Ứng dụng của nano trong y sinh

Nội dung bài báo cáo4 Phân tách chọn lọc tế bào 1 2 3 5 Dẫn truyền thuốc Phương pháp tăng nhiệt cục bộ Tạo ảnh sinh học Ứng dụng trong phẫu thuật thẩm mỹ Các vật liệu Nano nhiều ứng dụng

Nội dung bài báo cáo

4

Phân tách chọn lọc tế bào

1 2 3

5

Dẫn truyền thuốc Phương pháp tăng nhiệt cục bộ Tạo ảnh sinh học

Ứng dụng trong phẫu thuật thẩm mỹ Các vật liệu Nano nhiều ứng dụng

6 4

• Ưu điểm của hạt nano từ tính:

I Phân tách chọn lọc tế bào

• Quá trình phân tách được chia làm hai giai đoạn:

* Đánh dấu thực thế sinh học cần nghiên cứu

* Tách các thực thể được đánh dấu ra khỏi môi trường bằng từ

trường.

1 Quá trình đánh dấu

• Các hạt nano từ được bao phủ bởi một loại hóa chất (chất hoạt hóa) có tính tương hợp sinh học như là polyvinyl alcohol (PVA),

• Các hạt nano từ này sẽ có tính chất tương tự các phân tử trong hệ miễn dịch, đã có thể tạo

ra các liên kết với các tế bào hồng cầu, tế

bào ung thư phổi, vi khuẩn, tế bào ung thư đường tiết niệu

dấu Các tế bào không được đánh dấu sẽ

không được giữ lại và thoát ra ngoài

• Lực tác động lên hạt từ tính được cho bởi

phương trình sau:

v R

Sơ đồ đơn giản về cơ phân tách tế bào

I Phân tách chọn lọc tế bào

Tách ADN của siêu vi Herpes bằng hạt nano từ tính

• Hạt nano từ tính chức năng hóa amino còn được sử dụng để tách ADN của siêu vi

Herpes gây bệnh ngoài da và bệnh đường sinh dục Bằng cách chức năng hóa amino hạt nano ô-xít sắt để gắn kết với một đoạn ADN dò đặc trưng cho siêu vi Herpes,

ADN đích trong bệnh phẩm cần xét

nghiệm sẽ gắn kết với hạt nano có ADN dò được phân tách bằng một nam châm

II Dẫn truyền thuốc

• Dẫn truyền thuốc là việc dùng các hạt nano như là hạt mang thuốc đến vị trí cần thiết trên cơ thể.

• Cơ chế chung: Hạt nano có tính tương hợp sinh học

được gắn kết với thuốc điều trị.Thông thường hệ

thuốc/hạt tạo ra một chất lỏng và đi vào cơ thể thông qua hệ tuần hoàn Và khi các hạt tải được tập trung tại vùng cần điều trị thì quá trình nhả thuốc diễn ra thông qua cơ chế hoạt động của các enzym hoặc các tính chất sinh lý học do các tế bào ung thư, các khối u gây ra

như độ pH, quá trình khuyếch tán hoặc sự thay đổi của nhiệt độ.

www.themegallery.com

II Dẫn truyền thuốc

• Có hai ưu điểm cơ bản là:

+ Thu hẹp phạm vi phân bố của các thuốc trong

cơ thể nên làm giảm tác dụng phụ của thuốc.

+ Giảm lượng thuốc điều trị.

• Phân loại hạt nano dẫn truyền thuốc vào tế bào:

1 Hạt nano từ tính sử dụng Gradient: hạt oxit sắt

2 Hạt nano sử dụng liên kết hóa học:

liposome, polymer.

II Dẫn truyền thuốc

• Hạt nano từ tính sử dụng gardient điều khiển đến vùng cần điều trị:

II Dẫn truyền thuốc

• Hạt nano sử dụng liên kết hóa học để

đưa thuốc tới vùng điều trị:

Hạt

nano

: Phân tử thuốc kết hợp ở vỏ hạt

: Phân tử thuốc được chứa bên trong hạt : phân tử thuốc

II Dẫn truyền thuốc

www.themegallery.com

Liposome: là một loại hạt có vỏ kép được thiết kế có

tính ưa nước ở bề mặt trong và ngoài để có thể di

chuyển trong môi trường sinh học và chứa phân tử thuốc trong trạng thái dung dịch nước.

