Tổng hợp và đánh giá hiệu quả mang thuốc và tiêu diệt tế bào ung thư của một số hệ nanogel trên cơ sở polysaccharide sulfate (heparin, fucoidan) ghép các copolymer tương hợp sinh học

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ --- NGUYỄN NGỌC THỂ TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ MANG THUỐC VÀ TIÊU DIỆT TẾ BÀO UNG THƯ CỦA MỘT SỐ HỆ NANOGEL TRÊN CƠ SỞ POLYSAC

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-

NGUYỄN NGỌC THỂ

TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ MANG THUỐC VÀ TIÊU DIỆT TẾ BÀO UNG THƯ CỦA MỘT SỐ HỆ NANOGEL TRÊN

CƠ SỞ POLYSACCHARIDE SULFATE (HEPARIN, FUCOIDAN)

GHÉP CÁC COPOLYMER TƯƠNG HỢP SINH HỌC

LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC

TP HỒ CHÍ MINH – 2021

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

2 TS NGUYỄN THỊ THANH THỦY

TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ MANG THUỐC VÀ TIÊU DIỆT TẾ BÀO UNG THƯ CỦA MỘT SỐ HỆ NANOGEL TRÊN

CƠ SỞ POLYSACCHARIDE SULFATE (HEPARIN, FUCOIDAN)

GHÉP CÁC COPOLYMER TƯƠNG HỢP SINH HỌC

LỜI CAM ĐOAN

Công trình được thực hiện tại phòng Hóa dược - Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng - Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam tại Thành phố Hồ Chí Minh

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi và được sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Trần Ngọc Quyển và TS Nguyễn Thị Thanh Thủy Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong luận án này là trung thực, được hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên cứu của tôi và các kết quả này chưa được dùng cho bất kỳ luận án cùng cấp nào

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Ngọc Thể

LỜI CÁM ƠN

Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Trần Ngọc Quyển và TS Nguyễn Thị Thanh Thủy đã định hướng khoa học, giúp đỡ tận tình trong suốt quá trình thực hiện luận án Xin gởi đến Thầy và Cô những lời biết ơn chân thành nhất

Tôi xin cảm ơn sự hỗ trợ của các anh chị và các em trong Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng – Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi của Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam trong suốt thời gian tôi thực hiện luận án

Sau cùng, tôi xin gởi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ cho tôi hoàn thành luận án này

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CÁM ƠN

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ix

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1. GIỚITHIỆUVỀMICELLEVÀNANOGEL 3

1.1.1 Giới thiệu micelle 3

1.1.1.1 Cơ chế hình thành micelle 3

1.1.1.2 Ưu điểm và nhược điểm của micelle 4

1.1.1.3 Sự đóng gói thuốc vào trong micelle 5

1.1.2 Giới thiệu nanogel 6

1.1.2.1 Sự hình thành nanogel 6

1.1.2.2 Ưu điểm và nhược điểm của nanogel 10

1.1.2.3 Sự đóng gói thuốc vào trong nanogel 12

1.1.2.4 Phương cách phân phối thuốc của chất mang nano và nangel 14

1.1.2.5 Sự giải phóng thuốc của nanogel 16

1.2. POLYSACCHARIDESULFATE 19

1.2.1 Heparin 19

1.2.2 Fucoidan 20

1.3. PLURONIC 22

1.3.1 Cấu tạo 22

1.3.2 Tính chất 23

1.3.3 Ứng dụng 23

1.4. UNGTHƯVÀTHUỐCCHỐNGUNGTHƯCISPLATIN 24

1.4.1 Tổng quan về bệnh ung thư 24

1.4.2 Cisplatin 25

1.5. CURCUMIN 26

1.6. NHỮNGNGHIÊNCỨUTRƯỚCĐÂY 27

1.6.1 Nghiên cứu kết hợp thuốc chống ung thư cisplatin và chất mang nano 29

1.6.2 Nghiên cứu kết hợp curcumin với thuốc chống ung thư cisplatin 32

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU 33

2.1. HÓACHẤT 33

2.2. DỤNGCỤVÀTHIẾTBỊ 34

2.3. PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU 35

2.3.1 Phương pháp tổng hợp các copolymer ghép trên cơ sở polysacchride sulfate (heparin, fucoidan) liên hợp pluronic 35

2.3.2 Phương pháp đánh giá cấu trúc, hình thái các copolymer ghép 35

2.3.3 Phương pháp tổng hợp hệ nanogel mang thuốc cisplatin và cisplatin hydrate36 2.3.4 Phương pháp khảo sát khả năng nhả thuốc của các hệ nanogel mang thuốc36 2.3.5 Phương pháp đánh giá độc tính tế bào (dòng tế bào MCF-7 và tế bào thường)37 2.3.6 Thí nghiệm trên động vật 38

2.3.6.1 Phương pháp ghép tế bào MCF-7 tạo mô hình chuột mang khối u 38

2.3.6.2 Phương pháp tính thể tích khối u 39

2.3.6.3 Phương pháp nhuộm hóa mô miễn dịch bằng kháng thể SOD2 39

2.3.6.4 Phương pháp nhuộm Hemaoxylin - Eosin (H&E) 40

2.4. THỰCNGHIỆM 40

2.4.1 Tổng hợp và khảo sát nanogel Hep-P123 40

2.4.1.1 Tổng hợp Hep-P123 40

2.4.1.2 Tổng hợp nanogel Hep-P123 mang thuốc cisplatin và cisplatin hydrate 43

2.4.1.3 Khảo sát khả năng nhả thuốc cisplatin hydrate của Hep-P123 46

2.4.1.4 Đánh giá độc tính tế bào (dòng tế bào MCF-7 và tế bào thường 46

2.4.2 Tổng hợp và khảo sát nanogel Hep-F127, Hep-F87 và Hep-F68 46

2.4.2.1 Tổng hợp Hep-F127, Hep-F87 và Hep-F68 46

2.4.2.2 Tổng hợp nanogel Hep-F127, Hep-F87 và Hep-F68 mang thuốc cisplatin và cisplatin hydrate 47

2.4.3 Tổng hợp và khảo sát nanogel Fud-P123 47

2.4.3.1 Tổng hợp Fud-P123 47

2.4.3.2 Tổng hợp nanogel Fud-P123 mang thuốc cisplatin và cisplatin hydrate 49

2.4.3.3 Khảo sát khả năng nhả thuốc cisplatin hydrate của Fud-P123 50

2.4.3.4 Đánh giá độc tính tế bào (dòng tế bào MCF-7 và tế bào thường) 50

2.4.4 Ứng dụng tổng hợp và đánh giá nanogel Hep-F127 mang thuốc cisplatin hydrate kết hợp nanocurcumin (Hep-F127-CisOH-Cur) lên chuột mang khối u 50

2.4.4.1 Tổng hợp Hep-F127-CisOH-Cur 50

2.4.4.2 Đánh giá cấu trúc, hình thái Hep-F127-CisOH-Cur 52

2.4.4.3 Đánh giá độc tính dòng tế bào MCF-7 52

2.4.4.4 Khảo sát khả năng nhả thuốc của Hep-F127-CisOH-Cur 52

2.4.4.5 Quy trình tạo mô hình chuột suy giảm miễn dịch và ghép khối u dị loài 52

2.4.4.6 Quy trình thử nghiệm thuốc 53

2.4.4.7 Quy trình đánh giá hiệu quả của thuốc 55

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 56

3.1. KẾTQUẢTỔNGHỢPVÀKHẢOSÁTNANOGELHEP-P123 56

3.1.1 Kết quả xác định thành phần, cấu trúc các copolymer Hep-P123 56

3.1.1.1 Kết quả phân tích phổ FT-IR và 1H-NMR của sản phẩm trung gian NPC-P123-NPC và NPC-P123-Ami 56

3.1.1.2 Kết quả phân tích phổ FT-IR và 1H-NMR của sản phẩm trung gian Hep-DAB 60

3.1.1.3 Kết quả phân tích phổ FT-IR và 1H-NMR của sản phẩm Hep-P123 62

3.1.1.4 Kết quả phân tích TGA của Hep-P123 65

3.1.1.5 Kết quả phân tích giá trị CMC của Hep-P123 66

3.1.1.6 Kết quả phân tích TEM và DLS của Hep-P123 68

3.1.2 Kết quả tổng hợp nanogel Hep-P123 mang thuốc cisplatin và cisplatin hydrate 70

3.1.2.1 Kết quả phân tích phổ FT-IR của Hep-P123-Cis và Hep-P123-CisOH 70 3.1.2.2 Kết quả phân tích ICP-OES của Hep-P123-Cis và Hep-P123-CisOH 73

3.1.3 Kết quả đánh giá khả năng nhả thuốc của Hep-P123 74

3.1.4 Kết quả độc tính tế bào (trên dòng tế bào MCF-7 và nguyên bào sợi) 77

3.2. KẾTQUẢTỔNGHỢPVÀKHẢOSÁTNANOGELHEP-F127,HEP-F87VÀ HEP-F68 78

3.2.1 Kết quả xác định thành phần, cấu trúc các copolymer Hep-F127, Hep-F87 và Hep-F68 78

3.2.1.1 Kết quả phân tích phổ FT-IR và 1H-NMR của sản phẩm trung gian NPC-F127-NPC, NPC-F127-Ami, NPC-F87-NPC, NPC-F87-Ami, NPC-F68-NPC, NPC-F68-Ami 78

3.2.1.2 Kết quả phân tích phổ FT-IR và 1H-NMR của Hep-F127, Hep-F87 và Hep-F68 80

3.2.1.3 Kết quả phân tích TGA của Hep-F127, Hep-F87 và Hep-F68 81

3.2.1.4 Kết quả phân tích giá trị CMC của Hep-F127, Hep-F87 và Hep-F68 82

3.2.1.5 Kết quả phân tích TEM của Hep-F127, Hep-F87 và Hep-F68 84

3.2.2 Kết quả tổng hợp nanogel Hep-F127, Hep-F87 và Hep-F68 mang thuốc cisplatin và cisplatin hydrate 86

3.2.2.1 Kết quả phân tích phổ FT-IR của F127-Cis, F127-CisOH, Hep-F87-Cis, Hep-F87-CisOH và Hep-F68-Cis, Hep-F68-CisOH 86

