Ứng dụng hạt nano từ tính Fe3O4 vào trong chẩn đoán ung thư PHẦN 3. TỔNG KẾT Ứng dụng hạt nano từ miễn dịch vào chẩn đoán bệnh ung thư là một phương pháp khá mới mẻ. Trên thế giới cũng có nhiều bài báo khoa học về phương pháp này, nhưng tại Việt Nam còn khá hạn chế. Việc sử dụng các phương pháp truyền thống như “Hóa mô miễn dịch” tuy có nhiều ưu điểm nhưng cũng rất nhiều bất cập. Vì vậy, việc cần phải nghiên cứu thêm nhiều phương pháp mới và áp dụng vào chẩn đoán bệnh ung thư ở Việt Nam là điều tất yếu. Hạt nano từ miễn dịch được phát triển dựa trên cơ sở “Hóa mô miễn dịch” và từ trường. Chúng ở cấu trúc nano nên hầu như có thể len lỏi vào tế bào và tương tác với các phân tử sinh học. Đồng thời chúng có thể tương tác với từ trường bên ngoài nên có thể dễ dàng trong việc phân tách.
Giảng viên: Th Cao Thị Mỹ Dung Sinh viên: Lê Thanh Thịnh Môn Công nghệ vật liệu từ Khoa Học Vật liệu HẠT NANO TỪ Fe3O4 VÀ ỨNG DỤNG CHẨN ĐOÁN TẾ BÀO UNG THƯ Giảng viên: Th Cao Thị Mỹ Dung Sinh viên: Lê Thanh Thịnh Mssv: 1219267 Giảng viên: Th Cao Thị Mỹ Dung Sinh viên: Lê Thanh Thịnh Môn Công nghệ vật liệu từ Khoa Học Vật liệu PHẦN MỞ ĐẦU Công nghệ nano làm thay đổi sống chúng ta, nhờ vào khả có kích thước nano mét, đó, vật liệu nano thể nhiều tính chất đặc biệt lý thú Vì công nghệ nano đề tài nghiên cứu quan trọng quan tâm nhiều Một nhánh quan trọng công nghệ nano, lý sinh học nano, đó, vật liệu nano sử dụng để chẩn đoán điều trị bệnh Lý sinh học nano nghiên cứu mạnh mẽ nhờ vào ứng dụng linh hoạt hiệu nhiều lĩnh vực: môi trường, y dược, vật liệu, Các hạt nano từ tính có kích thước tương ứng với kích thước từ (1 nm -10 nm) kích thước vi rút (10-100 nm) Chính mà hạt nano xâm nhập vào hầu hết quan thể giúp cho thao tác qui mô phân tử tế bào Từ trường hại người nên hạt nano từ tính quan tâm sử dụng nhiều vào mục đích chẩn đoán trị bệnh Giảng viên: Th Cao Thị Mỹ Dung Sinh viên: Lê Thanh Thịnh PHẦN 1 Môn Công nghệ vật liệu từ Khoa Học Vật liệu TỔNG QUAN VẬT LIỆU NANO Fe3O4 Hạt nano từ tính (nano sắt từ) Việc ứng dụng hạt nano oxit sắt siêu thuận từ vào chẩn đoán trị bệnh thu nhiều thành có triển vọng cao Trong số nhiều loại oxit sắt khác maghemite (γ – Fe2O3) magnetite (Fe3O4) hai loại oxit sắt có đầy đủ ba điều kiện hạt nano dùng y sinh (đã nêu phần trên) nên hai loại oxit sắt có nhiều ứng dụng quan trọng liên quan đến dẫn thuốc, tách tế bào, chụp cộng hưởng từ,… Trong magnetite vật liệu dùng phổ biến nhất, có độ ổn định từ tính ổn định tốt maghemite Do viết đề cập đến megnetite 1.1 Cấu trúc magnetite (Fe3O4) Magnetite khoáng vật phổ biến thể tính chất hợp kim sắt từ Mô tả tính chất vật lý magnetite rộng Cấu trúc magnetite thuộc nhóm spinel, có công thức sắt Cấu trúc sắt từ phát sinh từ mạng lưới xen kẽ Fe2+ Fe3+ Điều cung cấp độ từ tính mạnh so với hợp chất tự nhiên sắt từ khác lõi ferrihydrite protein phức chất sắt (ferritin protein) Fe3O4 (Magnetite nanoparticles) đại diện cho vật liệu đầy hứa hẹn ứng dụng y học Lượng lớn thuốc enzyme đưa vào vật liệu