MỤC LỤC Danh mục hình ảnh: .......................................................................................................... 2 1. KHÁI QUÁT VỀ UNG THƯ ....................................................................................... 3 1.1. Thế nào là ung thư ? ............................................................................................... 3 1.2. Nguyên nhân gây ra ung thư: .................................................................................. 4 1.3. Các tác nhân gây ra ung thư .................................................................................... 5 2. KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ NANO: ..................................................................... 6 2.1. Nano là gì ............................................................................................................... 6 2.2. Công nghệ nano ...................................................................................................... 6 2.3. Vật liệu nano .......................................................................................................... 7 2.4. Khoa học nano ........................................................................................................ 7 2.5. Cơ sở khoa học của công nghệ nano ....................................................................... 7 2.6. Một số ứng dụng tiểu biểu ...................................................................................... 7 3. PHÂN LOẠI ................................................................................................................. 8 3.1 Hạt nano vô cơ ............................................................................................................ 8 3.2 Hạt nano hữu cơ ...................................................................................................... 9 4. ỨNG DỤNG TRONG Y TẾ ......................................................................................... 9 4.1. HẠT NANO VÀNG ............................................................................................. 10 a Đặc tính của hạt nano vàng: ................................................................................. 10 b Cấu tạo: ................................................................................................................ 10 c Nguyên lý hoạt động ............................................................................................ 11 4.2. HẠT NANO POLYMER ...................................................................................... 14 5. ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA HẠT TẢI THUỐC NANO............................... 17 5.1 Ưu điểm................................................................................................................. 17 5.2 Nhược điểm ........................................................................................................... 18 6.Tài liệu tham khảo ....................................................................................................... 18 2 DANH MỤC ẢNH Hình 1: Các hình thái của tế bào ung thư ......................................................................... 3 Hình 2: Quá trình phát triển của tế bào ung thư ................................................................ 4 Hình 3: Các tác nhân gây ra ung thư ................................................................................. 6 Hình 4: Các loại hạt nano .................................................................................................. 8 Hình 5: Cấu tạo của hạt nano oxit sắt mạ vàng ................................................................ 10 Hình 6: Liên kết bề mặt của nano .................................................................................... 11 Hình 7: Sử dụng nam châm tập trung các hạt nano trong mạch máu ............................... 12 Hình 8: Bề mặt tế bào khối u 2 ..................................................................................... 13 Hình 9: Liên kết hạt nano với bề mặt khối u 2 .............................................................. 13 Hình 10: Hạt nano xâm nhập nội bào vào trong khối khu 2 .......................................... 14 Hình 11: Hạt nano nhả thuốc bên trong tế bào khối u 2 ................................................ 