các họ protein Bcl-2 (protein gây chết tế bào tự hủy)[32]

Ngoài ra, còn có bằng chứng cho thấy Curcumin có thể gây chết đối các tế bào

có khả năng kháng sự chết rụng của tế bào [33] Một số nghiên cứu đã cho thấy rằng Curcumin gây ra sự bắt giữ trong các pha G2/M (G2- pha trống 2, M-pha nguyên phân) của chu kỳ tế bào, cùng với sự gián đoạn phân bào chính thức, các khuyết tật trong sự phân bào và sự tạo thành vi hạt [33, 34] Gần đây hơn, điều trị bằng Curcumin đã được báo cáo là gây chết rụng tế bào ác tính [35]

Mặc dù Curcumin là một hợp chất hiệu quả và an toàn cho điều trị ung thư, điều

đó không có nghĩa là chúng được chấp nhận là một "thuốc chữa bách bệnh" Lý do quan trọng nhất là sinh khả dụng của Curcumin giảm khi sử dụng qua đường uống [36] Vì vậy, việc phát triển hệ nano copolyme PLA-PEG với các thành phần khác nhau sử dụng cho mục đích mang Curcumin và gắn yếu tố hướng đích Folat tạo thành hệ nano mang thuốc hướng đích Fol-PLA-PEG/Cur sẽ có thể giải quyết nhiều hạn chế của Curcumin

Ở Việt Nam

Cho đến nay đã có nhiều nhóm nghiên cứu ứng dụng Curcumin đã được nano hóa trong các lĩnh vực dược, y sinh, điều trị ung thư đã và đang phát triển rất mạnh, trong đó các nhóm nghiên cứu thuộc các đơn vị khác nhau như Viện Khoa học vật liệu, Viện Hóa học, Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên thuộc Viện Hàn lâm Khoa học

và Công nghệ Việt Nam được xem là những nhóm đi tiên phong ở Việt Nam trong việc nghiên cứu và ứng dụng nano Curcumin trong các lĩnh vực nêu trên

+ Vật liệu cho chức năng lý trị liệu

Hệ dẫn thuốc nano ngoài chức năng mang, giúp phân tán và lưu thông các dược chất (thuốc) trong môi trường sinh lý tốt hơn, chúng còn có thể mang (bọc) các tác nhân

lý trị liệu khác nhau như hạt nano vàng, hạt nano từ, tác nhân phóng xạ, v.v

Hệ hạt vàng:

Hạt nano vàng được sử dụng rộng rãi như vật liệu ưa thích trong nhiều lĩnh vực

do tính chất quang học và vật lý độc đáo của chúng, chẳng hạn như dùng hiệu ứng dao động plasmon bề mặt để đánh dấu, chụp hình, và làm cảm biến

Hạt nano vàng có thể kết hợp được với nhiều tác nhân như polyme, phối tử, thuốc, DNA, RNA, protein, peptide và các oligonucleotide Việc sử dụng các hạt nano vàng và sự chức năng hóa bề mặt với một loạt các phân tử sẽ mở rộng và nâng cao khả năng ứng dụng các hạt nano vàng để điều trị quang nhiệt với ưu thế giảm tác động gây độc tế bào trong điều trị các bệnh ung thư khác nhau, liệu pháp gen và nhiều bệnh khác [37, 38]

Trong vài năm qua, việc sử dụng hạt nano vàng tập trung vào việc khám phá các đặc tính độc đáo của chúng như chẩn đoán hình ảnh và các ứng dụng điều trị Gần đây, hạt nano vàng đã được sử dụng như làm chất nền cho việc phân phối thuốc có hiệu quả

và hướng đích bằng cách đánh dấu hạt nano vàng với các chất mang sinh học và y sinh học [39, 40]

Hiện nay, các nghiên cứu tập trung vào các phương pháp tổng hợp hạt nano vàng,

từ những keo nano hạt vàng hình cầu, thanh nano, hoặc vỏ silica bọc lõi nano vàng, hạt

nano dạng ngôi sao, v.v [41, 42] Các phương pháp chức năng hóa bề mặt hạt nano vàng đã được phát triển và sử dụng trong các ứng dụng y sinh học khác nhau, chẳng hạn như tạo phức hợp giữa hạt nano vàng và đầu dò phân tử, bao gồm các kháng thể đơn dòng và đa dòng, oligonucleotide, DNA, enzyme, và các loại thuốc ứng dụng trong chẩn đoán và điều trị [43, 44]

Hệ hạt từ:

Hạt nano từ với kích thước, thành phần, cấu trúc và tính chất lý hóa khác nhau

có thể được sử dụng để sàng lọc và phân tách dòng tế bào, tăng độ tương phản ảnh cộng hưởng từ hạt nhân (MRI), dẫn truyền thuốc hay tăng nhiệt cục bộ trong nhiệt từ trị [45, 46]

