luận văn thạc sĩ nghiên cứu biến tính PEG trên nano silica cấu trúc rỗng nhằm tăng cường hiệu quả mang tải và kiểm soát phóng thích thuốc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Nguyễn Anh Khoa NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH PEG TRÊN NANO SILICA CẤU TRÚC RỖNG NHẰM TĂNG CƯỜNG HIỆU QUẢ MANG TẢI VÀ KIỂM SỐT PHĨNG THÍCH THUỐC LUẬN VĂN THẠC SĨ: HĨA HỌC Thành phố Hồ Chí Minh - 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Nguyễn Anh Khoa NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH PEG TRÊN NANO SILICA CẤU TRÚC RỖNG NHẰM TĂNG CƯỜNG HIỆU QUẢ MANG TẢI VÀ KIỂM SỐT PHĨNG THÍCH THUỐC Chun ngành: Hóa vơ Mã số: 8440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ: HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC Hướng dẫn 1: PGS TS Nguyễn Đại Hải Thành phố Hồ Chí Minh – 2020 Lời cam đoan Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi hướng dẫn khoa học PGS TS Nguyễn Đại Hải Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực, chưa công bố đề tài cấp cơng trình khoa học tương tự Tp Hồ Chí Minh, Tháng 03 năm 2020 Học viên cao học Nguyễn Anh Khoa Lời cảm ơn Để hồn thành luận văn này, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: PGS TS Nguyễn Đại Hải, thầy hướng dẫn tận tình, sâu sắc tạo điều kiện cho em làm việc hoàn thành tốt luận văn NCS Nguyễn Thị Ngọc Trăm, Cô giúp đỡ em nhiều trình bố trí thí nghiệm Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam hỗ trợ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn tất tốt chương trình đào tạo Thạc sĩ, hồn thành luận văn Các bạn lớp cao học Hóa Vơ Hóa Phân tích khóa 2017A 2017B động viên giúp đỡ suốt trình học tập thực luận văn Cha mẹ gia đình ln bên cạnh hỗ trợ vật chất lẫn tinh thần để hoàn thành luận văn Danh mục ký hiệu chữ viết tắt STT Ký hiệu/ từ viết tắt Thuật ngữ đầy đủ Ý nghĩa APTES (3-aminopropyl)triethoxysilane Tiền chất tổng hợp BET Brunauer-Emmett-Teller Phương pháp hấp thụ đẳng nhiệt CTAB Cetyltrimethylammonium bromide Chất hoạt động bề mặt DLC Drug loadding content Khả mang thuốc DLE Drug loadding efficiency Hiệu mang thuốc DLS Dynamic light scattering Tán xạ ánh sáng động DOX Doxorubicin Thuốc chống ung thư doxorubicin dSiO2 Dense silica Silica cấu trúc rắn EtOH Ethanol Hóa chất etanol 10 FTIR Fourier transform infrared Quang phổ hồng ngoại biến đổi spectroscopy fourier 11 HMSN Hollow mesoporous silica nanoparticles Nano silica cấu trúc rỗng 12 HMSN@PEG - Nano silica cấu trúc rỗng phủ phân tử PEG 13 MPEG Methoxy polyethylene glycol 14 MPEG-NPC - Methoxy polyethylene glycol hoạt hóa tác nhân