3.2.2.2 Kết quả phân tích ICP-OES của F127-Cis, F127-CisOH, Hep-F87-Cis, Hep-F87-CisOH và Hep-F68-Cis, Hep-F68-CisOH 87

3.3. SOSÁNH KẾTQUẢ PHÂN TÍCH CÁC NANOGEL HEP-P123, HEP-F127, HEP-F87VÀHEP-F68MANGCISPLATINVÀCISPLATINHYDRATE 89

3.4. KẾTQUẢTỔNGHỢPVÀKHẢOSÁTNANOGELFUD-P123 91

3.4.1 Kết quả xác định thành phần, cấu trúc copolymer Fud-P123 92

3.4.1.1 Kết quả phân tích phổ FT-IR và 1H-NMR của sản phẩm trung gian Fud-DAB 92

3.4.1.2 Kết quả phân tích phổ FT-IR và 1H-NMR của Fud-P123 94

3.4.1.3 Kết quả phân tích TGA của Fud-P123 97

3.4.1.4 Kết quả phân tích giá trị CMC của Fud-P123 98

3.4.1.5 Kết quả phân tích TEM và DLS của Fud-P123 99

3.4.2 Kết quả tổng hợp nanogel Fud-P123 mang thuốc cisplatin và cisplatin hydrate 100

3.4.2.1 Kết quả phân tích phổ FT-IR của Fud-P123-Cis và Fud-P123-CisOH

100

3.4.2.2 Kết quả phân tích ICP-OES của Fud-P123-Cis và Fud-P123-CisOH 102 3.4.3 Kết quả quả đánh giá khả năng nhả thuốc của Fud-P123 102

3.4.4 Kết quả độc tính tế bào (trên dòng tế bào MCF-7 và nguyên bào sợi) 103

3.5. SO SÁNH KẾTQUẢ PHÂN TÍCH CỦA NANOGEL HEP-P123 VÀ FUD-P123MANGCISPLATINVÀCISPLATINHYDRATE 104

3.6. KẾT QUẢ TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ NANOGEL HEP-F127 HEP-F127 MANG THUỐC CISPLATIN HYDRATE KẾT HỢP NANOCURCUMIN (HEP-F127-CISOH-CUR)LÊNCHUỘTMANGKHỐIU 106

3.6.1 Kết quả phân tích phổ FT-IR của Hep-F127-CisOH-Cur 107

3.6.2 Kết quả phân tích TEM của Hep-F127-CisOH-Cur 108

3.6.3 Kết quả phân tích ICP-OES và UV-Vis của Hep-F127-CisOH-Cur 109

3.6.4 Kết quả khảo sát khả năng nhả thuốc của Hep-F127-CisOH-Cur 109

3.6.5 Kết quả độc tế bào trên dòng tế bào MCF-7 của Hep-F127 và Hep-F127-CisOH-Cur bằng phương pháp nhuộm SRB 110

3.6.6 Kết quả thử nghiệm nanogel Hep-F127-CisOH-Cur lên mô hình chuột mang khối u 112

3.6.6.1 Kết quả tạo mô hình chuột mang khối u 112

3.6.6.2 Kết quả đánh giá kích thước khối u chuột trong thời gian điều trị 113

3.6.6.3 Kết quả nhuộm mô khối u đánh giá hiệu quả điều trị 116

KẾT LUẬN 119

KIẾN NGHỊ 121

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 122

TÀI LIỆU THAM KHẢO 123

PHỤ LỤC 140

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DLS Dynamic Light Scattering: máy đo phân tán động học laser

TEM Transmission Electron Microscopy: Kính hiển vi điện tử truyền

qua

1H-NMR Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy: Phổ cộng

hưởng từ hạt nhân TGA Thermogravimetric Analyzer: Phân tích nhiệt trọng lượng

ICP-OES Inductively coupled plasma - optical emission spectrometry:

quang phổ plasma phát xạ nguyên tử FT-IR Fourier Transform Infrared spectroscopy

IU international unit

LMWH Low Molecular Weight Heparin: Heparin khối lượng phân tử

thấp

EPR Enhanced Permeability and Retention Effect

PEO-PPO-PEO poly(ethylene oxide)-poly(propylene oxide)-poly(ethylene

oxide)

PEG Polyethylene glycol

CMC Critical Micelle Concentration

HLB Hydrophilic-lipophilic balance: Cân bằng ưa nước - ưa béo FDA Food and Drug Administration

SRB Sulforhodamine B colorimetric assay

PBS Phosphate buffered saline

DI Deionized

MCF-7 Michigan Cancer Foundation-7

MWCO Molecular weight cut-off

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần của fucoidan ở các loài rong nâu 21

Bảng 1.2 Thông số đặc trưng của một số pluronic 24

Bảng 2.1 Danh mục hóa chất 33

Bảng 2.2 Số liệu tổng hợp Hep-DAB theo 4 tỉ lệ mol khác nhau 42

Bảng 2.3 Số liệu tổng hợp Hep-P123 theo 4 tỉ lệ mol khác nhau 43

Bảng 2.4 Số liệu Cis, AgNO3 dùng để tổng hợp Hep-P123 mang thuốc 45

Bảng 2.5 Số liệu tổng hợp NPC-F127-NPC, NPC-F87-NPC, NPC-F68-NPC 47

Bảng 3.1 Kết quả phổ FT-IR của P123, NPC-P123-NPC, NPC-P123-Ami 57

Bảng 3.2 Kết quả phổ 1H-NMR của NPC-P123-NPC và NPC-P123-Ami 59

Bảng 3.3 Kết quả phổ FT-IR của NPC-P123-Ami, Hep-DAB và Hep-P123 63

Bảng 3.4 Kết quả phổ 1H-NMR của NPC-P123-Ami, Hep-DAB và Hep-P123 65

Bảng 3.5 Kích thước của nanogel Hep-P123 bởi TEM và DLS 68

Bảng 3.6 Kết quả FT-IR của heparin, Hep-P123, Cis, Hep-P123-CisOH 72

Bảng 3.7 Phần Phần trăm gây độc tế bào trên nguyên bào sợi (%) 77

Bảng 3.8 Kết quả phổ 1H-NMR của NPC-F127-Ami, Hep-DAB và Hep-F127 80

Bảng 3.9 Phần trăm khối lượng pluronic được ghép vào heparin 82

Bảng 3.10 Kích thước của các nanogel Hep-F127, Hep-F87, Hep-F68 85

Bảng 3.11 Kết quả phân tích các hệ nanogel mang thuốc trên cơ sở heparin liên hợp pluronic P123, F127, F87 và F68 89

Bảng 3.12 Kết quả phổ FT-IR của NPC-P123-Ami, Fud-DAB, Fud-DAB 95

Bảng 3.13 Kết quả phân tích 1H-NMR của NPC-P123-Ami, DAB, Fud-P123 97

Bảng 3.14 Kết quả phổ FT-IR của Fud-P123; Fud-P123-Cis; Fud-P123-CisOH 101 Bảng 3.15 Hiệu quả mang thuốc Cis và CisOH của hệ nano Fud-P123 102

Bảng 3.16 Phần trăm gây độc tế bào trên nguyên bào sợi (%) 103

Bảng 3.17 Kết quả phân tích hệ nanogel Hep-P123 và Fud-P123 mang thuốc 105

Bảng 3.18 Phần trăm ức chế MCF-7 của nanogel Hep-F127 111

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Cấu trúc micelle 3

Hình 1.2 Các cấu trúc micelle polymer 4

Hình 1.3 Sự kém ổn định của micelle do tương tác với protein huyết thanh A Phóng thích thuốc; B Hấp phụ protein; C Thâm nhập protein 4

Hình 1.4 Các phương pháp tổng hợp nanogel 7

Hình 1.5 Tương tác kỵ nước 8

Hình 1.6 Tương tác ion 8

Hình 1.7 Sự hình thành nanogel từ polymer lưỡng tính 9

Hình 1.8 Sự hình thành nanogel từ các polymer qua tương tác tĩnh điện 9

Hình 1.9 Sự giải phóng thuốc từ nanogel 11

Hình 1.10 Các tương tác liên phân tử thúc đẩy tiến trình tự lắp ráp gồm tương tác tĩnh điện và tương tác kỵ nước 14

Hình 1.11 Sự hướng đích thụ động theo cơ chế EPR 15

Hình 1.12 Quá trình giải phóng thuốc do sự thủy phân liên kết cholesteryl vinyl ete ở pH 4,0 của nanogel acL-CHP 17

Hình 1.13 Mô hình giải phóng thuốc của nanogel Gal-CS-g-PNIPAm 17

Hình 1.14 Sự thay đổi cấu dạng của polymer PNIPAM theo LCST (32oC) trong nước (nhiệt độ dưới 32oC polymer ở dạng trương nở, khi nhiệt độ lớn hơn 32oC polymer NIPAM trở nên kỵ nước và co lại) 18

Hình 1.15 Cấu tạo heparin 19

Hình 1.16 Cấu trúc pluronic 22

Hình 1.17 Các chất phức hợp chứa platin: (A)-cisplatin; (B)-carboplatin; (C)-oxaliplatin; (D)-ormaplatin; (E)-enloplatin 25