14 Hình 12: Thuốc được đưa vào bởi hạt nano polymer có hiệu quả cao hơn so với thuốc thông thường .................................................................................................................. 15 Hình 13: Các loại hạt nano polymer ................................................................................ 16 Hình 14: Cấu trúc hạt tải thuốc nano polymer ................................................................. 17 Hình 15: (a) Nhắm mục tiêu thụ động phụ thuộc vào sự xâm nhập của các hạt nano thông qua mạch máu khối u bị rò rỉ; (b) Nhắm mục tiêu chủ động khai thác các hạt nano biến đổi bề mặt; và (c) Tiến hành kích hoạt dựa trên các hạt nano phản ứng kích thích. ......... 17 3 1. KHÁI QUÁT VỀ UNG THƯ 1.1. Thế nào là ung thư ? Ung thư là bệnh lý ác tính của tế bào, khi bị kích thích bởi tác nhân gây ung thư, tế bào tăng sinh một cách vô hạn độ, vô tổ chức và không tuân theo các cơ chế về kiểm soát về phát triển của cơ thể. Những tế bào đó có khả năng xâm lấn những mô khác bằng cách phát triển trực tiếp vào mô lân cận hoặc di chuyển đến nơi xa (di căn). Nơi xuất hiện khối u, do sự gia tăng về nhu cầu vật chất để tổ hợp nên ở khối u sẽ có mật độ mạch máu cao hơn và nhiệt độ của khối u sẽ cao hơn xung quanh do sự tăng cường trao đổi chất. Hình 1: Các hình thái của tế bào ung thư Tăng sản là trường hợp tăng sinh mô do tốc độ phân bào quá mức, làm gia tăng số lượng tế bào nhưng chúng vẫn giữ trật tự sắp xếp bình thường trong mô. Quá trình này được xem là có thể hồi phục được. Tăng sản có thể là một đáp ứng bình thường của mô đối với tác nhân kích thích, chẳng hạn như cục chai ở da. Loạn sản là một dạng bất thường của tăng sinh tế bào quá mức đặc trưng bởi mất đi sắp đặt bình thường của mô và cấu trúc tế bào. Thường thì những tế bào như vậy sẽ quay trở lại đặc tính bình thường của chúng, nhưng đôi khi chúng dần dần trở nên ác tính. Mức độ nặng nhất của loạn sản được xem như là ung thư tại chỗ. Ung thư biểu mô tại chỗ được xem là sự phát triển không kiểm soát của tế bào vẫn còn nằm tại vị trí nguyên 4 thuỷ và chưa có biểu hiện xâm nhập đến nơi khác. Tuy vậy, ung thư biểu mô tại chỗ có thể phát triển thành ác tính xâm lấn và thường được phẫu thuật cắt bỏ nếu có thể. 1.2. Nguyên nhân gây ra ung thư: Nguyên nhân gây ung thư là sự sai hỏng của ADN, tạo nên các đột biến ở các gene thiết yếu điều khiển quá trình phân bào cũng như các cơ chế quan trọng khác. Nhiều đột biến được tích lũy lại sẽ gây ra sự tăng sinh không kiểm soát và tạo thành khối u. Khối u là một khối mô bất thường, có thể ác tính(ung thư) hoặc lành tính (không ung thư). Khối u là một khối mô bất thường, có thể ác tính, tức ung thư hoặc lành tính, tức không ung thư. Khi đến một mức độ nhất định, các tế bào ung thư sẽ theo đường máu và mạch bạch huyết để đến nơi khác tạo thành khối u mới, gọi là di căn. Tăng sinh là quá trình sinh lý xảy ra trong những điều kiện nhất định ở hầu hết các mô trong cơ thể sinh vật đa bào. Bình thường sự cân bằng giữa tốc độ của quá trình tăng sinh và quá trình chết của tế bào được điều hòa một cách chặt chẽ để đảm bảo cho tính toàn vẹn của cơ quan và mô. Khi các tế bào xảy ra những đột biến trong DNA, chúng có thể phá vỡ cơ chế điều khiển này và dẫn đến ung thư. Sự tăng sinh không kiểm soát và nhanh chóng của tế bào sẽ tạo thành các khối u. Thông thường, một tế bào bình thường để chuyển dạng sang tế bào ung thư phải trải qua một vài đột biến ở một số gene nhất định. Quá trình này liên quan đến cả hệ thống gene tiền ung thư và gene áp chế ung thư . Hình 2: Quá trình phát triển của tế bào ung thư 5 Gene tiền ung thư mã hoá trong quá trình truyền tín hiệu tiến hành phân bào. Do vậy, khi bị đột biến, các gene tiền ung thư sẽ biểu hiện quá mức , làm các tế bào tăng sinh thừa thãi, lúc này nó trở thành những gene ung thư . Tuy nhiên, vì các gene ung thư thực chất là các gene cần thiết đối với quá trình phát triển của cơ thể, do đó không thể loại bỏ các gene này khỏi hệ gene nhằm làm giảm khả năng ung thư. Gene áp chế ung thư mã hóa cho các chất truyền tin làm giảm hoặc ngừng quá trình phân chia của tế bào khi phát hiện thấy có sai hỏng về DNA. Đó là các enzyme đặc biệt có thể phát hiện các đột biến hay tổn thương DNA và đồng thời kích hoạt hệ thống enzyme sửa chữa DNA. Thông thường, các gene áp chế ung thư sẽ được kích hoạt khi có tổn thương DNA xảy ra, nhưng một số đột biến có thể bất hoạt protein áp chế ung