II Dẫn truyền thuốc

Bề mặt vỏ liposome được thiết kế với thành phần hóa học

thích hợp sao cho hạt biết tránh các tế bào khoẻ mạnh

và chỉ có thể tác dụng với tế bào ung thư và nhả thuốc khi gặp một môi trường có một nhiệt độ hay pH nhất định.

Ngoài ra:

• Liposome còn dùng trong trị liệu gen: nén nhỏ các

phân tử ADN hoặc plasmit cồng kềnh và vận chuyển vào trong nhân tế bào.

• Khả năng ứng dụng liposome như chất thay thế hồng

cầu nhằm vận chuyển oxy có rất nhiều triển vọng.

II Dẫn truyền thuốc

• Polymer cũng là vật tải thuốc có chức

năng tương tự liposome.

• Vật liệu polymer thường được dùng

là polymer sinh học chitosan (chế biến

từ vỏ tôm) hay polymer tổng hợp.

www.themegallery.com

Polymer Mixen

Hạt tải thuốc

Kết tụ

Kết hợp phân tử thuốc

Hệ thống tuần hoàn qua

mạch máu

4 (nm) < Kích thước hạt nano <400 (nm)

• Phương pháp này là quá trình điều trị sử dụng các hạt nano từ tính để tăng nhiệt độ của một vùng cơ thể có khối u ác tính hoặc các u khác.

• Cơ chế: Các hạt nano từ tính có kích thước từ

20-100 nm được phân tán trong các mô mong muốn Sau đó tác dụng một từ trường bên ngoài đủ lớn

về cường độ và tần số để làm cho các hạt nano

hưởng ứng mà tạo ra nhiệt nung nóng những

vùng xung quanh Nhiệt độ khoảng 42°C trong khoảng 30 phút có thể đủ để giết chết các tế bào ung thư.

III Phương pháp tăng nhiệt (gây sốt) cục bộ

III Phương pháp tăng nhiệt (gây sốt) cục bộ

• Phần lớn các thí nghiệm được tiến hành với hạt siêu thuận từ Với hạt siêu thuận từ, khi

áp dụng một từ trường xoay chiều thì hạt sẽ hưởng ứng dưới tác dụng của từ trường đó

Sự hưởng ứng được thể hiện bằng chuyển

động quay vật lý và quay mô men từ của hạt Lượng nhiệt thoát ra được cho bởi phương trình sau:

P = m 0 π f c H 2

www.themegallery.com

• Ưu điểm là cho phép chỉ làm nóng trực tiếp khối u.

• Để tăng hiệu quả của phương pháp này, người ta tránh sử dụng các hạt nano hấp thụ nhiều năng lượng

trong từ trường xoay chiều Nhiệt

năng phụ thuộc rất nhiều vào kích thước và hình dạng của hạt

III Phương pháp tăng nhiệt (gây sốt) cục bộ

IV Tạo ảnh sinh học

Cơ chế : Khi được kích hoạt bằng sóng có

năng lượng cao như tia tử ngoại, hạt nano

phát huỳnh quang cho nhiều màu sắc khác nhau tùy vào kích cỡ của hạt theo qui luật

lượng tử Đặc tính phát quang của hạt nano

đã được tận dụng một cách linh hoạt trong việc tạo ảnh, thắp sáng các tế bào trong

nhiều ứng dụng y sinh học

www.themegallery.com

Bảng 1 : Bước sóng và năng lượng sóng

Ánh sáng Bước sóng (nm) Năng lượng sóng (eV)

Tia tử ngoại ngắn hơn 380 lớn hơn 3,3

Đặc điểm và ứng dụng

• Dựa trên nguyên tắc phát quang theo qui luật

lượng tử, hạt nano được chế tạo với nhiều kích cỡ

và bề mặt được cải biến với kháng thể hay phân

tử sinh học Hạt sẽ kết hợp với các loại tế bào

khác nhau và dưới kính hiển vi các tế bào sẽ rực sáng như bầu trời đầy sao giúp ta thu được hình ảnh sinh học của các tế bào được đánh dấu.

• Đồng thời, hạt nano phát quang còn được kết hợp với dẫn truyền thuốc Vừa có thể phát quang tạo ảnh, vừa tìm và kết nối với tế bào ung thư và nhả thuốc tấn công mục tiêu.