Hình 1.18 Cấu trúc curcumin 27

Hình 1.19 Phức giữa cisplatin hydrate và carboxylate PAMAM G3.5 29

Hình 2.1 Tiêm tế bào MCF-7 trên lưng chuột đã suy giảm miễn dịch 38

Hình 2.2 Hoạt hóa pluronic bằng NPC 41

Hình 2.3 Khóa một đầu sản phẩm hoạt hóa pluronic với Ami 41

Hình 2.4 Biến tính heparin với DAB 42

Hình 2.5 Tổng hợp copolymer ghép Heparin-Pluronic 43

Hình 2.6 Sơ đồ quy trình đưa CisOH vào Hep-P123 44

Hình 2.7 Tổng hợp Fud-DAB 48

Hình 2.8 Tổng hợp copolymer ghép Fud-P123 49

Hình 2.9 Nanogel Hep-F127 mang cisplatin hydrate kết hợp curcumin 51

Hình 2.10 Mô hình thử thuốc trên chuột 54

Hình 2.11 Khối u được thu nhận sau khi kết thúc thí nghiệm 55

Hình 3.1 Phổ FT-IR của P123, NPC-P123-NPC và NPC-P123-Ami 56

Hình 3.2 Phổ 1H-NMR của NPC-P123-NPC 58

Hình 3.3 Phổ 1H-NMR của NPC-P123-Ami 59

Hình 3.4 Phổ FT-IR của heparin và Hep-DAB 60

Hình 3.5 Phổ 1H-NMR của Hep-DAB 61

Hình 3.6 Phổ FT-IR của Hep-DAB, NPC-P123-Ami và Hep-P123 62

Hình 3.7 Phổ 1H-NMR của Hep-P123 64

Hình 3.8 Kết quả TGA của P123, heparin và các copolymer ghép Hep-P123 65

Hình 3.9 Kết quả đo CMC của các copolymer ghép Hep-P123 67

Hình 3.10 Kết quả TEM của pluronic P123 69

Hình 3.11 Kết quả TEM và DLS của (a): P123; (b): Hep-P123 (1:3); (c): Hep-P123 (1:7); (d): Hep-P123 (1:10); (e): Hep-P123 (1:14) 70

Hình 3.12 Sự hình thành phức Hep-P123-CisOH và nanogel của nó 71

Hình 3.13 Phổ FT-IR của Hep-P123-Cis và Hep-P123-CisOH 72

Hình 3.14 Hiệu quả mang thuốc của hệ chất mang Hep-P123 73

Hình 3.15 Sự giải phóng CisOH từ nanogel platinum ở pH 5,5 và 7,4 75

Hình 3.16 Độc tính tế bào MCF-7 của Hep-P123-Cis và Hep-P123-CisOH 77

Hình 3.17 Kết quả TGA của F127, F87, F68, heparin và copolymer ghép 81

Hình 3.18 Kết quả đo CMC của các pluronic F127, F87 và F68 83

Hình 3.19 Kết quả CMC các copolymer Hep-F127, Hep-F87, Hep-F68 84

Hình 3.20 Hình thái và kích thước của các nanogel bởi TEM 85

Hình 3.21 Phổ FT-IR của Hep-F127, Hep-F127-Cis, Hep-F127-CisOH 87

Hình 3.22 Hiệu quả mang Cis và CisOH của các hệ chất mang Hep-Plu 88

Hình 3.23 Phổ FT-IR của fucoidan và Fud-DAB 92

Hình 3.24 Phổ 1H-NMR của Fud-DAB 93

Hình 3.25 Phổ FT-IR của Fud-DAB, NPC-P123-Ami và Fud-P123 94

Hình 3.26 Phổ 1H-NMR của Fud-P123 96

Hình 3.27 Kết quả TGA của P123, fucoidan và Fud-P123 97

Hình 3.28 Kết quả CMC của Fud-P123 98

Hình 3.29 Kết quả TEM và DLS của Fud-P123 99

Hình 3.30 Phổ FT-IR của Fud-P123, Fud-P123-Cis và Fud-P123-CisOH 100

Hình 3.31 Sự giải phóng CisOH từ nanogel Fud-P123 ở pH 5,5 và 7,4 102

Hình 3.32 Độc tính tế bào MCF-7 của Fud-P123-Cis và Fud-P123-CisOH 104

Hình 3.33 Phổ FT-IR của Hep-F127, Hep-F127-CisOH, Hep-F127-CisOH-Cur 107 Hình 3.34 Kết quả đo TEM của Hep-F127 (a) và Hep-F127-CisOH-Cur (b) 108

Hình 3.35 Kết quả nhả thuốc CisOH và Cur của Hep-F127-CisOH-Cur 110

Hình 3.36 Hoạt tính ức chế tế bào ung thư của Hep-F127-CisOH, Hep-F127-Cur và Hep-F127-CisOH-Cur 111

Hình 3.37 Chuột mang khối u 112

Hình 3.38 Hình thái tế bào trong mô khối u cắt lát được nhuộm hóa mô miễn dịch bằng kháng thể SOD2 113

Hình 3.39 Khối lượng chuột theo quá trình thử nghiệm 114

Hình 3.40 Sự thay đổi thể tích khối u theo thời gian 115

Hình 3.41 Kết quả phân tích mô học H&E mô các khối u sau thời gian điều trị: Hep-F127 (a), NaCl (b), nanogel Hep-F127-CisOH (c) và Hep-F127-CisOH-Cur (d) 117

MỞ ĐẦU

Cisplatin (cis-diamminedichloroplatinum (II)) là hợp chất bạch kim đầu tiên được FDA phê chuẩn đưa vào điều trị ung thư tinh hoàn và ung thư buồng trứng vào năm 1978 [1-2] Đây là một trong những thuốc chống ung thư chủ lực được sử dụng rộng rãi và hiệu quả để điều trị nhiều loại khối u rắn Tuy nhiên, nghiên cứu tác dụng lâm sàng của cisplatin về sau bị hạn chế bởi tính chọn lọc kém của thuốc giữa mô bình thường và mô khối u Đồng thời, độc tính của thuốc cũng đã gây ra nhiều tác dụng phụ trên thận, suy tủy, nhiễm độc thần kinh mãn tính,… từ đó dẫn đến tình trạng kháng thuốc và hạn chế liều lượng trong quá trình điều trị [2-4] Vì vậy, để khắc phục những hạn chế trên, các chất mang thuốc dạng hạt nano đã được các nhà khoa học trong và ngoài nước phát triển mạnh mẽ, trên cơ sở làm tăng sự tích tụ thuốc tại tế bào ung thư và từ đó giảm được các tác dụng phụ bất lợi của thuốc

Nanogel là hệ chất mang nanopolymer đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học trên thế giới Nanogel có nhiều đặc điểm nổi bật hơn so với các hệ chất mang nano khác như: có hình dạng và kích thước nano linh hoạt, có khả năng đáp ứng đồng thời với nhiều kích thích từ môi trường ngoài như nhiệt độ, pH, cường độ ion, góp phần tăng cường hiệu quả trong việc giải phóng thuốc có kiểm soát [5-7] Một số nanogel từ poly(lactide-co-glycolide)-polyethylene glycol, alginate, heparin-polyethyleneimine đã được phát triển cho vận chuyển cisplatin Các chất mang nanogel này đã cho thấy khả năng mang thuốc tốt và có hiệu quả cao trong tiêu diệt nhiều dòng tế bào ung thư [8-10]

Do đó, hướng nghiên cứu điều chế các chất mang nanogel nhằm tạo ra sự tương thích sinh học cao của chất mang, giảm độc tính của thuốc, góp phần nâng cao hiệu quả mang thuốc và điều trị sẽ có nhiều ý nghĩa khoa học và ứng dụng Ngoài ra, việc sử dụng cisplatin dạng hydrate tạo phức với chất mang cũng có thể làm tăng khả năng mang thuốc và tiêu diệt hiệu quả tế bào ung thư

Chính vì những lý do trên, chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài “Tổng hợp

và đánh giá hiệu quả mang thuốc và tiêu diệt tế bào ung thư của một số hệ nanogel trên cơ sở polysaccharide sulfate (heparin, fucoidan) ghép các copolymer tương hợp sinh học”

Mục tiêu của luận án:

Tổng hợp và đánh giá các đặc tính của chất mang nanogel trên cơ sở polysaccharide sulfate (heparin, fucoidan) ghép với các pluronic khác nhau với mục tiêu khảo sát hiệu quả mang thuốc chống ung thư cisplatin và cisplatin hydrate Từ

đó, ứng dụng điều chế hệ nanogel trong dẫn truyền thuốc kết hợp cisplatin hydrate và nanocurcumin nhằm mục đích giảm thể tích khối u ung thư vú trên mô hình chuột

(Mus musculus var Albino) mang khối u ghép dị loài từ người

Để đạt được những mục tiêu trên, luận án đã thực hiện các nội dung sau:

1 Tổng hợp và đánh giá cấu trúc, hình thái các nanogel trên cơ sở heparin liên

hợp pluronic P123, F127, F68 và F87 với các tỉ lệ ghép khác nhau

2 Tổng hợp và khảo sát hiệu quả mang thuốc cisplatin và cisplatin dạng hydrat của các nanogel tổng hợp được

3 Khảo sát khả năng nhả thuốc cũng như hiệu quả tiêu diệt dòng tế bào ung thư vú MCF-7 của hệ nanogel Hep-P123 mang thuốc

4 Tổng hợp và đánh giá cấu trúc, hình thái của nanogel trên cơ sở polysaccharide sulfate fucoidan liên hợp pluronic P123

5 Khảo sát khả năng nhả thuốc cũng như hiệu quả tiêu diệt dòng tế bào ung thư vú MCF-7 của hệ nanogel Fud-P123 mang thuốc

6 Tổng hợp và khảo sát khả năng nhả thuốc cũng như hiệu quả tiêu diệt dòng

tế bào ung thư vú MCF-7 của hệ nanogel Hep-F127 mang thuốc kết hợp cisplatin hydrate và nanocurcumin

7 Đánh giá hiệu quả tiêu giảm thể tích khối u ung thư vú trên mô hình chuột mang khối u ghép dị loài từ người của hệ nanogel mang thuốc kết hợp

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

Đề tài có giá trị trong việc nghiên cứu các hệ chất mang nano mới mang thuốc chống ung thư kém tan trong nước Và cho đến nay chưa có công bố nào dùng nanogel

từ heparin để mang cisplatin dạng hydrate kết hợp với nanocurcumin và cũng chưa

có bất kỳ công bố nào về nanogel từ fucoidan

Kết quả của đề tài đã được ứng dụng thử nghiệm trên mô hình chuột mang khối u ghép dị loài sẽ làm nền tảng ứng dụng cho các nghiên cứu sâu hơn trong lâm sàng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về micelle và nanogel