thư hoặc làm mất khả năng truyền thông tin của nó. Điều này làm gián đoạn hoặc dừng cơ chế sửa chữa DNA, khi đó những tổn thương DNA được tích luỹ lại dần dần hình thành ung thư. Nhìn chung, điều kiện cần thiết để hình thành ung thư là phải đột biến ở cả hai nhóm gene tiền ung thư và gene áp chế ung thư. Chỉ khi có đủ gene tiền ung thư bị đột biến thành gene ung thư và có đủ gene ức chế khối u bị bất hoạt hoặc tổn thương lúc đó các tín hiệu cho tế bào phát triển vượt quá các tín hiệu điều hòa thì sự phát triển tế bào sẽ nhanh chóng vượt khỏi tầm kiểm soát. 1.3. Các tác nhân gây ra ung thư Đột biến có thể do các tác nhân khác nhau. Một số nguyên nhân riêng biệt được liên kết với các loại ung thư đặc hiệu. +Hút thuốc lá liên quan đến ung thư phổi. +Phơi nhiễm kéo dài đối với phóng xạ, đặc biệt là phóng xạ tia cực tím từ mặt trời, dẫn đến u hắc tố và các loại ung thư da khác. +Hít các sợi amiăng có liên quan đến u trung biểu mô. +Các dạng khác của đột biến cũng có thể gây ra bởi quá trình viêm mạn tính. 6 Các tác nhân gây ung thư tiêu biểu là: Lối sống không lành mạnh (hút thuốc lá, đời sống tình dục, ăn uống không lành mạnh….) Do yếu tố di truyền. Do virus… Hình 3: Các tác nhân gây ra ung thư 2. KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ NANO: 2.1. Nano là gì Nano là cách gọi tắt của nanometer (nm) 1 nm = 109 m ( 1 nm có 10 nguyên tử đứng cạnh nhau) 2.2. Công nghệ nano Công nghệ nano là một ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo, ứng dụng các cấu trúc, thiết bị với kích thước, hình dáng ở qui mô nanometer. 7 Công nghệ nano gắn liền với khoa học nano và vật liệu nano. Là những ứng dụng dựa trên sự hiểu biết của con người về qui mô nanomet được nghiêng cứu trong ngành khoa học nano. 2.3. Vật liệu nano + Vật liệu với kích thước nano, có cấu trúc các hạt, các sợi, các ống, các tấm mỏng,...có kích thước đặc trưng khoảng từ 1 nanômét đến 100 nanômét + Nhiều tính chất của vật liệu (điện, từ, nhiệt, cơ, quang, xúc tác...) thường được cải tiến mạnh mẽ ở kích thước nano và có thể đạt đến những đặc tính khác thường hay tuyệt vời 2.4. Khoa học nano + Là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng và sự can thiệp (manipulation) vào vật liệu ở quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Tại các quy mô đó, tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại các quy mô lớn hơn. + Ngành khoa học này liên quan đến nhiều ngành khoa học khác như vật lý học, hóa học, sinh học 2.5. Cơ sở khoa học của công nghệ nano + Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử > kích thước tới hạn ( các tính chất vật lý hóa học của vật liệu đều có 1 kích thước tới hạn, nếu vật liệu nhỏ vượt kích thước giới hạn thì tính chất vật lý ,hóa học của nó sẽ hoàn toàn thay đổi, cụ thể là tính chất lượng tử sẽ thể hiện rõ ràng hơn.) + Hiệu ứng bề mặt: ở thế giới nanometer, số nguyên tử nằm trên bề mặt vật liệu sẽ chiếm phần lớn tổng số nguyên tử > hiệu ứng liên quan đến bề mặt đa dạng tạo nên các ứng dụng đặt trưng cho công nghệ nano, vd: phủ nano diệt khuẩn, chống nước, chống trầy xước,... ) (Nguồn : https:vi.wikipedia.orgwikiCông_nghệ_nano, truy cập 2h50, 13112019) 2.6. Một số ứng dụng tiểu biểu Quần áo, vớ,... phủ nano có khả năng diệt khuẩn, khử mùi hôi. Ứng dụng trong chế tạo phân bón, thuốc xịt nhằm tăng khả năng hấp hấp thụ dinh dưỡng của cây cũng như diệt sâu bệnh. Ứng dụng của trong y học, cụ thể là chữa trị bệnh ung thư. 8 3. PHÂN LOẠI Hình 4: Các loại hạt nano 3.1 Hạt nano vô cơ Lớp hạt nano này bao gồm các hợp chất vô cơ, như oxit kim loại hoặc kim loại nguyên chất; một số ví dụ liên quan được mô tả sau đây. Nanoshells: là các hạt hình cầu bao gồm một lõi điện môi (nói chung) được bao quanh bởi một lớp kim loại mỏng. Cấu trúc này làm cho chúng cộng hưởng mạnh với ánh sáng ở các bước sóng cụ thể và cộng hưởng có thể được điều chỉnh trong một phổ bước sóng lớn bằng cách điều khiển độ dày vỏ và kích thước hạt nano. Nanoshells có thể hấp thụ hoặc tán xạ ánh sáng; nanoshell hấp thụ chủ yếu được sử dụng để tạo ra sự tăng thân nhiệt, trong khi đó các tán xạ được sử dụng làm chất tương phản. Các hạt nano vàng có tính chất quang và điện đặc biệt, độc tính thấp và khả năng phân hủy sinh học tiềm năng. Các hạt nano vàng đã được nghiên cứu như là một hệ thống phân phối cho các tác nhân trị liệu, trong liệu pháp quang động để điều trị ung thư, hoặc trong chẩn đoán để phát