Hạt nano sắt từ Fe3O4 nhờ có thành phần không độc hại nên đến nay vẫn là hệ chất được nghiên cứu ứng dụng nhiều nhất trên thế giới Tùy từng ứng dụng cụ thể khác nhau với những yêu cầu đặc thù riêng, các hạt từ quan tâm ứng dụng y sinh có kích thước nằm trong giải từ vài nm đến cỡ 100 nm Trong thực tế, kích thước hạt càng to việc bọc các hạt từ bằng các chất làm chức năng bảo vệ (tăng độ bền) càng khó, trái lại hạt từ có kích thước càng to thì việc tách tuyển từ càng dễ; mặt khác về tính chất hấp phụ thì hạt càng bé độ hấp phụ càng lớn do diện tích bề mặt của chúng lớn [47-49]

Ở Việt Nam, việc tổng hợp hạt nano từ cho mục đích ứng dụng y sinh cũng đã được quan tâm nghiên cứu ở một số cơ sở như: Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, Trường

ĐH Khoa học Tự nhiên Hà Nội, Viện Khoa học Vật liệu (KHVL), Viện Vật lý Tp Hồ Chí Minh, v…v

+ Vật liệu cho chức năng chẩn đoán hình ảnh

Các hệ dẫn thuốc nano với khả năng phân phối thuốc trong phạm vi liều dùng tối

ưu, thường dẫn đến tăng hiệu quả điều trị của thuốc, giảm tác dụng phụ Các hạt nano với đặc tính tự lắp ráp, ổn định, độ đặc hiệu, đóng gói thuốc và tăng độ tương phản hình ảnh đã được sử dụng trên lâm sàng để phân phối mô đích của các liệu pháp hóa trị, cải thiện sinh khả dụng của thuốc, tăng hiệu lực thuốc trong mô đích và chẩn đoán bệnh [45, 50]

Sự phát triển liên tục của các tác nhân phân phối thuốc nano, trị liệu và hình ảnh trong chẩn đoán và điều trị ung thư cho thấy tiềm năng cho sự phát triển của các hạt nano đa chức năng kết hợp một số đặc tính thành một hệ thống nano duy nhất Các hệ thống đa chức năng có thể có khả năng phát hiện các tế bào ung thư ác tính trong cơ thể, giết chết các tế bào ung thư với ít tác dụng phụ với tế bào bình thường (phân phối thuốc nhắm đích hoặc giải phóng thuốc kiểm soát) và nâng cao hiệu quả điều trị

Kỹ thuật hình ảnh như MRI, PET và CT là rất quan trọng trong việc chẩn đoán các bệnh khác nhau Mỗi phương thức hình ảnh có những ưu và nhược điểm riêng của

nó, và một kỹ thuật đơn lẻ không có được tất cả các tính năng cần thiết cho hình ảnh toàn diện Do đó, phương pháp chẩn đoán hình ảnh phối hợp đa kỹ thuật đang trở thành công cụ quan trọng cho nghiên cứu y sinh học Tác nhân tương phản với sự hỗ trợ của nhiều kỹ thuật hình ảnh khác nhau có thể cải thiện việc chẩn đoán và điều trị các bệnh

ở giai đoạn sớm nhất bằng cách cung cấp dữ liệu toàn diện hơn cho các chẩn đoán lâm sàng [51]

Ví dụ, đầu dò hai chế độ MRI-Quang bao gồm một loại thuốc nhuộm huỳnh quang silica pha tạp lõi được bao quanh bởi các hạt nano từ tính có thể phát hiện các tế bào ung thư não bằng MRI cùng với thông tin tế bào thông qua ảnh huỳnh quang [51] Hạt nano từ tính cũng có thể được kết hợp với tác nhân phóng xạ để xây dựng MRI-PET dò đa chiều [52], nhờ đó có thể phát hiện chính xác các tế bào ung thư trong các hạch bạch huyết Hệ thống sử dụng các hạt nano từ tính biến đổi với các đầu dò huỳnh quang và phân tử sinh học cũng có thể theo dõi biểu hiện gen và các dấu hiệu khác trong nghiên cứu điều trị tế bào [53]

+ Vật liệu cho chức năng bám đích

Hoạt động hướng đích của các hạt nano liên quan đến việc tạo phức của các phối

tử nhắm đích với các hạt nano, hoặc sử dụng từ trường ngoài để điều khiển các hạt nano, đặc biệt là các hạt nano từ tính định vị tại các vị trí đích, hoặc dựa vào đặc tính cấu tạo màng tế bào có thể thực hiện các hoạt động nhắm đích [4, 54]

Nhắm đích thụ động: Nhắm đích thụ động liên quan đến sự tích tụ của chất

mang thuốc hoặc bản thân thuốc đến tế bào đích do các yếu tố lý hóa hoặc dược lý [51]