1.1.1 Giới thiệu micelle

1.1.1.1 Cơ chế hình thành micelle

Micelle được hình thành từ sự tự lắp ráp của các đơn vị lưỡng tính, bằng cách kết hợp các phần kỵ nước hình thành lõi trung tâm và định vị các đầu cực ưa nước của chúng với môi trường nước xung quanh tạo thành phần vỏ Lớp vỏ ngoài của micelle có thể giúp tăng độ hòa tan và khả năng tương thích sinh học cho hệ thống, trong khi lõi bên trong có thể được sử dụng để chứa các thuốc kỵ nước [11-12]

Hình 1.1 Cấu trúc micelle [12]

Sự tương tác giữa các nhóm ưa nước và môi trường nước xung quanh, dẫn đến

sự tách biệt giữa phần ưa nước và kỵ nước, điều này làm cho các micelle có cấu trúc xốp hơn Vì thế các micelle được sử dụng như là mô hình cho các ứng dụng sinh học

và hệ phân phối thuốc

Kích thước các micelle dao động từ 5-100 nm, tùy thuộc vào loại nhóm ưa nước và chiều dài chuỗi kỵ nước tự lắp ráp thánh cấu trúc với nhiều hình thái khác nhau như: hình cầu, hình tấm, hình trụ, hình túi đơn lớp, …

Gần đây, micelle được nghiên cứu rộng rãi bằng cách sử dụng các copolymer lưỡng tính di-block (hydrophilic-hydrophobic), tri-block (hydrophilic-hydrophobic-hydrophilic) hoặc các copolymer ghép để hình thành các micelle polymer tự lắp ráp giúp phân phối thuốc tốt hơn Các copolymer ghép lưỡng tính tự lắp ráp thành các micelle với cấu trúc vỏ - lõi hình cầu, có đường kính khoảng 10 - 80 nm, bao gồm một lõi kỵ nước để nạp thuốc và phần vỏ ưa nước hoạt động như một rào cản vật lý ngăn chặn gắn kết với protein, và sự oposin hóa trong quá trình tiêm tĩnh mạch [12]

Hình 1.2 Các cấu trúc micelle polymer [12]

1.1.1.2 Ưu điểm và nhược điểm của micelle

a Ưu điểm của micelle

Micelle có cấu trúc lõi - vỏ, có thể giữ được các thuốc kỵ nước trong phần lõi

kỵ nước, giúp tăng độ hòa tan của thuốc lên gấp 10 - 500 lần và kéo dài thời gian lưu thông của thuốc trong máu

Hầu hết các micelle ít độc hại và dễ dàng được đào thải qua thận

b Nhược điểm của micelle

Hiệu quả mang thuốc của micelle khá thấp, do phần lớn các micelle thông thường dựa trên tương tác kỵ nước để mang các thuốc kém tan Để tối ưu hóa hàm lượng thuốc trong micelle, ngoài tương tác kỵ nước cần nghiên cứu phát triển tổng hợp các micelle dựa trên cơ sở tương tác giữa polymer và thuốc như liên kết hydro, tương tác tĩnh điện, … [13]

Hình 1.3 Sự kém ổn định của micelle do tương tác với protein huyết thanh A

Phóng thích thuốc; B Hấp phụ protein; C Thâm nhập protein [13]

Micelle kém ổn định trong môi trường sinh học, phần lớn các micelle được hình thành từ sự lắp ráp vật lý các polymer Nồng độ của micelle bị giảm bởi sự pha loãng trong dòng máu, các micelle dễ phân rã thành các unimer, dẫn đến sự giải phóng thuốc không kiểm soát và giảm thời gian bán thải của thuốc Savic cùng cộng sự cho thấy micelle của poly(caprolactone)-b-poly(ethylene oxide) không ổn định trong môi trường nuôi cấy chứa huyết thanh có hoặc không có tế bào [14] Hơn nữa, các micelle polymer thông thường dễ tương tác với các thành phần có trong máu như protein, tế bào, sự hình thành phức giữa PEG và protein có thể gây ra sự kết tụ micelle hoặc phân rã micelle thành các unimer, từ đó ảnh hưởng đáng kể đến sự ổn định của micelle

trong in vivo [15] Do đó, việc cải thiện sự ổn định của micelle trong máu là mục tiêu

hàng đầu để tăng hiệu quả điều trị

Sự tương tác giữa micelle và tế bào vẫn chưa được làm rõ, một số nghiên cứu cho thấy cả tương tác tĩnh điện và kỵ nước đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển thuốc qua trung gian micelle vào các tế bào Việc gắn thêm các phần tử hướng đích trên bề mặt micelle như: biotin, folate, antibodies, growth factors,… hoặc kết hợp với các yếu tố nhạy cảm kích thích là một trong những giải pháp có thể làm tăng

sự hấp thu tế bào của micelle [16]

1.1.1.3 Sự đóng gói thuốc vào trong micelle

Thuốc có thể được đóng gói vào trong micelle trên cơ sở các tương tác vật lý hoặc liên kết hóa học Thuốc được đóng gói bởi sự liên hợp hóa học sẽ được giải phóng khỏi micelle bởi sự suy thoái phần lớn khối lượng của polymer, trong khi thuốc được đóng gói bằng tương tác vật lý sẽ được giải phóng bằng cách khuếch tán [12]

Một số phương pháp được sử dụng rộng rãi để đóng gói thuốc vào bên trong các micelle gồm: kỹ thuật nhũ tương dầu trong nước (O/W); kỹ thuật nhũ tương nước trong dầu (W/O/W); thẩm tách; bay hơi đồng dung môi; và đông khô Trong số các phương pháp nêu trên, kỹ thuật nhũ tương dầu trong nước (O/W), thẩm tách và bay hơi đồng dung môi phù hợp cho việc đóng gói các thuốc kỵ nước, trong khi kỹ thuật nhũ tương nước trong dầu (W/O/W) thường được ưu tiên cho việc đóng gói các hợp chất ưa nước

Nhờ vào tính chất đặc trưng của micelle là có kích thước nhỏ, giúp chúng dễ xâm nhập vào mạch máu của khối u một cách hiệu quả, do đó chúng được sử dụng

như hệ chất mang thuốc trong hóa trị ung thư Doxorubicin và paclitaxel gần đây đã được phê duyệt cho các thử nghiệm lâm sàng và là ví dụ điển hình của các micelle được sử dụng làm hệ chất mang các thuốc hóa trị liệu Paclitaxel được đóng gói vào trong các micelle polymer cho thấy hiệu quả điều trị tốt ở những bệnh nhân có khối

u ác tính tiến triển, ung thư vú di căn và ung thư phổi tế bào không nhỏ [17-19] Nishiyama và cộng sự đã báo cáo các micelle trên cơ sở PEG-b-poly(amino acid) mang cisplatin để nhắm mục tiêu thuốc thụ động vào khối u So với thuốc tự do, các micelle đã mang được lượng lớn cisplatin đến vị trí các khối u rắn nhưng thuốc đồng thời cũng được đưa vào gan và lá lách [20]

1.1.2 Giới thiệu nanogel

Thuật ngữ “nanogel” được định nghĩa là những hạt có kích thước nano được tạo thành bởi các liên kết ngang có tính chất vật lý hoặc hóa học của các mạng lưới polymer Kích thước của các nanogel thường trong khoảng từ 20-200 nm, do đó giảm được sự thanh thải của thận và kéo dài thời gian bán thải trong huyết thanh [21-22]

Các nanogel này có thể bẫy các phân tử kỵ nước (các thuốc chống ung thư), các protein (enzyme, insulin, protein kháng nguyên), và các acid nucleic (plasmid ADN), vì thế chúng được sử dụng như các nano polymer trong lĩnh vực điều trị ung thư, phân phối protein và các vaccine nhân tạo [23]

1.1.2.1 Sự hình thành nanogel

Nanogel có khả năng hấp thụ một lượng nước lớn hoặc chất lỏng sinh học mà không làm biến đổi cấu trúc của chúng, điều này được cho là trong cấu trúc có sự hiện diện của các nhóm chức ưa nước như: -OH, -CONH-, -CONH2, -SO3H Trong môi trường nước nanogel có khả năng trương mà không tan, nhờ vào tính chất đặc biệt này làm cho nanogel trở thành hệ chất mang tiềm năng cho rất nhiều ứng dụng Nhiều nghiên cứu cho thấy nanogel có khả năng vận chuyển thuốc cao, độ ổn định tốt, và có khả năng đáp ứng với nhiều sự kích thích môi trường (cường độ ion, pH và nhiệt độ) [24]

Khả năng trương trong nước là một trong những đặc tính quan trọng nhất của nanogel, điều này có được là nhờ vào sự hình thành các liên kết ngang hóa học hoặc vật lý giữa các polymer Nói cách khác, bản chất của việc hình thành các nanogel là

sự hình thành các liên kết ngang thích hợp giữa các polymer, có 2 phương pháp để tổng hợp nanogel:

- Nanogel được tổng hợp từ các tiền chất là polymer: tiền chất polymer có thể

là các copolymer lưỡng tính hoặc triblock copolymer, các copolymer này có thể tự lắp ráp để hình thành nanogel hoặc trong cấu trúc các polymer có các vị trí phản ứng

có thể được sử dụng trực tiếp để hình thành liên kết ngang hóa học

- Nanogel được tổng hợp thông qua quá trình trùng hợp không đồng nhất các monomer gồm 2 bước: sự trùng hợp các monomer và sự hình thành nanogel

Hình 1.4 Các phương pháp tổng hợp nanogel [24]

a Sự hình thành liên kết ngang vật lý

Liên kết ngang vật lý trong chuỗi polymer có thể được hình thành từ các yếu

tố môi trường như: pH, nhiệt độ, lực ion, … hoặc các tương tác hóa lý khác gồm lực Van der Waals (liên kết hydro, tương tác kỵ nước) và tương tác tĩnh điện [24]

● Tương tác kỵ nước: các phân tử polymer có chứa một đầu ưa nước và một

đầu kỵ nước có thể được tạo thành bằng phản ứng trùng hợp hoặc bằng cách trực tiếp tạo ra một khối copolymer Các phân tử polymer này có thể hòa tan trong nước ở nhiệt độ thấp, nhưng khi nhiệt độ tăng các liên kết hydro bị cắt đứt, phần kỵ nước có

xu hướng xoay vào trong để giảm thiểu diện tích bề mặt tiếp xúc trực tiếp với nước Nhiệt độ mà tại đó xảy ra hiện tượng gel hóa phụ thuộc vào nồng độ của các polymer,