hiện dấu ấn sinh học cho các loại bệnh khác nhau. Các chấm lượng tử (Quantum dots) là một loại các hạt nano nhỏ (đường kính 22050nm) bao gồm một vật liệu bán dẫn, với các tính chất điện tử và quang học cụ thể, do tỷ lệ bề mặt trên thể tích cao của chúng. QD có khả năng phát huỳnh quang mạnh, khả năng chống ánh sáng và độ nhạy cao để phát hiện; do đó, chúng thường được khai thác cho mục đích hình ảnh. Tuy nhiên, chúng cũng có thể được sử dụng làm chất mang thuốc trong các ứng dụng trị liệu. 9 3.2 Hạt nano hữu cơ Lizosome được làm từ phospholipids, lipid và cholesterol. Do tính chất lưỡng tính của chúng, phospholipid tự lắp ráp trong nước, tạo thành các cấu trúc hình cầu trong đó đầu ưa nước đối mặt với dung môi, và đuôi kỵ nước hình thành nên lớp màng kép. Một lớp ngoài của poly (ethylene glycol) (PEG) thường là cần thiết để tăng cường sự ổn định tàng hình của họ. PEG được biết là cung cấp sự ổn định không gian, lưu thông máu kéo dài và giảm sự hấp thu từ hệ thống thực bào đơn nhân. Polyme tương tự hình thái của lizosome thông thường, nhưng chúng bao gồm các copolyme khối amphiphilic tổng hợp. Một chất đồng trùng hợp khối amphiphilic bao gồm hai hoặc nhiều khối polyme khác nhau được liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị; một trong các khối là polymer ưa nước, thường là PEG và khối còn lại có thể là bất kỳ polymer tương hợp sinh học nào, chẳng hạn như poly (axit lactic), poly (axit lacticcoglycolic), polystyrene hoặc polycaprolactone. Các copolyme khối có thể được thiết kế để có các tính chất cụ thể để thu được các hạt nano với các tính năng mong muốn. Polyme có tính ổn định cao hơn, độ bền cơ học cao hơn và giảm tính thấm so với liposome. 4. ỨNG DỤNG TRONG Y TẾ Y tế là một trong những ứng dụng lớn nhất của công nghệ nano. Ví dụ như việc điều trị bệnh ung thư, nhiều phương pháp điều trị khác nhau đã được thử nghiệm để có thể hạn chế các khối u phát triển và tiêu diệt chúng ở cấp độ tế bào. Một nghiên cứu đã cho kết quả rất khả quan khi sử dụng các hạt nano vàng để chống lại nhiều loại ung thư. Các hạt nano này sẽ được đưa đến các khối u bên trong cơ thể, sau đó có thể dùng các tia thích hợp bao gồm siêu âm, laser, hồng ngoại để kích hoạt hạt vàng gia nhiệt và nhiệt nóng sẽ tiêu diệt tế bào ung thư mà không hại tế bào lành khác. Các loại hạt nano tải thuốc: trong thực tế có rất nhiều loại hạt nano được sử dụng trong y té nhưng nhóm chung em chỉ đề cập tới 3 loại hạt nano thông dụng và có nhiều thông tin nhất: Hạt nano vàng. Hạt nano Polymer. Hạt nano Liposome.
MỤC LỤC Danh mục hình ảnh: KHÁI QUÁT VỀ UNG THƯ 1.1 Thế ung thư ? 1.2 Nguyên nhân gây ung thư: 1.3 Các tác nhân gây ung thư KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ NANO: 2.1 Nano 2.2 Công nghệ nano 2.3 Vật liệu nano 2.4 Khoa học nano 2.5 Cơ sở khoa học công nghệ nano 2.6 Một số ứng dụng tiểu biểu PHÂN LOẠI 3.1 Hạt nano vô 3.2 Hạt nano hữu ỨNG DỤNG TRONG Y TẾ 4.1 HẠT NANO VÀNG 10 a/ Đặc tính hạt nano vàng: 10 b/ Cấu tạo: 10 c/ Nguyên lý hoạt động 11 4.2 HẠT NANO POLYMER 14 ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA HẠT TẢI THUỐC NANO 17 5.1 Ưu điểm 17 5.2 Nhược điểm 18 6.Tài liệu tham khảo 18 DANH MỤC ẢNH Hình 1: Các hình thái tế bào ung thư Hình 2: Quá trình phát triển tế bào ung thư Hình 3: Các tác nhân gây ung thư Hình 4: Các loại hạt nano Hình 5: Cấu tạo hạt nano oxit sắt mạ vàng 10 Hình 6: Liên kết bề mặt nano 11 Hình 7: Sử dụng nam châm tập trung hạt nano mạch máu 12 Hình 8: Bề mặt tế bào khối u [2] 13 Hình 9: Liên kết hạt nano với bề mặt khối u [2] 13 Hình 10: Hạt nano xâm nhập nội bào vào khối khu [2] 14 Hình 11: Hạt nano nhả thuốc bên tế bào khối u [2] 14 Hình 12: Thuốc đưa vào hạt nano polymer có hiệu cao so với thuốc thơng thường 15 Hình 13: Các loại hạt nano polymer 16 Hình 14: Cấu trúc hạt tải thuốc nano polymer 17 Hình 15: (a) Nhắm mục tiêu thụ động phụ thuộc vào xâm nhập hạt nano thơng qua mạch máu khối u bị rò rỉ; (b) Nhắm mục tiêu chủ động khai thác hạt nano biến đổi bề mặt; (c) Tiến hành kích hoạt dựa hạt nano phản ứng kích thích 17 KHÁI QUÁT VỀ UNG THƯ 1.1 Thế ung thư ? Ung thư bệnh lý ác tính tế bào, bị kích thích tác nhân gây ung thư, tế bào tăng sinh cách vô hạn độ, vô tổ chức không tuân theo chế kiểm soát phát triển thể Những tế bào có khả xâm lấn mô khác cách phát triển trực tiếp vào mô lân cận di chuyển đến nơi xa (di căn) Nơi xuất khối u, gia tăng nhu cầu vật