mao quản trung bình chuyên biệt hạt nano để hỗ trợ cho phản ứng lai hóa đồng thời giảm ảnh hưởng độ bão hòa từ tính Sự tổng hợp trực tiếp cấu trúc mao quản trung bình cần quan tâm Vì đó, hạt nano magnetite tổng hợp cách sử dụng bình phản ứng đồng kết tủa nhiệt độ phòng có mặt chất khác Giảng viên: Th Cao Thị Mỹ Dung Sinh viên: Lê Thanh Thịnh Môn Công nghệ vật liệu từ Khoa Học Vật liệu NaOH, KOH, NH3H2O (C2H5)4NOH Magnetite thể đặc tính siêu thuận từ nhiệt độ phòng giá trị độ bão hòa từ hóa (Saturation Magnetization) phụ thuộc kích thước tinh thể mức độ kết tụ hạt nano Khi bị ảnh hưởng độ pH, chất kiềm, việc bổ sung nhanh hay chậm dung dịch kiềm, phương thức làm khô hạt dẫn đến hình thành cấu trúc mao quản trung bình 1.2 Ứng dụng hạt nano từ tính Có thể chia ứng dụng hạt nano từ tính hướng Thứ tập trung hướng bên tế bào gồm việc tách, tinh hợp chất sinh học như: DNA, mRNA, protein tế bào,… việc tách hợp chất hay tinh chúng đóng vai trò quan trọng phản ứng sinh học, xúc tác (enzyme) cho phản ứng khác dùng làm dấu sinh học để chuẩn đoán bệnh Thứ chủ yếu ứng dụng bên thể Cụ thể chụp cộng hưởng từ, dẫn thuốc nhiệt cục Vì có tính chất siêu thuận từ nên vào thể dùng từ hạt nano từ tính tập trung vị trí mong muốn Khi chúng thực chức sinh học hay vật lý gắn bề mặt hạt cách cụ thể ảnh hưởng đến quan khác có tập trung vào mục tiêu mong muốn Trong báo cáo này, em đề cập tới ứng dụng vào chẩn đoán bệnh ung thư người Tính siêu thuận Bất vật liệu có hưởng ứng với từ trường (H), thể độ từ hóa (từ độ - M) Tỷ số χ= M/H gọi độ cảm từ Tùy thuộc vào giá trị, độ cảm từ phân làm loại vật liệu từ khác Vật liệu có χ< (~ -10-6) gọi vật liệu nghịch từ Vật liệu có χ> (~10-6) gọi vật liệu thuận từ Vật liệu có χ> với giá trị lớn vật liệu sắt từ Đối với vật liệu siêu thuận từ, từ dư lực kháng từ không Điều có nghĩa là, ngừng tác động từ trường ngoài, vật liệu không từ tính nữa, đặc điểm quan trọng dùng vật liệu cho ứng dụng y sinh học Giảng viên: Th Cao Thị Mỹ Dung Sinh viên: Lê Thanh Thịnh Môn Công nghệ vật liệu từ Khoa Học Vật liệu Hạt nano từ tính dùng y sinh học cần phải thỏa mãn ba điều kiện sau: Tính đồng hạt cao, từ độ bão hòa lớn vật liệu có tính tương tích sinh học (không có độc tính) Tính đồng kích thước tính chất liên quan nhiều đến phương pháp chế tạo, từ độ bão hòa tính tương tích sinh học liên quan đến chất vật liệu Trong tự nhiên, sắt (Fe) vật liệu có từ độ bão hòa lớn nhiệt độ phòng, sắt không độc thể người với nồng độ thích hợp tính ổn định làm việc môi trường không khí nên vật liệu oxit sắt nghiên cứu nhiều để làm hạt nano từ tính Giảng viên: Th Cao Thị Mỹ Dung Sinh viên: Lê Thanh Thịnh PHẦN Môn Công nghệ vật liệu từ Khoa Học Vật liệu ỨNG DỤNG TRONG CHẨN ĐOÁN TẾ BÀO UNG THƯ Tế bào ung thư dấu ấn đặc trưng 1.1 Khái niệm Ung thư nhóm bệnh liên quan đến việc phân chia tế bào cách vô tổ chức tế bào có khả xâm lấn mô khác cách phát triển trực tiếp vào mô lân cận di chuyển đến nơi xa (di căn) Hiện có khoảng 200 loại ung thư 1.2 Nguyên nhân Nguyên