độ dài đầu kỵ nước và cấu trúc hóa học của polymer

Hình 1.5 Tương tác kỵ nước [38]

● Tương tác ion: tương tác ion (tương tác tĩnh điện) đã được nghiên cứu rộng

rãi để hình thành liên kết ngang trong quá trình gel hóa Một lợi thế của phương pháp này là sự phân hủy sinh học có thể xảy ra như: sự phân ly ion trong ngoại bào, phá

vỡ mạng lưới liên kết ngang Tương tác ion có thể xảy ra giữa một phân tử polymer

và một phân tử nhỏ hoặc giữa hai phân tử polymer trái dấu để tạo liên kết ngang trong gel hạt nano, nhằm tạo ra chuỗi phân tử ba chiều thích hợp cho mang, nhả thuốc

Hình 1.6 Tương tác ion [38]

Nanogel được hình thành bởi các liên kết ngang vật lý giữa các chuỗi polymer

sẽ cung cấp nhiều lợi ích cho sự vận chuyển các hợp chất có hoạt tính sinh học, đặc biệt là các thuốc kỵ nước và thuốc sinh học Các nanogel được hình thành bởi liên kết ngang vật lý thường xảy ra trong môi trường nước và các điều kiện êm dịu Các thông số môi trường như: giá trị pH, lực ion và nhiệt độ nên được kiểm soát, vì có ảnh hưởng lớn đến kích thước hạt

Các polymer lưỡng tính thường có khung ngoài ưa nước và được ghép với một

số nhóm kỵ nước, sự liên kết của các nhóm kỵ nước giúp hình thành các điểm liên kết ngang để tạo thành các nanogel ổn định Lớp vỏ ngoài ưa nước không chỉ đóng vai trò là hàng rào chống lại sự tương tác với các protein và các mô trong cơ thể mà còn bảo vệ nanogel khỏi sự nhận biết và oposin hóa bởi hệ thống thực bào đơn nhân

giúp kéo dài thời gian lưu thông trong máu Đồng thời, phần lõi kỵ nước có thể mang

và vận chuyển thuốc hiệu quả thông qua tương tác kỵ nước và tương tác tĩnh điện

Hình 1.7 Sự hình thành nanogel từ polymer lưỡng tính [24]

Các polysaccharide liên hợp cholesterol đã được quan tâm sử dụng để tạo các nanogel ổn định với kích thước dưới 100 nm Pullulan khi được liên hợp với các nhóm cholesterol có thể tạo nanogel tự lắp ráp với đường kính khoảng 50 nm thông qua tương tác kỵ nước giữa các nhóm cholesterol [25] Wei và cộng sự cũng đã tổng hợp hệ chất mang nano CHA-thuốc (Cholesterol-modified hyaluronic acid), hệ liên hợp này có thể tạo nanogel có đường kính trong khoảng từ 20 - 40 nm bằng cách siêu

âm trong môi trường nước thông qua các liên kết ngang vật lý [26]

Các dung dịch của cation dextran và anion dextran đã được Takeo và cộng sự thực hiện điều chế và phối trộn với nhau theo tỷ lệ thích hợp để hình thành nanogel phức polyion (PIC-NG) Các nanogel PIC-NG được hình thành nhờ vào cầu muối

liên kết ngang vật lý giữa các nhóm cation và anion [27]

Hình 1.8 Sự hình thành nanogel từ các polymer qua tương tác tĩnh điện [24]

b Sự hình thành liên kết ngang hóa học

Nanogel hình thành bởi liên kết ngang hóa học bền hơn so với nanogel hình thành bởi liên kết ngang vật lý Các liên kết ngang hóa học thường có bản chất là liên kết cộng hóa trị được hình thành trong điều kiện pha loãng của các polymer tan trong nước, dẫn đến hình thành mạng lưới polymer không hòa tan [24]

Nanogel được tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp các monomer trong đó các liên kết ngang hóa học đóng vai trò quan trọng trong tiến trình này Zhou cùng cộng sự đã tổng hợp thành công nanogel dextran-PAAPBA bằng phương pháp trùng hợp các monomer sử dụng dextran, 3-acrylamidophenylboronic acid (AAPBA) và N,N′-methylene bisacrylamide (MBA) Trong đó, ceric ammonium nitrate (CAN) đóng vai trò là chất khơi màu và N,N’-methylene bisacrylamide (MBA) là các liên kết ngang Các nhóm carboxyl của AAPBA và các nhóm proton-accepting của dextran đã dẫn đến sự tự lắp ráp thông qua liên kết hydro [28]

Liên kết disunfide cũng có thể được sử dụng để tạo liên kết ngang các polymer

để hình thành nanogel Nanogel trên cơ sở các dẫn xuất dextran–lipoic acid đã được

Li và cộng sự tổng hợp thành công Các nanogel này dễ dàng hình thành liên kết ngang bởi việc sử dụng một lượng xúc tác dithiothreitol (DTT) [29]

1.1.2.2 Ưu điểm và nhược điểm của nanogel

a Ưu điểm của nanogel

Nanogel gây chú ý với khả năng vận chuyển thuốc và các hoạt chất sinh học, trở thành hệ mang, nhả thuốc vượt trội với các ưu điểm sau:

- Khả năng mang thuốc của nanogel tương đối cao khi so sánh với các vật liệu nano và các hệ thống phân phối thuốc khác Khả năng mang thuốc cao và có thể không nhất thiết có bất kỳ phản ứng hóa học nào, do đó có thể giúp giữ được nguyên các hoạt tính của thuốc Điều này là do ảnh hưởng của các nhóm chức hiện diện trên mạng lưới polymer, các nhóm chức này có ảnh hưởng lớn đến đặc tính mang và nhả thuốc của nanogel, trong đó một số nhóm chức có thể liên hợp với thuốc/kháng thể cho tiềm năng điều trị hướng đích Theo báo cáo của TSoni và Yadav (2016) đã chỉ

ra rằng so với các hạt nano như micelle, hạt nano phân hủy sinh học, liposome hoặc nanocapsules, nanogel có khả năng mang thuốc cao và sự giải phóng thuốc có kiểm soát được điều chế bằng cách thay đổi mật độ liên kết ngang của các polymer (đạt hiệu quả mang thuốc lên đến 50%) [30]

- Các nanogel ổn định tương đối tốt trong điều kiện sinh học so với các micelle chất hoạt động bề mặt và các micelle polymer thông thường Các nanogel được tổng hợp bằng cách thay đổi điện tích bề mặt, dẫn đến lực đẩy lớn hơn giữa các hạt, giúp tránh sự kết tụ của nanogel trong máu

- Các nanogel được tổng hợp với cấu trúc lớp nước xung quanh chuỗi polymer, giúp giảm thiểu sự liên kết không đặc hiệu với các protein trong huyết thanh và tồn tại lâu hơn trong dòng máu Các polymer ưa nước này có thể hoạt động như một lá chắn cản trở giúp nanogel tránh sự loại bỏ nhanh chóng bởi hệ thống thực bào đơn nhân thông qua quá trình oposin hóa Pluronic liên hợp với heparin thông qua liên kết ngang disulfide, có khả năng giúp tăng cường hiệu quả đóng gói thuốc sinh học, tăng tính ổn định của chất mang và tránh sự hấp thu protein trong dòng máu [31] Nanogel zwitterionic poly(aspartamide) mang thuốc doxorubicin đã được báo cáo bởi Caicai

Lu và cộng sự cho thấy các tính năng tương thích sinh học, giảm sự hấp thu protein trong máu và đáp ứng pH [32]

- Nanogel có kích thước hạt nhỏ và các đặc tính bề mặt giúp làm tăng khả năng vận chuyển cũng như sinh khả dụng của thuốc Nhờ vào thể tích nhỏ các nanogel có khả năng tiếp cận được đến các mao mạch nhỏ nhất, từ đó giúp tránh sự đào thải qua thận, kéo dài thời gian bán thải trong huyết thanh, dễ dàng thâm nhập vào các mô cũng như xuyên qua giữa các tế bào nội mô ở các vị trí bệnh lý như: khối u rắn, mô viêm và vùng bị nhiễm trùng Các mô khối u có tính thấm mao mạch cao, các hạt nano thấm vào mô khối u và tích lũy ở đó, làm tăng lượng thuốc và sự chọn lọc của

hệ chất mang thuốc

- Nanogel có thể phân phối thuốc hướng đích cả thụ động và chủ động do có khả năng đáp ứng ứng nhanh với những thay đổi của môi trường như pH và nhiệt độ,

từ đó giúp kiểm soát được khả năng nhả thuốc và tích lũy tại tế bào ung thư

Hình 1.9 Sự giải phóng thuốc từ nanogel [21]

- Nanogel có thể phân phối thuốc nhắm mục tiêu do sự hiện diện của các nhóm chức liên hợp với kháng thể/thuốc Từ đó, dẫn đến tính chọn lọc cao và ngăn ngừa sự

tích tụ của thuốc trong các mô không hướng đích như mô cơ và mô mỡ, giúp cải thiện hiệu quả điều trị và giảm các tác dụng phụ không mong muốn của thuốc,…

- Nanogel được hình thành từ các polymer tự nhiên hoặc tổng hợp có độ tương hợp sinh học cao và có thể bị phân hủy sinh học, do đó tránh được sự tích lũy ở các

cơ quan trong cơ thể Chitosan, ethyl cellulose, methyl cellulose và các polymer trên

cơ sở polysaccharide như heparin, dextran, pullulan và dextrin có thể được dùng để tổng hợp nanogel

- Nanogel có ái lực cao với dung dịch nước, dẫn đến khả năng trương nở hoặc thấm nước khi ở trong môi trường nước Đây là đặc tính có lợi nhất của nanogel, nó làm cho chúng trở thành vật liệu lý tưởng cho sự hấp thu và mang protein, peptide, đại phân tử sinh học cũng như các thuốc cồng kềnh