chất để tổ hợp nên khối u có mật độ mạch máu cao nhiệt độ khối u cao xung quanh tăng cường trao đổi chất Hình 1: Các hình thái tế bào ung thư Tăng sản trường hợp tăng sinh mô tốc độ phân bào mức, làm gia tăng số lượng tế bào chúng giữ trật tự xếp bình thường mô Quá trình xem hồi phục Tăng sản đáp ứng bình thường mô tác nhân kích thích, chẳng hạn cục chai da Loạn sản dạng bất thường tăng sinh tế bào mức đặc trưng đặt bình thường mô cấu trúc tế bào Thường tế bào quay trở lại đặc tính bình thường chúng, đơi chúng trở nên ác tính Mức độ nặng loạn sản xem "ung thư chỗ" Ung thư biểu mô chỗ xem phát triển khơng kiểm sốt tế bào nằm vị trí ngun thuỷ chưa có biểu xâm nhập đến nơi khác Tuy vậy, ung thư biểu mơ chỗ phát triển thành ác tính xâm lấn thường phẫu thuật cắt bỏ 1.2 Nguyên nhân gây ung thư: Nguyên nhân gây ung thư sai hỏng ADN, tạo nên đột biến gene thiết yếu điều khiển trình phân bào chế quan trọng khác Nhiều đột biến tích lũy lại gây tăng sinh khơng kiểm sốt tạo thành khối u Khối u khối mơ bất thường, ác tính(ung thư) lành tính (khơng ung thư) Khối u khối mơ bất thường, ác tính, tức ung thư lành tính, tức khơng ung thư Khi đến mức độ định, tế bào ung thư theo đường máu mạch bạch huyết để đến nơi khác tạo thành khối u mới, gọi di Tăng sinh trình sinh lý xảy điều kiện định hầu hết mô thể sinh vật đa bào Bình thường cân tốc độ trình tăng sinh trình chết tế bào điều hòa cách chặt chẽ để đảm bảo cho tính tồn vẹn quan mơ Khi tế bào xảy đột biến DNA, chúng phá vỡ chế điều khiển dẫn đến ung thư Sự tăng sinh không kiểm sốt nhanh chóng tế bào tạo thành khối u Hình 2: Q trình phát Thơng thường, tế bào bình thường để chuyển dạng triển tế bào ung thư sang tế bào ung thư phải trải qua vài đột biến số gene định Quá trình liên quan đến hệ thống gene tiền ung thư gene áp chế ung thư Gene tiền ung thư mã hoá trình truyền tín hiệu "tiến hành phân bào" Do vậy, bị đột biến, gene tiền ung thư biểu mức , làm tế bào tăng sinh thừa thãi, lúc trở thành gene ung thư Tuy nhiên, vì gene ung thư thực chất gene cần thiết trình phát triển thể, loại bỏ gene khỏi hệ gene nhằm làm giảm khả ung thư Gene áp chế ung thư mã hóa cho chất truyền tin làm giảm ngừng trình phân chia tế bào phát thấy có sai hỏng DNA Đó enzyme đặc biệt phát đột biến hay tổn thương DNA đồng thời kích hoạt hệ thống enzyme sửa chữa DNA Thông thường, gene áp chế ung thư kích hoạt có tổn thương DNA xảy ra, số đột biến bất hoạt protein áp chế ung thư làm khả truyền thơng tin Điều làm gián đoạn dừng chế sửa chữa DNA, tổn thương DNA tích luỹ lại hình thành ung thư Nhìn chung, điều kiện cần thiết để hình thành ung thư phải đột biến hai nhóm gene tiền ung thư gene áp chế ung thư Chỉ có đủ gene tiền ung thư bị đột biến thành gene ung thư có đủ gene ức chế khối u bị bất hoạt tổn thương lúc tín hiệu cho tế bào phát triển vượt tín hiệu điều hòa thì phát triển tế bào nhanh chóng vượt khỏi tầm kiểm sốt 1.3 Các tác nhân gây ung thư Đột biến tác nhân khác Một số nguyên nhân riêng biệt liên kết với loại ung thư đặc hiệu +Hút thuốc liên quan đến ung thư phổi +Phơi nhiễm kéo dài phóng xạ, đặc biệt phóng xạ tia cực tím từ mặt trời, dẫn đến u hắc tố loại ung thư da khác +Hít sợi amiăng có liên quan đến u trung biểu mô +Các dạng khác đột biến gây q trình viêm mạn tính Các tác nhân gây ung thư tiêu biểu là: Lối sống không lành mạnh (hút thuốc lá, đời sống tình dục, ăn uống không lành mạnh….) Do yếu tố di truyền Do virus… Hình 3: Các tác nhân gây ung thư KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ NANO: 2.1 Nano Nano cách gọi tắt nanometer (nm) nm = 109 m ( nm có 10 ngun tử đứng cạnh nhau) 2.2 Cơng nghệ nano Công nghệ nano ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo, ứng dụng cấu trúc, thiết bị với kích thước, hình dáng qui mô nanometer Công nghệ nano gắn liền với khoa học nano vật liệu nano Là ứng dụng dựa hiểu biết người qui mô nanomet nghiêng cứu ngành khoa học nano 2.3 Vật liệu nano + Vật liệu với kích thước nano, có cấu trúc hạt, sợi, ống, mỏng, có kích thước đặc trưng khoảng từ nanômét đến 100 nanômét + Nhiều tính chất vật liệu (điện, từ, nhiệt, cơ, quang, xúc tác ) thường cải tiến mạnh mẽ kích thước nano đạt đến đặc tính khác thường hay tuyệt vời 2.4 Khoa học nano + Là ngành khoa học nghiên cứu tượng can thiệp (manipulation) vào vật liệu quy mô nguyên tử, phân tử đại phân tử Tại quy mơ đó, tính chất vật liệu khác hẳn với tính chất chúng quy mô