nhân gây ung thư sai hỏng ADN, tạo nên đột biến gene thiết yếu điều khiển trình phân bào chế quan trọng khác Một nhiều đột biến tích lũy lại gây tăng sinh không kiểm soát tạo thành khối u Khối u khối mô bất thường, ác tính, tức ung thư lành tính, tức không ung thư Chỉ khối u ác tính xâm lấn mô khác di Khái niệm ác hay lành tính nên hiểu mặt giải phẫu bệnh học nhiều khả gâychết người Thật vậy, người sống nhiều năm với ung thư hắc tố da, khối u "lành tính" hộp sọ chèn ép não gây tàn phế tử vong Ngoài liên quan đến yếu tố môi trường như: thuốc lá, thực phẩm tẩm hóa chất độc hại, vv Giảng viên: Th Cao Thị Mỹ Dung Sinh viên: Lê Thanh Thịnh Môn Công nghệ vật liệu từ Khoa Học Vật liệu 1.3 Các dấu ấn đặc trưng Bảng 1a Các kháng thể đặc trưng cho vài loại tế bào Bảng 1b Các dấu ấn đặc biệt ung thư vú • Ngoài ra, HER2 protein xuyên màng mã hóa gen sinh ung ERBB2 Giảng viên: Th Cao Thị Mỹ Dung Sinh viên: Lê Thanh Thịnh Môn Công nghệ vật liệu từ Khoa Học Vật liệu Kháng nguyên – Kháng thể chế chúng 2.1 Kháng nguyên - Là phân tử kích thích đáp ứng miễn dịch thể, đặc biệt sản xuất kháng thể - Có thể protein hay polysaccharide, loại phân tử nào, mang phân tử hapten nhỏ gắn với protein chuyên chở - Epitope: phần nhỏ kháng nguyên, vị trí tiếp xúc với kháng thể Một kháng nguyên có vài epitope, epitope nhận biết kháng thể riêng biệt 2.2 Kháng thể - Là protein nhận biết kết nối với kháng nguyên đặc hiệu - Cấu trúc: phân tử hình chữ Y với chuỗi protei: chuỗi nặng chuỗi nhẹ Gồm vùng thay đổi (Fab, phần đầu nhánh chữ Y, chứa epitope) vùng ổn định (Fc, phần gốc chữ Y, quan trọng kết nối với hạt nano từ tính vị trí này) - Mỗi kháng thể có vị trí kết nối kháng nguyên - Phân loại: kháng thể đa dòng kháng thể đơn dòng Kháng thể đơn dòng Kháng thể đa dòng Giảng viên: Th Cao Thị Mỹ Dung Sinh viên: Lê Thanh Thịnh Môn Công nghệ vật liệu từ Khoa Học Vật liệu 2.3 Cơ chế kháng nguyên – kháng thể - Khi xuất vật lạ xâm nhập vào bên thể (kháng nguyên độc tố hình bên) thể tiết loại kháng thể ứng với kháng nguyên - Các kháng thể bắt giữ độc tố trung hòa chúng, không cho chúng làm nguy hại đến thể - Các kháng thể sau tiêu biến, đồng thời độc tố loại bỏ khỏi thể Cấu trúc hạt nano từ miễn dịch: gồm lớp: Fe3O4@SiO2@antibody - Hạt nano từ Fe3O4: đóng vai trò chất mang, giúp phân lập kháng nguyên – kháng thể tách khỏi mô tế bào nhờ từ trường - Lớp vỏ bảo vệ hạt nano: thường sử dụng SiO2 (có tính trơ tương thích sinh học), giúp ổn định nâng cao hiệu suất gắn nhóm chức lên bề mặt hạt nhóm thiol, amine, cacboxyl, - Kháng thể (antibody): liên kết với hạt nano từ tính vị trí đặc hiệu Giảng viên: Th Cao Thị Mỹ Dung Sinh viên: Lê Thanh Thịnh Môn Công nghệ vật liệu từ Khoa Học Vật liệu Cơ sở chẩn đoán - Dựa vào chế kháng nguyên – kháng thể, sử dụng hạt nano từ tính để bắt kháng nguyên, dùng từ trường phân lập chúng để từ xác định bệnh - Các hạt nano từ tính bọc lớp vỏ SiO2 tương đối trơ tương thích sinh học Vì chúng hoạt động tốt thể, cụ thể tế bào mà không làm ảnh hưởng nhiều đến