- Việc đưa thuốc vào nanogel là dễ dàng, tự phát, và đôi khi không nhất thiết

có bất kỳ phản ứng hóa học nào, điều này làm cho tiến trình chuẩn bị nanogel hiệu quả

- Các đại phân tử sinh học cũng như các hợp chất nhạy cảm có thể được đóng gói hiệu quả trong các nanogel cho mục đích kéo dài hoạt động của các phân tử này trong môi trường sinh học

b Nhược điểm của nanogel

Hạn chế duy nhất của nanogel là tốn kém trong việc loại bỏ các chất hoạt động

bề mặt và dung môi trong quá trình điều chế Các tác dụng phụ có thể xảy ra nếu còn tồn động dung môi, polymer và chất hoạt động bề mặt có hại trong cơ thể

1.1.2.3 Sự đóng gói thuốc vào trong nanogel

Vật liệu nano và nanogel có khả năng tương tác với nhiều thành phần vô cơ

và hữu cơ, sự tương tác giữa các thành phần này chủ yếu thông qua liên kết hydro, liên kết cộng hóa trị, lực tĩnh điện và lực Van Der Waals Những tương tác này xác định hiệu quả đóng gói thuốc của nanogel, sự đóng gói thuốc vào nanogel được thực hiện thông qua 3 cơ chế sau đây:

a Bẫy vật lý

Việc đóng gói thuốc vào trong nanogel có thể đạt được thông qua các tương tác không cộng hóa trị như: liên kết ion, tương tác kỵ nước và liên kết hydro Trong hầu hết các trường hợp, thuốc được đóng gói vào trong nanogel bằng bẫy vật lý nhờ

vào tương tác kỵ nước giữa các phân tử thuốc với nanogel dẫn đến hiệu quả mang thuốc thấp

Một ví dụ về sự tự lắp ráp của cholesteryl-6-aminohexylcarbamate kết hợp với acid hyaluronic hình thành nanogel mang protein Gel này kết hợp với hormone tăng trưởng người tái tổ hợp (rhGH) được tiêm vào chuột, cũng cho thấy sự giải phóng thuốc bền vững trong hơn một tuần [33] Chitin được sử dụng nhiều trong tổng hợp nanogel vì nó có khả năng phân hủy sinh học cao, tương thích sinh học, không gây kích ứng da, dễ dàng sử dụng, ít tốn chi phí Nó có thể hình thành phức hợp polyelectrolyte do có số lượng lớn các nhóm phản ứng -OH và -NHCOCH3 Sabitha Mangalathillam và cộng sự đã báo cáo hệ nanogel chitin mang curcumin có độ ổn định và phân tán tốt trong nước, được hình thành thông qua liên kết hydro giữa curcumin và nanogel chitin Hệ nanogel này được ứng dụng trong điều trị ung thư da nhờ vào điện tích cation của chitin và bản chất ưa béo của cả chitin và curcumin tạo điều kiện cho sự thấm vào da [34]

c Sự tự lắp ráp kiểm soát

Sự tự lắp ráp về cơ bản chứa các liên kết không cộng hóa trị với thuốc, các phân tử tự lắp ráp được đặc trưng bởi sự khuếch tán, theo sau là sự liên kết giữa các phân tử thông qua các tương tác như liên kết tĩnh điện hoặc tương tác kỵ nước Các nanogel trên cơ sở polyelectrolyte có xu hướng tự lắp ráp với sự có mặt của các chất tan tích điện trái dấu như: chất hoạt động bề mặt, polynucleotide, protein và polyion tổng hợp [37] Sự liên hợp thuốc có tiềm năng được thực hiện bởi các liên kết disulfide giúp thuốc tương tác với các hạt nano, đôi khi được kích thích để giải phóng thuốc, trong đó các nanogel liên kết ngang disulfide có khả năng mang thuốc doxorubicin

và paclitaxel cao thì nhạy cảm với pH và nhiệt độ

Hình 1.10 Các tương tác liên phân tử thúc đẩy tiến trình tự lắp ráp gồm tương tác

tĩnh điện và tương tác kỵ nước [21]

Tương tác giữa các polysaccharide trung tính thường yếu hoặc không tồn tại, một sự biến tính hóa học là cần thiết để kích hoạt sự tự lắp ráp Polysaccharide được liên kết với phần kỵ nước, trong môi trường nước các polymer ghép lưỡng tính hình thành các hạt nano tự lắp ráp thông qua các liên kết nội phân tử hoặc liên phân tử giữa các phần kỵ nước Các phân tử này có thể tự định hướng vùng ưa nước tiếp xúc với môi trường phân cực (thường là nước), các phần kỵ nước sẽ tập hợp tại bên trong tạo lõi kỵ nước mang thuốc [21]

Một số yếu tố khác cũng góp phần vào hiệu quả mang thuốc như: thành phần, trọng lượng phân tử, tương tác giữa thuốc và polymer hoặc các nhóm chức khác nhau trong cấu trúc polymer.ol of Pharmacy andPharmaceutical

1.1.2.4 Phương cách phân phối thuốc của chất mang nano và nangel

Nhằm nâng cao hiệu quả vận chuyển thuốc, đặc biệt là việc đưa thuốc đến đúng vị trí khối u trong cơ thể, các phân tử sinh học như gene, protein, peptide đã được ứng dụng Tuy nhiên, các phân tử sinh học này không bền, thời gian phân hủy nhanh dẫn đến chúng bị phân hủy trước khi đến khối u và ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường ngoại bào ở những nơi chúng đi qua Do vậy, hệ chất mang nanogel được lựa chọn thay thế vì chúng có kích thước nano, có thể mang được lượng thuốc lớn, thời gian lưu thông trong dòng máu lâu, tích lũy nhiều trong khối u ung thư, giảm thiểu các độc tính có hại cho môi trường nội bào và các tế bào bình thường Có 2 cách

mà chất mang nano có thể phân phối thuốc đến các mô ung thư:

a Phân phối thuốc tới đích thụ động

Sự định hướng thụ động xuất phát từ hiện tượng tăng tính thấm và tăng hiệu quả lưu giữ (Enhanced Permeability and Retention Effect - hiệu ứng EPR) đặc trưng

ở các mô ung thư Tại hầu hết các mô khỏe mạnh, kích thước các khe hở lớp nội mô thành mạch máu thường nhỏ hơn 2 nm Với khe hẹp giữa các lớp nội mô thành mạch máu, các phân tử thuốc có khối lượng phân tử nhỏ cũng có thể lọt qua, gây độc cho

tế bào lành Tuy nhiên các khe hở này quá nhỏ so với kích thước của chất mang nanogel Còn tại mô ung thư, do sự phát triển của tế bào ung thư đòi hỏi sự tăng sinh mạch máu, các vi mạch máu mới được hình thành tại các mô ung thư và có kích thước từ 100 – 800 nm Do đó các hạt nanogel mang thuốc tồn tại trong hệ tuần hoàn máu với kích thước 10 – 100 nm có thể vượt qua dễ dàng và đi vào mô ung thư Các phức hợp chất mang - thuốc sau khi đã đi vào các khe hở tế bào này sẽ bị kẹt giữ lại khi các tế bào ung thư phát triển Thêm vào đó, do không có hệ bạch huyết cần thiết, tốc độ đào thải các phức hợp này ra khỏi tế bào ung thư là rất hạn chế Vì thế trong chữa trị bệnh ung thư, thuốc được mang trên chất mang biến tính có nhiều lợi thế hơn thuốc không có chất mang [38]

Hình 1.11 Sự hướng đích thụ động theo cơ chế EPR [38]

b Phân phối thuốc tới đích chủ động

Chất mang thuốc được gọi là lý tưởng nếu như nó là chất mang thuốc “thông minh” tức là mang và phân phối thuốc hoặc các hoạt chất đến đúng nơi cần chữa trị

mà không tới các tế bào bình thường Phân phối thuốc tới đích chủ động được thực hiện bằng cách trên bề mặt của chất mang được gắn thêm các phần tử định hướng Các phần tử định hướng có thể là các kháng thể, các peptide hoặc là các ligand carbohydrate đặc hiệu với các kháng nguyên và thụ thể trên bề mặt tế bào ung thư Phương cách này được chứng minh là giúp khắc phục tình trạng đa kháng thuốc của các tế bào ung thư [38]

1.1.2.5 Sự giải phóng thuốc của nanogel

Sự giải phóng thuốc của nanogel dựa trên cơ sở các đặc tính của polymer có

thể đáp ứng cao với sự thay đổi của môi trường Nhờ cấu trúc mạng lưới 3D, nanogel

dễ dàng thay đổi trạng thái để vận chuyển và kiểm soát việc giải phóng thuốc trong các môi trường khác nhau, đặc biệt của môi trường vi khối u, chủ yếu bao gồm: độ

pH và nhiệt độ

a Cơ chế nhạy pH

Nanogel trên cơ sở polymer nhạy pH có thể đáp ứng với sự thay đổi giá trị pH

của môi trường trong cả in vitro và in vivo Các nanogel này cho thấy hiệu quả giải

phóng thuốc chậm trong hệ tuần hoàn máu và phóng thích thuốc nhanh ở vị trí đích Trong điều kiện pH acid sự thay đổi trạng thái ion hóa của nanogel dẫn đến sự trương

nở của chúng, kết quả này giúp cho nanogel có thể mang cũng như nhả các phân tử sinh học [39]

Nhiều nghiên cứu đã báo cáo rằng pH ngoại bào của các biểu mô ung thư (pH 6,5 - 7,2) thấp hơn so với biểu mô tế bào thường và các dịch sinh học khác (pH 7,4),

nó giảm mạnh trong tế bào khối u (hạt nội chất pH 5,0 - 6,5 và trong lysosome pH 4,5 - 5,0) [5, 40] Nhờ khoảng pH rộng trong hệ thống sinh lý, các nanogel nhạy pH