Vật liệu

• Hạt nano của một số hợp chất bán dẫn chẳng hạn như CdS, CdSe có đặc tính phát huỳnh quang Tuy nhiên, cadmium mang độc tính không thích hợp cho việc ứng dụng trong cơ thể Để khắc phục khuyết điểm này, một lớp ZnS được phủ lên bề mặt CdSe ngăn chận sự

rò rỉ của cadmium Sau đó, các loại nhóm

chức, phân tử sinh học, kháng thể, protein, được kết hợp trên bề mặt hạt cho từng ứng dụng khác nhau

• Kết hợp phân tử sinh học (□) và hạt

nano phát quang (o) vào bề mặt

liposome để cho ra một vật liệu đa năng

www.themegallery.com

Vật liệu

Trong phẩu thuật thẩm mĩ đang hình thành ngành Cosmetic Nano Surgery (tạm dịch Nano phẫu thuật thẩm mỹ) KTN (kĩ thuật nano) liên quan đến những chất liệu nhỏ hơn 100 nanomét (1nanomét = 1/triệu mm)

V Phẫu thuật thẩm mỹ

Hạt nano bạch kim :

Đặc điểm: Bạch kim là kim loai quý hiếm,

không độc, không mùi và an toàn, có thể dùng theo đường ăn uống.

V Phẫu thuật thẩm mỹ

Nhờ có kích thước cực nhỏ chỉ bằng

1/2000 lỗ nang lông, hạt Nano bạch

kim có thể đi vào các lớp da từ nông

đến sâu dễ dàng và mang theo các

thành phần điều trị thấm trọn vẹn.

Nhờ vào hiệu ứng bề mặt mà hạt

Nano bạch kim có thể mang các thành phần hoạt tính điều trị đến các tế bào đích điều trị

Nano BK có chức năng làm tăng sức

sống của tế bào rất mạnh nhờ đó

chống lão hóa mạnh

NNBK làm chất xúc tác mạnh cho các phản ứng trong chuyển hóa của tế bào, làm tăng chuyển hóa tế bào da, tái tạo collagen cho da làm trẻ hóa da

Các loại kem bôi da chứa hạt nano giúp thay đổi màu

da hay ngăn chặn tia tử ngoại dễ gây ung thư da (căng

da, xóa nếp nhăn, đổi màu tóc )

Ngành công nghệ mới có tên Nano-bio (tạm dịch là Sinh

học nano) đang hình thành, sẽ tạo ra những vật liệu mới

tạo mô xương, các bộ phận thay thế y sinh học dùng cho

con người như da, băng thông minh

VI Các vật liệu nano có nhiều ứng dụng

1 Đặc tính của nano vàng

• Các hạt nano vàng là ổn định về cấu trúc, không độc, có khả năng tương hợp sinh học cao và nhất là chúng dễ dàng hoạt hoá để gắn kết với các phân tử sinh học như amino acid,

protein, enzyme, ADN và các phân tử thuốc.

• Hạt nano vàng có thể phát huỳnh quang là một thay thế

tuyệt vời cho hạt nano phát quang của hợp chất cadmium vì vàng không có độc tính.

• Hạt nano vàng có kích thước từ 10 đến vài trăm nanomét, sự phát huỳnh quang nhường chỗ cho sự hấp thụ và tán xạ ánh sáng Hiện tượng này là do hiện tượng cộng hưởng plasmon

bề mặt (SPR) chỉ xảy ra trong kim loại quí như vàng, bạc nhưng không thấy ở các kim loại thường như sắt, nhôm.

Ứng dụng của nano vàng :

* Chữa ung thư:

• Hiện nay trên thế giới, hạt nano vàng được

sử dụng điều trị ung thư có 3 phương pháp:

1 Đối với các tế bào ở sát ngoài cơ thể

2 Đối với các tế bào nằm sâu bên trong cơ thể

3 Dẫn truyền thuốc bằng hạt nano vàng

www.themegallery.com

VI Các vật liệu nano có nhiều ứng dụng

nóng môi trường xung quanh, tiêu diệt tế bào ung thư

www.themegallery.com

Phương pháp 3

• Nano vàng giúp truyền dẫn thuốc tới đúng nơi có chưa các tế bào ung thư ẩn nấu và tiêu diệt tế

bào ung thư.

Cơ chế: Để đưa những chất này vào đúng vị trí, các nhà

khoa học đã tạo ra những viên nhộng rất nhỏ với kích thước vài nanomet Trên bề mặt viên nhộng là những phân tử Nano được sử dụng từ những nguyên tử vàng

và bạc Khi đã hấp thụ vào những tế bào trong khối

u, nhờ tia hồng ngoại, hạt tải sẽ nóng lên và đẩy

những phân tử vàng và bạc di chuyển khiến viên

nhộng vỡ ra và phá vỡ kết cấu những tế bào ác tính.