lớn + Ngành khoa học liên quan đến nhiều ngành khoa học khác vật lý học, hóa học, sinh học 2.5 Cơ sở khoa học cơng nghệ nano + Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử > kích thước tới hạn ( tính chất vật lý hóa học vật liệu có kích thước tới hạn, vật liệu nhỏ vượt kích thước giới hạn tính chất vật lý ,hóa học hồn tồn thay đổi, cụ thể tính chất lượng tử thể rõ ràng hơn.) + Hiệu ứng bề mặt: giới nanometer, số nguyên tử nằm bề mặt vật liệu chiếm phần lớn tổng số nguyên tử > hiệu ứng liên quan đến bề mặt đa dạng tạo nên ứng dụng đặt trưng cho công nghệ nano, vd: phủ nano diệt khuẩn, chống nước, chống trầy xước, ) (Nguồn : https://vi.wikipedia.org/wiki/Công_nghệ_nano, truy cập 2h50, 13/11/2019) 2.6 Một số ứng dụng tiểu biểu Quần áo, vớ, phủ nano có khả diệt khuẩn, khử mùi Ứng dụng chế tạo phân bón, thuốc xịt nhằm tăng khả hấp hấp thụ dinh dưỡng diệt sâu bệnh Ứng dụng y học, cụ thể chữa trị bệnh ung thư PHÂN LOẠI Hình 4: Các loại hạt nano 3.1 Hạt nano vô Lớp hạt nano bao gồm hợp chất vô cơ, oxit kim loại kim loại nguyên chất; số ví dụ liên quan mô tả sau Nanoshells: hạt hình cầu bao gồm lõi điện mơi (nói chung) bao quanh lớp kim loại mỏng Cấu trúc làm cho chúng cộng hưởng mạnh với ánh sáng bước sóng cụ thể cộng hưởng điều chỉnh phổ bước sóng lớn cách điều khiển độ dày vỏ kích thước hạt nano Nanoshells hấp thụ tán xạ ánh sáng; nanoshell hấp thụ chủ yếu sử dụng để tạo tăng thân nhiệt, tán xạ sử dụng làm chất tương phản Các hạt nano vàng có tính chất quang điện đặc biệt, độc tính thấp khả phân hủy sinh học tiềm Các hạt nano vàng nghiên cứu hệ thống phân phối cho tác nhân trị liệu, liệu pháp quang động để điều trị ung thư, chẩn đoán để phát dấu ấn sinh học cho loại bệnh khác Các chấm lượng tử (Quantum dots) loại hạt nano nhỏ (đường kính 22050nm) bao gồm vật liệu bán dẫn, với tính chất điện tử quang học cụ thể, tỷ lệ bề mặt thể tích cao chúng QD có khả phát huỳnh quang mạnh, khả chống ánh sáng độ nhạy cao để phát hiện; đó, chúng thường khai thác cho mục đích hình ảnh Tuy nhiên, chúng sử dụng làm chất mang thuốc ứng dụng trị liệu 3.2 Hạt nano hữu Lizosome làm từ phospholipids, lipid cholesterol Do tính chất lưỡng tính chúng, phospholipid tự lắp ráp nước, tạo thành cấu trúc hình cầu đầu ưa nước đối mặt với dung mơi, kỵ nước hình thành nên lớp màng kép Một lớp poly (ethylene glycol) (PEG) thường cần thiết để tăng cường ổn định tàng hình họ PEG biết cung cấp ổn định không gian, lưu thông máu kéo dài giảm hấp thu từ hệ thống thực bào đơn nhân Polyme tương tự hình thái lizosome thông thường, chúng bao gồm copolyme khối amphiphilic tổng hợp Một chất đồng trùng hợp khối amphiphilic bao gồm hai nhiều khối polyme khác liên kết với liên kết cộng hóa trị; khối polymer ưa nước, thường PEG khối lại polymer tương hợp sinh học nào, chẳng hạn poly (axit lactic), poly (axit lacticcoglycolic), polystyrene polycaprolactone Các copolyme khối thiết kế để có tính chất cụ thể để thu hạt nano với tính mong muốn Polyme có tính ổn định cao hơn, độ bền học cao giảm tính thấm so với liposome ỨNG DỤNG TRONG Y TẾ Y tế ứng dụng lớn cơng nghệ nano Ví dụ việc điều trị bệnh ung thư, nhiều phương pháp điều trị khác thử nghiệm để hạn chế khối u phát triển tiêu diệt chúng cấp độ tế bào Một nghiên cứu cho kết khả quan sử dụng hạt nano vàng để chống lại nhiều loại ung thư Các hạt nano đưa đến khối u bên thể, sau dùng tia thích hợp bao gồm siêu âm, laser, hồng ngoại để kích hoạt hạt vàng gia nhiệt nhiệt nóng tiêu diệt tế bào ung thư mà không hại tế bào lành khác * Các loại hạt nano tải thuốc: thực tế có nhiều loại hạt nano sử dụng y té nhóm chung em đề cập tới loại hạt nano thông dụng có nhiều thơng tin nhất: Hạt nano vàng Hạt nano Polymer Hạt nano Liposome 4.1 HẠT NANO VÀNG a/ Đặc tính hạt nano vàng: Điều làm nên đặc tính hạt nano vàng khả tương tác vượt trội với mơ ung thư thơng qua hiệu ứng thẩm thấu tăng cường (EPR) *EPR: Các mô ung thư phát triển đến kích thước định dẽ tiết hocmoon tự tạo mạch máu riêng từ mạch máu ta để cung cấp thêm chất dinh dưỡng oxy nuôi mô ung thư Các mạch máu ni có kích thước, chiều dài phân nhánh bất thường, cấu trúc thành mạch máu khác thường, có lỗ nhỏ ( gọi leaky vessels) tạo điều kiện thuận lợi cho hạt nano len lỏi qua, tiếp xúc với tế bào ung thư b/ Cấu tạo: Hình 5: Cấu tạo hạt nano oxit sắt mạ vàng Negatively charged iron oxide core: Lõi oxit sắt tích điện âm Positively charged cationic