đã được ứng dụng để vận chuyển và kiểm soát sự giải phóng thuốc đến các mô ung thư bằng cách điều chỉnh sao cho bị phá vỡ cấu trúc và phóng thích thuốc tại giá trị

pH thấp trong vùng lân cận của các mô ung thư

Các nanogel nhạy pH được cấu thành từ các polysaccharide tự nhiên có tính tương hợp sinh học với sự biến đổi trạng thái co lại hoặc giãn nở đã được thiết kế để giải phóng thuốc kiểm soát Nanogel trên cơ sở polymer pullulan ghép vinyl ether-cholesterol được thực hiện bởi Nobuyuki Morimoto và nhóm cộng sự [41] Họ đã tổng hợp ra nanogel acid-labile cholesterol-bearing pullulan (acL-CHP) trên cơ sở tự lắp ráp ở pH trung tính để hình thành cấu trúc mạng lưới ổn định mang cholesterol

Ở pH 4,0 và trong điều kiện xúc tác acid xảy ra quá trình thủy phân các liên kết cholesteryl vinyl ete, dẫn đến sự trương nở của các nanogel acL-CHP và cuối cùng là

sự phân rã của các nanogel để giải phóng thuốc

Hình 1.12 Quá trình giải phóng thuốc do sự thủy phân liên kết cholesteryl vinyl ete

ở pH 4,0 của nanogel acL-CHP [41]

Y Li và cộng sự đã báo cáo hệ nanogel nhạy pH trên cơ sở polypeptid mang thuốc kỵ nước doxorubicin (DOX) Nanogel này được tổng hợp từ methoxy poly(ethylene glycol)-b-poly[N-[N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl]-L-glutamate] (MPEG-b-PNLG) ưa nước và terephthalaldehyde (TPA) kỵ nước có vai trò như các liên kết ngang Nanogel được tổng hợp ở điều kiện pH 7,4 có độ ổn định cao Trong điều kiện pH acid ở mô khối u (pH 6,4) liên kết benzoic imine bị phân cắt dẫn đến sự phân hủy cấu trúc nanogel và giải phóng thuốc DOX [42]

Cunxian Duan và cộng sự đã báo cáo hệ nanogel nhạy pH được tổng hợp từ polymer chitosan-graft-poly (N-isopropylacrylamide) được galactosyl hóa (Gal-CS-g-PNIPAm) làm chất mang oridonin (ORI) để nhắm mục tiêu khối u Các nanogel duy trì cấu trúc ổn định ở pH 7,4 trong suốt quá trình vận chuyển thuốc trong máu Ở điều kiện pH có tính acid của tế bào ung thư (trong hạt nội chất pH 5,0 - 6,5 và trong lysosome pH 4,5 - 5,0), nanogel trở nên xốp hơn, do lực đẩy tĩnh điện tăng lên giữa các nhóm amin được proton hóa trên nanogel, dẫn đến sự phóng thích thuốc [43]

Hình 1.13 Mô hình giải phóng thuốc của nanogel Gal-CS-g-PNIPAm [43]

b Cơ chế nhạy nhiệt

Nanogel nhạy nhiệt là nanogel có biểu hiện chuyển trạng thái co rút - trương

nở do thay đổi của nhiệt độ môi trường Sự thay đổi nhiệt độ có thể tạo ra sự thay đổi bên trong mạng lưới nanogel, từ đó giúp kiểm soát được tốc độ giải phóng thuốc bên trong nanogel

Poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) là một trong những polymer nhạy

nhiệt tiêu biểu được ứng dụng rộng rãi trong y sinh Nhờ có nhiệt độ dung dịch tới hạn thấp (LSCT-the lower critical solution temperature) trong khoảng nhiệt độ cơ thể

và nhiệt độ phòng Cấu trúc của polymer này đặc trưng bởi sự cân bằng tinh vi giữa các phần ái nước và ái dầu, do đó chỉ cần có sự thay đổi rất nhỏ của nhiệt độ cũng có thể dẫn đến sự biến đổi lớn trong lớp hydrat Ở nhiệt độ dưới 32oC (LSCT của PNIPAM là 32oC) PNIPAM thì ưa nước, polymer ở dạng trương nở Ở nhiệt độ lớn hơn 32oC PNIPAM trở nên kỵ nước làm co mạch polymer lại và xảy ra hiện tượng tách pha [44-45]

Hình 1.14 Sự thay đổi cấu dạng của polymer PNIPAM theo LCST (32oC) trong nước (nhiệt độ dưới 32oC polymer ở dạng trương nở, khi nhiệt độ lớn hơn 32oC

polymer NIPAM trở nên kỵ nước và co lại) [44]

Các nanogel nhạy nhiệt được phát triển trên cơ sở PNIPAM với các đặc tính nhạy cảm với nhiệt độ đã được nghiên cứu tổng hợp Shin và cộng sự đã báo cáo ở nhiệt độ trên LSCT của PNIPAM, dẫn đến sự co lại đột ngột của gel và giải phóng indomethacin [46] Chunyan Wang và cộng sự đã phát triển nanogel nhạy nhiệt trên

cơ sở poly(N-isopropylacrylamide) (NIPAM) mang doxorubicin (DOX-CGN) được

chuẩn bị từ chitosan biến đổi hóa học với graphene oxit (CRGO) Graphene được sử dụng làm vật liệu quang nhiệt để phản ứng với tia hồng ngoại gần NIR (near infrared)

Hệ phân phối thuốc nanogel graphene được kích hoạt bắt đầu giải phóng doxorubicin

ở 42°C bằng NIR sau khi polymer NIPAM co lại [47]

1.2 Polysaccharide sulfate

1.2.1 Heparin

Heparin là một polysaccharide sulfate có cấu trúc là sự lặp lại của các disaccharide gồm các đơn vị uronic acid và glucosamine xen kẽ với nhau và liên kết với nhau bằng liên kết 1,4-glycoside [48]

Hình 1.15 Cấu tạo heparin [48]

Heparin được tìm thấy trong các hạt của các dưỡng bào (mast cells) và các tế bào bạch cầu đa nhân ái kiềm của động vật có vú Heparin được trích ly từ mô gan của chó thí nghiệm, do đó nó đã được Howell đặt tên là heparin (hepar tiếng Hy Lạp

Nhiều nghiên cứu cho thấy heparin là polymer sinh học có tính ổn định, không độc, ưa nước, phân hủy sinh học và có nhiều chức năng quan trọng khác như: chống đông máu, chống oxy hóa, chống ung thư, chống viêm và chống tăng sinh mạch máu góp phần như một yếu tố giúp giảm việc tăng sinh của khối u [50] Tuy nhiên, thời gian bán thải của heparin trong cơ thể quá ngắn cho nhiều ứng dụng tiềm năng, vì vậy heparin thường được kết hợp với nhiều chất hỗ trợ để giảm tỷ lệ biến tính của nó

Trên cơ sở đó, các hệ dẫn truyền thuốc trên nền heparin đã được phát triển trong các thử nghiệm mang thuốc kháng khối u và sự di căn của khối u đạt được nhiều kết quả

khả quan trong in vitro [51-53]

a Heparin chưa phân đoạn

Heparin chưa phân đoạn (heparin tiêu chuẩn, heparin tự nhiên, unfractionated heparin) là một hỗn hợp không đồng nhất những chuỗi mucopolysaccharide có chiều dài khác nhau (trọng lượng phân tử lớn từ 3000 Da đến 30000 Da, trung bình 15000 Da) Heparin chưa phân đoạn dùng trong y khoa được trích ly từ màng nhày ruột heo hoặc bò [48]

b Heparin khối lượng phân tử thấp

Heparin khối lượng phân tử thấp (Low Molecular Weight Heparin=LMWH) thu được bằng cách khử polymer hóa heparin chưa phân đoạn (bằng tác nhân hóa học hoặc enzyme) Kết quả của quá trình khử polymer là các chuỗi mucopolysaccharide ngắn, có trọng lượng phân tử trong khoảng từ 2000 Da đến 9000 Da (trung bình 4000 – 5000 Da) So với các chuỗi dài của heparin chưa phân đoạn, các chuỗi ngắn này có

ái lực thấp hơn với nhiều protein và tế bào Heparin khối lượng phân tử thấp có thành phần hóa học tốt hơn có hoạt tính chống nhân tố Xa cao hơn so với hoạt tính chống thrombin, thời gian bán thải dài hơn và giảm tác dụng phụ

1.2.2 Fucoidan

Fucoidan là một polysaccharide sulfate tự nhiên nằm trong thành tế bào của nhiều loài rong biển nâu Các loại rong biển màu nâu có chứa fucoidan được sử dụng rộng rãi như là một phần của chế độ ăn uống bình thường ở các nước Đông Á, đặc biệt là Nhật Bản, Trung Quốc và Hàn Quốc Ngoài ra, fucoidan còn được tìm thấy ở một số loài động vật không xương sống khác như nhím biển và hải sâm [54]

Thành phần và cấu trúc của fucoidan cực kỳ phức tạp và thay đổi ở các loài rong nâu khác nhau Fucoidan ngoài 2 thành phần chính là L-fucose và nhóm sulfate, còn chứa các thành phần khác như D-xylose, D-mannose, D-galactose, L-rhamnose, arabinose, glucose, D-glucuronic acid và các nhóm acetyl khác nhau [55-56]

Bảng 1.1 Thành phần của fucoidan ở các loài rong nâu [56]

F vesiculosus fucose, sulfate

F evanescens C.Ag fucose/sulfate/acetate (1/1.23/0.36)

F distichus fucose/sulfate/acetate (1/1.21/0.08)

F serratus L fucose/sulfate/acetate (1/1/0.1)

Lessonia vadosa fucose/sulfate (1/1.12)

Macrocytis pyrifera fucose/galactose (18/1), sulfate

Pelvetia wrightii fucose/galactose (10/1), sulfate

fucose, xylose, GlcA, sulfate

Padina pavonia fucose, xylose, mannose, glucose, galactose, sulfate Laminaria angustata fucose/galactose/sulfate (9/1/9)

Ecklonia kurome fucose, galactose, mannose, xylose, GlcA, sulfate Sargassum stenophyllum fucose, galactose, mannose, GlcA, glucose, xylose,

sulfate Adenocytis utricularis fucose, galactose, mannose, sulfate

Hizikia fusiforme fucose, galactose, mannose, xylose, GlcA, sulfate Dictyota menstrualis fucose/xylose/uronic acid/galactose/sulfate