mô tế bào - Các hạt nano từ tính chức hóa bề mặt với số nhóm chức -NH2, -SH, -COOH Các nhóm chức có khả tạo liên kết với phân tử sinh học thông qua nối cộng hóa trị ( CO-NH, S-S, OC-O) Vì chúng dễ dàng gắn kết với kháng thể kháng thể tương tác bắt cặp với kháng nguyên tế bào bệnh tương ứng - Khi bắt giữ kháng nguyên tế bào bệnh sử dụng phương pháp hóa nhuộm trước tách khỏi mẫu mô bệnh phẩm nhờ từ trường tiếp đến biểu kết kháng nguyên dương tính (+) âm tính (-) tế bào ung thư Từ dễ dàng dự đoán có bệnh hay không Đánh giá kết - Sử dụng chất nhuộm màu cho mẫu cần chẩn đoán, màu đỏ ( dùng EAC) màu vàng nâu (nếu dùng DAC) - Phân lập kháng nguyên có mẫu bệnh phầm ( sinh thiết) Nếu: Âm tính: màu không xuất đỏ vàng nâu Dương tính: tức có diện kháng nguyên mẫu tế bào hệ hạt nano từ miễn dịch bắt màu đỏ vàng nâu tạo phức hợp kháng nguyên – kháng thể - hệ màu Ứng dụng thực tiễn - Hiện giai đoạn nghiên cứu 10 Giảng viên: Th Cao Thị Mỹ Dung Sinh viên: Lê Thanh Thịnh Môn Công nghệ vật liệu từ Khoa Học Vật liệu Ưu – nhược điểm phương pháp - Ưu điểm: dễ thực hiện, quy trình đơn giản, dễ phân lập kháng nguyên nhờ hệ hạt từ miễn dịch - Nhược điểm: Yêu cầu độ nhạy chưa cao áp dụng kháng thể đơn dòng, sử dụng kháng thể đa dòng độ xác giảm (do bắt kháng nguyên khác) Để cho kết xác cần phải bắt màu nhiều lần cần tốn nhiền thời gian Phương pháp chẩn đoán có lợi việc xác định nguồn gốc tế bào bị hạn chế việc xác định u lành tính hay ác tính Quy trình tổng quát 11 Giảng viên: Th Cao Thị Mỹ Dung Sinh viên: Lê Thanh Thịnh PHẦN Môn Công nghệ vật liệu từ Khoa Học Vật liệu TỔNG KẾT Ứng dụng hạt nano từ miễn dịch vào chẩn đoán bệnh ung thư phương pháp mẻ Trên giới có nhiều báo khoa học phương pháp này, Việt Nam hạn chế Việc sử dụng phương pháp truyền thống “Hóa mô miễn dịch” có nhiều ưu điểm nhiều bất cập Vì vậy, việc cần phải nghiên cứu thêm nhiều phương pháp áp dụng vào chẩn đoán bệnh ung thư Việt Nam điều tất yếu Hạt nano từ miễn dịch phát triển dựa sở “Hóa mô miễn dịch” từ trường Chúng cấu trúc nano nên len lỏi vào tế bào tương tác với phân tử sinh học Đồng thời chúng tương tác với từ trường bên nên dễ dàng việc phân tách Chính vậy, hạt nano từ miễn dịch hứa hẹn mang đến nhiều triển vọng tương lai gần cho việc chẩn đoán bệnh ung thư ngày gia tăng Việt Nam Từ nâng cao mức sống khả phòng bệnh cho người dân Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO • Jianfeng Fei, Wenchao Dou and Guangying Zhao, “A sandwich electrochemical immunoassay for Salmonella pullorum and Salmonella gallinarum based on a AuNPs/SiO2/Fe3O4 adsorbing antibody and channel screen printed carbon electrode electrodeposited gold nanoparticles”, Royal soiety of Chemistry, 2015 • Sách “Hóa mô miễn dịch chẩn đoán tiên lượng & điều trị bệnh”, PGS Hứa Thị Ngọc Hà, 2014 • Qing Li,1 Hui Qi,1 Han-Xin Zhou,1 Chun-Yan Deng,1 Hai Zhu,3 Jin-Feng Li,3 Xi-Li Wang,3 and Fu-Rong Li, “Detection of micrometastases in peripheral blood of non-small cell lung cancer with a refined immunomagnetic nanoparticle enrichment assay”, 2011 • Và số hình ảnh từ internet 12 [...]