polymer layer: Lớp polymer tích điện dương Negatively charged gold seeds: Nhiều hạt vàng tích điện âm Complete gold: Phủ hoàn toàn lớp vàng Các hạt nano oxit sắt mạ vàng để an tồn, chúng bao phủ xung quanh hợp chất cao phân tử có tính tương thích sinh học cao PVA (Polymers) , Silica (SiO2) vàng Chất bao phủ có tác dụng chức hóa bề mặt để liên kết với phân tử khác nhóm chức carboxyl, biotin, avidin, carbodiimide,… 10 Hình 6: Liên kết bề mặt nano Bề mặt vàng liên kết gắn chặt với thiol (SH) chứa phân tử khác qua liên kết cộng hoá trị (Các thiol gọi mecaptan hợp chất hữu chứa nhóm sulfhydrylSH gắn vào nguyên tử C.) [6] Khi có diện SulfoNHS hiệu khớp nối qua trung gian EDC tăng lên cho kết hợp với kháng thể phân tử khác liên kết cộng hoá trị Este NHS phản ứng amin este SulfoNHS tạo với phân tử có chứa carboxyl.[5] Bề mặt giá mang nano ghép với poly ethylene glycol (PEG) Ở đó, chuỗi ethylene glycol hình thành liên kết với phân tử nước, dẫn đến hình thành lớp hydrat Lớp hydrat cản trở hấp phụ protein thực bào hệ thực bào đơn nhân Ngồi ra, bao phủ hạt nano lớp màng tế bào chiết xuất từ tế bào bạch cầu hồng cầu, giúp cho bề mặt nano “mô sinh học” Các hạt nano bao phủ lớp mô sinh học giảm hấp phụ protein (IgG albumin) 10 lần, giảm 5070% thực bào, giảm tích lũy gan lách c/ Nguyên lý hoạt động Hạt nanơ từ tính có tính tương hợp sinh học gắn kết với thuốc điều trị Lúc hạt nanơ có tác dụng hạt mang Thơng thường hạt nano vàng oxit tạo thành chất lỏng từ vào thể thông qua hệ tuần hồn Ví dụ ta sử dụng hạt nano vàng oxit bề mặt có gắn kháng thể nhắm mục tiêu thuốc doxorubicin để diệt tế bào khối u Thông thường hạt nano thường tiêm vào tĩnh mạnh, động mạch (hoặc tiêm trực tiếp vào vị trí khối u ) nên thơng số thủy lực thông lượng máu, nồng độ 11 chất lỏng từ, thời gian tuần hồn đóng vai trò quan trọng thông số sinh lý học khoảng cách từ vị trí thuốc đến nguồn từ trường, mức độ liên kết hạt nano, thể tích khối u Thực chất Gradient từ trường có tác dụng tập trung hạt Hiệu việc dẫn truyền thuốc phụ thuộc vào cường độ từ trường, gradient từ trường, thể tích tính chất từ hạt nanơ Các hạt có kích thước micrơ mét (tạo thành từ hạt siêu thuận từ có kích thước nhỏ hơn) hoạt động hiệu hệ thống tuần hoàn đặc biệt mạch máu lớn động mạch Hình 7: Sử dụng nam châm tập trung hạt nano mạch máu Nguồn từ trường thường nam châm NdFeB tạo từ trường khoảng 0,2 T gradient từ trường khoảng T/m với động mạch đùi khoảng 100 T/m với động mạch cổ Điều cho thấy trình dẫn thuốc hạt nanơ từ tính có hiệu vùng máu chảy chậm gần nguồn từ trường Khi hạt nano vào mạch máu, người ta dùng gradient từ trường mạnh để tập trung hạt vào vị trí thể Một hạt nano tập trung vị trí khối u hạt nano kết dính với bề mặt tế bào khối u Vì bề mặt tế bào khối u xuất nhiều thụ thể vai trò kháng nguyên 12 Hình 8: Bề mặt tế bào khối u [2] Khi gặp kháng thể hạt nano , liên kết với theo ngun tắc chìa khoá ổ khoá Hình 9: Liên kết hạt nano với bề mặt khối u [2] Quá trình nhả thuốc diễn thơng qua chế hoạt động enzym tính chất sinh lý học tế bào ung thư gây độ pH, trình khuyếch tán thay đổi nhiệt độ.[20] Khi hạt nano gắn lên bề mặt khối u bắt đầu xâm nhập nội bào , có nghĩa hạt nano xâm nhập vào bên tế bào khối u 13 Hình 10: Hạt nano xâm nhập nội bào vào khối khu [2] Những phần tử nano nhạy cảm với pH cho giảm độ pH từ mức pH sinh lý (7,4) đến mức pH nội bào (~ 6,4) gây co giãn thuận nghịch hạt nano kích thước kích thước từ 55 nm đến 340 nm; điều tạo thuận lợi cho việc phóng thích thuốc doxorubicin vào dịch bào tương (cytosol) Một tế bào (ung thư) bị chết doxorubicin phân rã, hạt nano chuyển đến tế bào lân cận chu trình lặp lặp lại.[1] Hình 11: Hạt nano nhả thuốc bên tế bào khối u [2] 4.2 HẠT NANO POLYMER Các hạt nano polyme điều chế từ polyme có khả tương thích sinh học phân hủy sinh học với kích thước khoảng từ 10 1000nm, thuốc hòa tan, đóng gói vào gắn vào ma trận hạt nano Nó biết đến đặc tính hấp dẫn, chẳng hạn kích thước nhỏ, khả phân hủy sinh học, độ hòa tan nước, không độc hại, thời hạn sử dụng dài ổn định trình lưu trữ 14 Hình 12: Thuốc đưa vào hạt nano polymer có hiệu cao so với thuốc thông thường Các công thức hạt nano phổ biến là: + Polyme tự nhiên, bao gồm polyesters tổng hợp poly (lactide) polycyanoacrylate polyme có liên quan poly (lactidecoglycolide) PLA poly (lactic acid) + Trong số polymer tự nhiên, chitosan polymer sử dụng rộng rãi Ngoài chitosan, gelatin, alginate albumen sử dụng thường xuyên, khắc phục số vấn đề độc tính mà polyme tổng hợp có Polyme tự nhiên (carbohydrate / protein) polymer tổng hợp chất ưa nước tự nhiên Nano polyme có tiềm to lớn chất mang thuốc chúng vận chuyển thuốc hệ quan khác nhau, dễ dàng thao tác đưa thuốc đến mơ đích cụ thể, giúp cải thiện an tồn thuốc Kích thước nanomet chúng hỗ trợ thẩm thấu hiệu thông qua màng tế bào ổn định máu Ưu điểm việc sử dụng hạt nano cao phân tử phân phối thuốc : sinh học phân hủy sinh học, làm tăng tính ổn định tác nhân dược phẩm dễ bay nào, độc hại hơn, phân phối thuốc nhắm mục tiêu, không gây độc không độc hại.