(1/0.8/0.7/0.8/0.4) và (1/0.3/0.4/1.5/1.3) Spatoglossum schroederi fucose/xylose/galactose/sulfate (1/0.5/2/2)

Fucoidan thể hiện nhiều hoạt tính sinh học như: chống ung thư, chống viêm, chống đông máu, chống virus, chống oxy hóa, giảm lipid máu, Một số nghiên cứu cho thấy rằng fucoidan gây ra sự tự chết theo chu trình của tế bào để loại bỏ các tế

bào ung thư Đặc tính chống ung thư của fucoidan đã được đánh giá in vitro và in

vivo ở nhiều loại tế bào ung thư khác nhau [57] Tuy nhiên, các ứng dụng y sinh trên

cơ sở sử dụng fucoidan làm hệ chất mang thuốc vẫn còn ở giai đoạn đầu phát triển

Năm 2010, Jung Han Yoon Park và cộng sự nghiên cứu cho thấy ở một liều rất thấp của fucoidan từ F vesiculus (20 µg/mL) đã ức chế tăng trưởng và gây ra sự

tự chết theo chu trình của tế bào dòng tế bào ung thư đại tràng người HT-29 thông qua sự kích hoạt các caspase [58] Năm 2014, Zhongyuan Zhang và cộng sự đã đánh giá thử nghiệm các dòng tế bào ung thư vú MDA-MB231với 820 µg/ml fucoidan trọng lượng phân tử thấp, kết quả làm giảm đáng kể các protein chống apoptotic Bcl-

2, Bcl-xl và Mcl-1 [59]

Fucoidan được phát hiện có khả năng ức chế sự tăng sinh và gây chết tế bào trong dòng tế bào u lympho HS-Sultan của người [60] Fucoidan từ các loài rong L saccharina, L digitate, F serratus, F distichus và F vesiculosus có tác dụng khóa chặt tế bào ung thư vú MDA-MB-231 ngăn kết dính với các tiểu cầu, điều này có ý nghĩa quan trọng trong quá trình di căn khối u [61-63]

Khả năng phục hồi các chức năng miễn dịch của fucoidan cũng đã được nghiên

cứu và thử nghiệm in vitro và in vivo Fucoidan giúp tăng hoạt động và số lượng tế bào giết tự nhiên (NK, natural killer) trong in vivo [64-65] Fucoidan trọng lượng

phân tử cao (200 - 300 kDa) được điều chế từ Cladosiphon okamuranus thúc đẩy sự gia tăng tỷ lệ gây độc tế bào T ở chuột [66]

1.3 Pluronic

1.3.1 Cấu tạo

Pluronic là polymer nhạy nhiệt và có tính tương hợp sinh học cao, được FDA chứng nhận và cho phép sử dụng rộng rãi Pluronic còn được gọi là poly(ethylene oxide) - poly(propylene oxide) - poly(ethylene oxide) được sắp xếp theo dạng khối

ba A–B–A: PEO - PPO - PEO có cấu trúc đặc biệt với hai nhóm ưa nước ở ngoài, còn ở giữa là nhóm kỵ nước đây cũng là thành phần nhạy nhiệt của pluronic [67]

Hình 1.16 Cấu trúc pluronic [67]

1.3.2 Tính chất

Tất cả các pluronic đều có cấu tạo hóa học giống nhau, chỉ khác nhau ở số lượng tương đối của poly(ethylene oxide) - poly(propylene oxide) nên trọng lượng phân tử cũng như đặc tính hoạt động bề mặt của mỗi loại là khác nhau Hầu hết các pluronic là các chất rắn có khả năng tan trong nước và chúng hòa tan trong nước lạnh nhiều hơn trong nước nóng, đó là kết quả của việc gia tăng sự solvat hóa và liên kết hydro ở nhiệt độ thấp Điều này được giải thích bởi ở nhiệt độ thấp sẽ tồn tại một lớp hydrat hóa bao quanh các phân tử pluronic trong dung dịch nước, làm phân tán chúng

và kết quả là các pluronic được hòa tan vào trong nước Khi nhiệt độ nâng lên các chuỗi ưa nước của pluronic không solvat hóa nữa do sự đứt gãy các liên kết hydro đã được thiết lập giữa dung môi và các chuỗi này, do đó mà pluronic không tan tốt trong nước có nhiệt độ cao (> 20oC)

Các poloxamer thường có tính chất đặc trưng là phản ứng lại với nhiệt độ và được dùng rộng rãi trong các hệ thống gel nhiệt Khi ở nhiệt độ thấp (0oC - 4oC), dung dịch pluronic với một nồng độ thích hợp sẽ tồn tại ở trạng thái lỏng, nhưng khi tăng nhiệt độ lên nhiệt độ phòng (20oC ~ 25oC) thì lại chuyển sang dạng gel rắn Tuy nhiên, dạng gel này sẽ bị thoái biến và chuyển về dạng lỏng ban đầu nếu hạ nhiệt độ xuống

Nguyên nhân của sự biến đổi thể chất này là do sự hình thành các micelle khi tăng nồng độ dung dịch pluronic và nhiệt độ môi trường xung quanh Trong môi trường nước ở nồng độ thấp (dưới 12% - 15%) chúng tạo thành các micelle đơn phân

tử gồm các phân tử pluronic đơn lẻ, nhưng khi ở nồng độ cao hơn thì nhiều phân tử tập hợp lại thành các micell hình cầu gồm một lõi trung tâm kỵ nước ở giữa chứa các chuỗi PPO

1.3.3 Ứng dụng

Một số pluronic là copolymer không độc, ưa nước, được sử dụng rộng rãi như một tá dược để làm tăng tính ổn định và độ hòa tan của thuốc Sự kết hợp của các loại thuốc kém tan vào trong các hạt micelle pluronic có thể cải thiện được dược tính của thuốc và tăng sự phân tán sinh học [50]

Pluronic còn có tiềm năng lớn trong việc mang các thuốc khó tan trong nước, đặc biệt là thuốc trị ung thư và nó dễ dàng kết hợp với một chất khác để tạo ra hệ nano mang thuốc hiệu quả hơn (do có nhóm -OH đầu mạch)

Một số pluronic còn được sử dụng rộng rãi trong đời sống, dùng làm dầu bôi trơn, mỹ phẩm, ứng dụng làm chất ổn định của màng tế bào, công nghiệp tẩy rửa

Bảng 1.2 Thông số đặc trưng của một số pluronic

Pluronic Trạng

thái

Tổng số nhóm PEO

Tổng số nhóm PPO

Giá trị HLB

Khối lượng phân tử (Da)

CMC

L121 Lỏng 10,00 68,28 1 4400 1.0x10−6L61 Lỏng 4.55 31.03 3 1950 1.1x10−4P123 Hồ keo 39,20 69,40 8 5750 4.4x10−6P105 Hồ keo 73.86 56.03 15 6500 6.2x10−6F127 Rắn 200,45 65,17 22 12600 2.8x10−6F87 Rắn 122.50 39.83 24 7700 9.1x10−5F68 Rắn 152.73 28.97 29 8400 4.8x10−4

1.4 Ung thư và thuốc chống ung thư cisplatin

1.4.1 Tổng quan về bệnh ung thư

Theo số liệu thống kê của tổ chức Y tế Thế giới (WHO) tháng 9/2018, bệnh ung thư là nguyên nhân hàng đầu gây nên cái chết của 9,6 triệu người trên toàn thế giới Trong số các loại ung thư có 6 loại phổ biến, gây tử vong hàng đầu gồm: (1) ung thư phổi - 1,76 triệu ca tử vong, (2) ung thư ruột kết tràng - 862 ngàn ca tử vong, (3) ung thư dạ dày – 783 triệu ca tử vong, (4) ung thư gan - 782 ngàn ca tử vong, (5) ung thư vú - 627 ngàn ca tử vong và các loại bệnh ung thư nói chung, được dự đoán sẽ tăng lên 70% trong 2 thập niên tới

Ung thư xảy ra do sự đột biến trong ADN, dẫn đến tế bào tăng sinh vô hạn độ,

vô tổ chức, không tuân theo các cơ chế kiểm soát về phát triển cơ thể Vấn đề quan trọng nhất trong bệnh lý ung thư là sự phân biệt giữa các khối u lành tính và ác tính Nếu là khối u ác tính, chúng có khả năng xâm nhập quanh các mô bình thường và lan truyền khắp cơ thể thông qua hệ thống tuần hoàn Thông qua các nghiên cứu trong thời gian gần đây, ung thư được chứng minh có liên quan đến yếu tố di truyền, nghĩa

là do sự biến đổi trong các gene dẫn đến những thay đổi trong chức năng và sự phân chia tế bào Những thay đổi này là kết quả của sự tương tác giữa các yếu tố di truyền

và các tác nhân bên ngoài, bao gồm: các tác nhân vật lý như tia cực tím, bức xạ ion

hóa; các tác nhân hóa học như arsenic, aflatoxin và đặc biệt là khói thuốc lá, các tác nhân sinh học như nhiễm trùng bởi virus, vi khuẩn, ký sinh trùng [68]

số sản phẩm điện phân của lưới điện cực platin có khả năng ức chế phân chia tế bào

Escherichia coli, kết quả đó tạo ra nhiều sự quan tâm trong việc ứng dụng các sản

phẩm này trong hóa trị ung thư Và kể từ khi xác định được cisplatin là nhân tố đóng vai trò trong khả năng ức chế phân chia tế bào thì các chất phức hợp của platin, và các kim loại quý khác đã được ứng dụng trong điều trị ung thư [2]

Hình 1.17 Các chất phức hợp chứa platin: (A)-cisplatin; (B)-carboplatin;

(C)-oxaliplatin; (D)-ormaplatin; (E)-enloplatin [2]

Cisplatin đã được sử dụng sớm trong lâm sàng để điều trị nhiều bệnh ung thư

như: ung thư tinh hoàn, ung thư buồng trứng, bàng quang, ung thư vú, u não, u não

ác tính, ung thư tiểu bào phổi (SCLC), u lympho và myelomas [69] Tuy nhiên, bên