VI Các vật liệu nano có nhiều ứng

dụng

• Đặc tính và cơ chế kháng khuẩn của bạc

- Bạc và các hợp chất của bạc thể hiện tính độc đối với vi khuẩn,

virus, tảo và nấm Tuy nhiên không thể hiện tính độc với con

người.

- Đặc tính kháng khuẩn của bạc từ tính chất hóa học của các ion Ag + Sau khi Ag + tác động lên lớp màng bảo vệ của tế bào vi khuẩn gây bệnh nó sẽ đi vào bên trong tế bào và phản ứng với nhóm

sunfuahydrin – SH của phân tử enzym chuyển hóa oxy và vô hiệu hóa men này dẫn đến ức chế quá trình hô hấp của tế bào vi khuẩn.

- Cơ chế hoạt động của Nano bạc sẽ tiêu diệt 99,9% khuẩn gây nên bệnh ung thư và tiêu chảy kiết lị

www.themegallery.com

VI Các vật liệu nano có nhiều ứng

dụng

• Ứng dụng của nano bạc trong y học

• 1 Khẩu trang nano bạc:

VI Các vật liệu nano có nhiều ứng

dụng

• 2 Sản xuất thuốc chữa bệnh

• Thuốc kháng nấm, kháng khuẩn cho vi

khuẩn kháng thuốc kháng sinh, ngăn ngừa nhiễm trùng, chữa lành vết thương và chống viêm

www.themegallery.com

Vật liệu lai nano

• Trong SPR, sự hấp thụ ánh sáng của hạt nano càng tiến về hướng ánh sáng đỏ (bước sóng dài) khi hạt

càng to.

• Người ta đã phủ vàng lên hạt nano silica (SiO2) tạo

ra một loại hạt lai nano có thể hấp thụ tia hồng ngoại Bước sóng hấp thụ được điều chỉnh với độ chính xác

rất cao qua sự tương quan giữa độ lớn của hạt

nano silica và độ dày của lớp phủ vàng để cho vật

liệu lai này có thể hấp thụ một vùng rộng lớn của tia hồng ngoại có bước sóng từ 800 đến 2.200 nm.

• Sử dụng các vật liệu lai nano để chữa bệnh ung thư.

• Người ta đã cải biến thêm bề mặt silica trong đó hạt nano siêu từ tính oxít sắt được kết hợp, sau

đó phủ vàng tạo ra một bề mặt phức hợp, đa

năng

(1) hạt nano silica trần; (2) được kết hợp với hạt oxit sắt; (3) được phủ bởi lớp nano vàng.

Vật liệu lai nano

• Hạt nano silica có đường kính 100 nm, hạt oxít sắt 7 nm và bề dày lớp phủ vàng

15 nm.

• Bề mặt phức hợp này có hai tác dụng

trên tế bào ung thư: lớp phủ vàng hấp

thụ tia hồng ngoại cho việc trị liệu nhiệt

và hạt nano oxít sắt có công dụng gia

tăng độ tương phản cho phương pháp

tạo ảnh cộng hưởng từ MRI.

Vật liệu lai nano

Que nano

• Khi hấp thụ tia laser que nano nóng chảy co lại thành dạng cầu Một nhóm nghiên cứu tại Đài Loan lần đầu tiên đã áp dụng sự biến

hình này để tải phân tử DNA vào các tế bào

• Khám phá này cho một tiềm

năng ứng dụng cực kỳ thú vị; ta chỉ cần dùng tia hồng ngoại để phóng thích nhân tố di truyền

vào trong các tế bào bằng một

vật tải không mang độc tính.

Que nano

Lời kết

- Một vật liệu nano – y học lý tưởng phải mang đặc tính tương thích sinh học, nghĩa là khả

năng thích ứng và không gây tác hại trong

môi trường sinh học

- Liệu hạt nano vô cùng nhỏ bé khi xâm nhập vào cơ thể sẽ đi đâu sau khi xong nhiệm vụ?

- Nếu có sự phân huỷ sinh học xảy ra trong cơ thể thì sẽ theo cơ chế và với tốc độ như thế

nào, và sản phẩm phân hủy có mang độc tính hay không?

www.themegallery.com

L/O/G/O