... lần cần tốn nhiền thời gian Phương pháp chẩn đoán này có lợi thế trong việc xác định nguồn gốc tế bào nhưng bị hạn chế trong việc xác định u lành tính hay ác tính 8 Quy trình tổng quát 11 Giảng viên: Th Cao Thị Mỹ Dung Sinh viên: Lê Thanh Thịnh PHẦN 3 Môn Công nghệ vật liệu từ Khoa Học Vật liệu TỔNG KẾT Ứng dụng hạt nano từ miễn dịch vào chẩn đoán bệnh ung thư là một phương pháp khá mới mẻ Trên thế... chế Việc sử dụng các phương pháp truyền thống như “Hóa mô miễn dịch” tuy có nhiều ưu điểm nhưng cũng rất nhiều bất cập Vì vậy, việc cần phải nghiên cứu thêm nhiều phương pháp mới và áp dụng vào chẩn đoán bệnh ung thư ở Việt Nam là điều tất yếu Hạt nano từ miễn dịch được phát triển dựa trên cơ sở “Hóa mô miễn dịch” và từ trường Chúng ở cấu trúc nano nên hầu như có thể len lỏi vào tế bào và tương tác... với các phân tử sinh học Đồng thời chúng có thể tương tác với từ trường bên ngoài nên có thể dễ dàng trong việc phân tách Chính vì vậy, các hạt nano từ miễn dịch hứa hẹn sẽ mang đến nhiều triển vọng trong tương lai gần cho việc chẩn đoán bệnh ung thư ngày càng gia tăng ở Việt Nam Từ đó nâng cao mức sống và khả năng phòng bệnh hơn cho người dân Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO • Jianfeng Fei, Wenchao Dou and... “A sandwich electrochemical immunoassay for Salmonella pullorum and Salmonella gallinarum based on a AuNPs/SiO2 /Fe3O4 adsorbing antibody and 4 channel screen printed carbon electrode electrodeposited gold nanoparticles”, Royal soiety of Chemistry, 2015 • Sách “Hóa mô miễn dịch trong chẩn đoán tiên lượng & điều trị bệnh”, PGS Hứa Thị Ngọc Hà, 2014 • Qing Li,1 Hui Qi,1 Han-Xin Zhou,1 Chun-Yan Deng,1...Giảng viên: Th Cao Thị Mỹ Dung Sinh viên: Lê Thanh Thịnh Môn Công nghệ vật liệu từ Khoa Học Vật liệu 7 Ưu – nhược điểm của phương pháp - Ưu điểm: dễ thực hiện, quy trình đơn giản, dễ phân lập kháng nguyên nhờ hệ hạt từ miễn dịch - Nhược điểm: Yêu cầu về độ nhạy còn chưa cao do chỉ áp dụng đối với từng kháng thể đơn dòng, còn nếu sử dụng kháng thể đa dòng thì độ chính xác giảm (do... Hui Qi,1 Han-Xin Zhou,1 Chun-Yan Deng,1 Hai Zhu,3 Jin-Feng Li,3 Xi-Li Wang,3 and Fu-Rong Li, “Detection of micrometastases in peripheral blood of non-small cell lung cancer with a refined immunomagnetic nanoparticle enrichment assay”, 2011 • Và một số hình ảnh từ internet 12 ... nhiều để làm hạt nano từ tính Giảng viên: Th Cao Thị Mỹ Dung Sinh viên: Lê Thanh Thịnh PHẦN Môn Công nghệ vật liệu từ Khoa Học Vật liệu ỨNG DỤNG TRONG CHẨN ĐOÁN TẾ BÀO UNG THƯ Tế bào ung thư dấu... Dung Sinh viên: Lê Thanh Thịnh PHẦN 1 Môn Công nghệ vật liệu từ Khoa Học Vật liệu TỔNG QUAN VẬT LIỆU NANO Fe3O4 Hạt nano từ tính (nano sắt từ) Việc ứng dụng hạt nano oxit sắt siêu thuận từ vào... Giảng viên: Th Cao Thị Mỹ Dung Sinh viên: Lê Thanh Thịnh PHẦN Môn Công nghệ vật liệu từ Khoa Học Vật liệu TỔNG KẾT Ứng dụng hạt nano từ miễn dịch vào chẩn đoán bệnh ung thư phương pháp mẻ Trên giới