NPC 15 MCM Mobil Composition of Matter - 16 MSNs Mesoporous Silica Nanoparticles Hạt nano silica cấu trúc xốp 17 MSS Mesoporous silica shells Vỏ silica cấu trúc xốp 18 Na2CO3 Sodium carbonate Hóa chất natri cacbonat 19 NMR Nuclear magnetic resonance spectroscopy Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 20 NPC p-nitrophenyl chloroformate Hóa chất p-nitrophenyl chloroformate 21 SBA Santa Barbara - 22 TEM Transmission electron microscopy Kính hiển vi điện tử truyền qua 23 TEOS Tetraethyl orthosilicate Hóa chất Tetraetyl orthosilicat 24 TGA Thermal gravimetric analysis Phân tích nhiệt trọng trường 25 THF Tetrahydrofuran Hóa chất tetrahydrofuran 26 UV-Vis Ultraviolet-visible spectroscopy Phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến 27 VLYS Vật liệu y sinh Phòng Vật liệu y sinh Danh mục bảng biểu Tên bảng Trang Bảng 1.1 Các vị trí ung thư di thể 10 Bảng 2.1 Các hóa chất sử dụng thí nghiệm 38 Bảng 2.2 Danh sách thiết bị sử dụng thí nghiệm 39 Bảng 3.1 Kích thước hạt HMSN-NH2 vật liệu liên quan 59 Bảng 3.2 Sự thay đổi khối lượng mẫu HMSN, MPEG HMSN@PEG theo nhiệt độ 62 Bảng 3.3 Độ hấp thụ tương ứng với nồng độ DOX khác 64 Bảng 3.4 Hiệu khả mang thuốc hệ HMSN HMSN@PEG 65 Danh mục hình ảnh, đồ thị, sơ đồ Tên hình ảnh, đồ thị Trang Hình 1.1 Tỷ lệ mắc ung thư Việt Nam năm 2018 Hình 1.2 Cơ chế hình thành ung thư Hình 1.3 Sự tạo mạch tế bào ung thư Hình 1.4 Quá trình di ung thư 10 Hình 1.5 Sơ đồ kỳ chu trình tế bào 17 Hình 1.6 (1) Cấu trúc hóa học (2) chế hoạt động doxorubicin 19 Hình 1.7 Hiệu ứng tăng cường tính thấm thời gian lưu giữ (hiệu ứng EPR) phân phối thuốc tới đích thụ động 22 Hình 1.8 Sơ đồ thể nguyên tắc điều trị ung thư hệ nano mang thuốc phân phối thuốc tới đích chủ động 23 Hình 1.9 Cấu trúc thường tìm thấy silica 24 Hình 1.10 Cấu trúc MCM-41 (A) MCM-48 (B) 26 Hình 1.11 Cấu trúc phân tử polyethylene glycol 29 Hình 1.12 Cấu trúc phân tử methoxy polyethylene glycol 29 Hình 1.13 Quá trình mang thuốc vật liệu 33 Hình 1.14 Nghiên cứu tổng hợp biến tính nano silica cấu trúc rỗng từ hạt polystyrene Jeonghun Le 34 Hình 1.15 Ảnh TEM HMSN-NH2 (a) biểu đồ cho thấy khả load thuốc vật liệu (b) 35 Hình 1.16 Nghiên cứu tổng hợp nano silica cấu trúc rỗng từ lõi nano vàng 35 Hình 1.17 Biểu đồ mơ tả khả phóng thích thuốc 5-FU hệ nano silica xốp biến tính với chitosan-PEG 36 Hình 1.18 Biểu đồ mơ tả khả phóng thích thuốc doxorubicin hệ nano silica xốp biến tính với gelatin-MPEG pH 7,4 4,5 37 Hình 2.1 Sơ đồ phát triển hạt silica cấu trúc rắn dSiO2 41 Hình 2.2 Hình dạng mixen CTAB 42 Hình 2.3 Phản ứng chức hóa bề mặt hạt nano