( Vikas Rana, Radhika Sharma, in Applications of Targeted Nano Drugs and Delivery Systems, 2019) Hơn nữa, lớp phủ dựa polymer chức hóa thành loại hạt nano khác để thay đổi cải thiện tính chất phân phối sinh học chúng) Polyme trơ mặt sinh học (ethylene glycol) (PEG) liên kết hóa trị bề mặt 15 hạt nano Lớp phủ polymer làm giảm khả miễn dịch hạn chế trình thực bào hạt nano hệ thống lưới nội mô, dẫn đến tăng nồng độ thuốc máu quan não, ruột thận).( Hemant K.S Yadav, Manar S Debe, in Nanocarriers for Drug Delivery, 2019) Tùy thuộc vào phương pháp điều chế hạt nano, có nanospheres (quả cầu nano ) nanocapsules (viên nhộng nano ) + Nanospheres hệ thống ma trận vơ định hình tinh thể, thuốc phân tán vật lý cách thống (gắn ma trận) bảo vệ khỏi ăn mòn enzyme chất hóa học + Nanocapsules hệ thống hình thành xếp vỏ lõi nano, thuốc đặt khoang bao quanh màng polymer đặc biệt Cái trước bao gồm lớp vỏ polymer với lõi dầu dung dịch nước Hình 13: Các loại hạt nano polymer Các hydrogel polymer chất mang thích hợp để giải phóng, điều chỉnh hoạt chất có khả y học, dược phẩm sinh học mơ, cho hình thành, tăng trưởng ổn định hạt nano Hydrogel có tính chất tương tự mơ sống (hàm lượng nước cao, tính quán mềm cao su, sức căng liên kết thấp với nước chất lỏng sinh học) áp dụng làm hệ thống phân phối cho phân tử hoạt tính sinh học Các mạng lưới polymer liên kết chéo, có khả giữ nước khoảng trống có sẵn chuỗi polymer, tồn Do đặc tính phụ thuộc kích thước độc đáo họ, họ cung cấp khả phát triển cơng cụ chẩn đốn chẩn đoán Trong số tuyến vận chuyển thuốc khác nhau, đường uống sử dụng thường xuyên Tuy nhiên, mũi, nhãn khoa, tiêm, da, xuyên da, trực tràng, phổi người khác xem xét để nạp thuốc 16 Hình 14: Cấu trúc hạt tải thuốc nano polymer Hình 15: (a) Nhắm mục tiêu thụ động phụ thuộc vào xâm nhập hạt nano thơng qua mạch máu khối u bị rò rỉ; (b) Nhắm mục tiêu chủ động khai thác hạt nano biến đổi bề mặt; (c) Tiến hành kích hoạt dựa hạt nano phản ứng kích thích ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA HẠT TẢI THUỐC NANO 5.1 Ưu điểm Tập trung thuốc vào nơi cần xử lý, nhận dạng tế bào cần tiêu diệt > hạn chế tác dụng phụ cho bệnh nhân Kích thươc nhỏ giúp hạt tải thuốc nano hệ tuần hoàn lâu hơn, trì nồng độ thuốc ngưỡng điều trị, ảnh hưởng đến quan khác hao phí thuốc Có khả nhận dạng tế bào ung thư xác sớm Tiếp cận vùng ung thư cách thụ động, đánh dấu tế bào ung thư cách chủ động Kích thước nhỏ hạt thuốc hồ tan bình thường nên NPCs có khả nhập bào cách tự nhiên, tăng khả tiếp cận tê bào mang bệnh 17 5.2 Nhược điểm Công nghệ cao, chưa áp dụng rộng rãi Chi phí cao Đa số ứng dụng dừng lại mức độ nghiên cứu 6.Tài liệu tham khảo https://www.cancer.gov/nano/cancer-nanotechnology/benefits https://suckhoedoisong.vn/nanomedicine-va-hang-rao-sinh-hoc-cua-co-then165628.html http://www.nanomedicine.dtu.dk/research/biological-barriers https://www.slideshare.net/ramboobao/nanochemistry2012?fbclid=IwAR23msQLb Y7tdAXMB2NKj-wr9h8yyoEYVk0Mb1BtueC1rhghMvuLJNWWAAw https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/A39269#/A39269 Alexiou C, Arnold W, Klein R J, Parak F G, Hulin P, Bergemann C, Erhardt W, Wagenpfeil S and Lubbe A S 2000 Locoregional cancer treatment with magnetic drug targeting Cancer Res 60 6641–8 Voltairas P A, Fotiadis D I and Michalis L K 2002 Hydrodynamics of magnetic drug targeting J Biomech 35 813–21 http://huepharm-uni.edu.vn/index.php/vi/tin-tuc/thong-tin-y-duoc/338-mot-sothiet-ke-thuoc-hien-dai-vuot-qua-hang-rao-sinh-hoc [2] https://www.youtube.com/watch?v=RBjWwlnq3cA [3]https://www.researchgate.net/publication/322739738_Using_gold_nanoparticles _in_diagnosis_and_treatment_of_melanoma_cancer/figures?lo=1 [4] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214180416300344 18