Ví dụ, sự hấp thụ các hạt nano trên tế bào Kupffer của gan Tuy nhiên, trong những trường hợp nhất định liên quan đến những thay đổi cấu trúc tế bào do các bệnh lý cụ thể cũng có thể được khai thác để thực hiện phương pháp nhắm đích thụ động các hạt nano đến mô bệnh Ví dụ, các mô bình thường có các thành mạch liên tục, chặt chẽ, với kích thước các lỗ màng tế bào dao động từ 10 - 50 nm [13], các hạt nano trong phạm vi kích thước này sẽ thoát ra từ mạch máu vào mạch bạch huyết, đến các hạch bạch huyết

và đến các tế bào đích [55] Tuy nhiên, đối với các mô bệnh do sự thay đổi cấu trúc tế bào liên quan đến bệnh lý, kích thước lỗ màng tế bào có thể mở rộng trong khoảng từ

100 - 400 nm, tạo điều kiện thuận lợi để các hạt nano co kích thước trong phạm vi này thoát mạch và tích tụ trên các tế bào đích [56]

Nhắm đích chủ động: Ngoài việc nhắm đích thụ động, việc phân phối các

hạt nano hoặc hệ nano mang thuốc đến khối u rắn và các tế bào di căn có thể thực hiện bằng cách nhắm đích chủ động, với việc chức năng hóa bề mặt các hạt nano bởi các yếu tố hướng đích Các hạt nano hoặc hệ nano mang thuốc có thể nhắm đích tế bào, khối u rắn theo nguyên tắc ổ khóa – chìa khóa nhờ các thụ cảm thể đặc hiệu có trên bề mặt các loại tế bào khác nhau, ví dụ kháng thể đơn dòng kháng CD33 khi được tiêm và

cơ thể chúng sẽ lưu thông theo dòng máu và gắn đặc hiệu trên bề mặt tế bào ung thư vú người HER-2 [57]

Hiện nay, các hệ dẫn thuốc được chức năng hóa với các phối tử nhắm đích khác nhau Với mục tiêu cung cấp một liều điều trị cao đến các mô hoặc tế bào cụ thể, kiểm soát số lượng phối tử nhắm đích trên bề mặt của các hạt nano để tăng tính đặc hiệu và

ái lực liên kết thông qua cơ chế gắn kết đặc hiệu giữa phối nhắm đích với các thụ cảm thể trên bề mặt tế bào đích [58, 59] Gần đây, Davis và cộng sự [13], đã chứng minh tác động điều trị của sự phân phối khác biệt giữa phạm vi nội bào và ngoại bào của khối

u Hạt nano trên nền Cyclodextran chứa phối tử nhắm đích transferrin (hạt nano kích thước khoảng 70 nm) cho thấy tăng cường tích tụ nội bào trong khối u

Trong hoạt động nhắm đích chủ động, đối với các hạt nano từ có thể sử dụng từ trường ngoài xoay chiều như một lực tác động có khả năng điều khiển và định vị các hạt nano từ tại vị trí đích, giúp thực hiện các phương pháp chẩn đoán hình ảnh và điều trị đạt hiệu quả cao hơn [52]

1.1.3 Các loại polyme nghiên cứu ứng dụng

- Liposome: đã được sử dụng như các hạt mang thuốc tiềm năng với những lợi

thế riêng của chúng như khả năng bảo vệ thuốc tránh bị đào thải sớm, nhắm đích đến các vị trí cụ thể và làm giảm độc tính hoặc tác dụng phụ [55] Tuy nhiên, việc thiết kế các liposome có một số hạn chế như hiệu quả đóng gói thấp, rò rỉ nhanh chóng đối với thuốc tan trong nước khi có sự hiện diện của các thành phần trong máu và khó bảo quản

- Polyme phân hủy sinh học: so với liposome, polyme phân hủy sinh học (polyme

tự nhiên, polyme dendrit, copolyme) cung cấp một số lợi thế cụ thể hơn liposome, giúp tăng độ ổn định của thuốc/protein và những thuộc tính giải phóng được kiểm soát hữu ích

Những lợi thế của các hệ phân phối thuốc polyme phân hủy sinh học và tương thích sinh học [56] so với các dạng truyền thống bao gồm: (1) cải thiện hiệu quả điều trị và độc tính giảm; (2) liều lượng thấp nhưng hiệu quả cao hơn; (3) giảm số lần dùng thuốc; (4) khả năng ổn định thuốc tăng và bảo vệ chống lại sự phân hủy do thủy phân hoặc enzyme; (5) không cần phẫu thuật để loại bỏ các polyme phân phối thuốc do chúng

tự phân hủy

Lợi thế chính của hệ thống phân phối thuốc polyme là thuốc bọc trong chất nền polyme và không làm thay đổi dược tính của thuốc, do đó tác dụng sinh học, khả năng hấp thu, phân bố, chuyển hóa và bài tiết sau khi thuốc được giải phóng từ polyme là giống như của các thuốc truyền thống [55] Hơn nữa, thuộc tính giải phóng thuốc có thể được điều chỉnh bằng cách kiểm soát các thông số thích hợp khi điều chế hoặc tổng hợp