silica cấu trúc rỗng nhóm amin 46 Hình 2.4 Phản ứng hoạt hóa MPEG p-nitrophenyl chloroformate 47 Hình 2.5 Trung tâm thân điện tử nhóm carbonyl 47 Hình 2.6 Phản ứng phủ polyethylene glycol hoạt hóa lên bề mặt HMSN 49 Hình 3.1 Phổ XRD hạt HMSN 56 Hình 3.2 Phổ FTIR HMSN trước (A) sau (B) chức hóa bề mặt hạt nano silica cấu trúc rỗng nhóm amin 57 Hình 3.3 Ảnh chụp TEM phân bố kích thước hạt hạt (A,A’) dSiO2, (B,B’) dSiO2@CTAB/MSS, (C,C’) HMSN (D,D’) HMSN-NH2 58 Hình 3.4 Phổ hấp thụ hồng ngoại MPEG-NPC 59 Hình 3.5 Phổ 1H-NMR MPEG-NPC (A), đối chiếu với tài liệu tham khảo (B) 60 Hình 3.6 Ảnh chụp TEM phân bố kích thước hạt hạt (A,A’) HMSNNH2 (B.B’) HMSN@PEG 61 Hình 3.7 Phổ hấp thụ hồng ngoại (A) HMSN chưa chức hóa nhóm amin, (B) MPEG (C) HMSN@PEG 61 Hình 3.8 Giản đồ nhiệt trọng trường mẫu HMSN chưa chức hóa nhóm amin, MPEG HMSN@PEG 63 Hình 3.9 Đường đẳng nhiệt hấp phụ BET mẫu HMSN@PEG 63 Hình 3.10 Đường chuẩn Doxorubicin 64 Hình 3.11 Kết phóng thích thuốc doxorubicin hệ phân phối thuốc DOX/HMSN@PEG DOX nguyên chất 66 Tên sơ đồ Trang Sơ đồ 2.1 Sơ đồ tổng hợp hạt nano silica cấu trúc rắn 41 Sơ đồ 2.2 Sơ đồ phủ lớp vỏ silica cấu trúc xốp 43 Sơ đồ 2.3 Sơ đồ ăn mòn lõi dSiO2@CTAB/MSS Na2CO3 45 Sơ đồ 2.4 Sơ đồ chức hóa bề mặt hạt nano silica cấu trúc rỗng nhóm amin 46 Sơ đồ 2.5 Sơ đồ hoạt hóa MPEG p-nitrophenyl chloroformate 48 Sơ đồ 2.6 Sơ đồ phủ polyethylene glycol hoạt hóa lên bề mặt HMSN 50 Sơ đồ 2.7 Sơ đồ mang thuốc loại thuốc dư hệ HMSN@PEG 52 Sơ đồ 2.8 Sơ đồ đánh giá khả nhả thuốc hệ DOX/HMSN@PEG 54 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1.1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU TỔNG QUAN VỀ UNG THƯ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TRỊ LIỆU 1.1.1 Thực trạng bệnh ung thư 1.1.2 Nguyên nhân phát sinh ung thư 1.1.3 Tổng quan chế hình thành ung thư 1.1.3.1 Năm bước tăng sinh lan rộng ung thư 1.1.3.2 Một số ảnh hưởng ung thư di đến quan thứ cấp 11 1.1.4 Phương pháp điều trị ung thư 12 1.1.4.1 Phẫu thuật 12 1.1.4.2 Xạ trị 13 1.1.4.3 Hóa trị 15 1.1.4.4 Một số phương pháp điều trị khác 16 1.1.5 Phương pháp hóa trị 17 1.1.5.1 Cơ chế tác động chung 17 1.1.5.2 Các loại thuốc sử dụng hóa trị 17 1.1.5.3 Thuốc trị ung thư Doxorubicin 19 1.2 HỆ PHÂN PHỐI THUỐC 21 1.2.1 Khái niệm hệ phân phối thuốc 21 1.2.2 Hệ phân phối thuốc nano silica 24 1.2.2.1 Vật liệu nano silica thuộc họ MCM 25 1.2.2.2 Vật liệu nano silica thuộc họ SBA 27 1.2.2.3 Vật liệu nano silica cấu trúc rỗng 27 1.2.3 Polyethylene glycol – tác nhân kiểm sốt phóng thích thuốc 28 1.2.3.1 Giới thiệu PEG 28 1.2.3.2 Tính chất hóa lý polyethylene glycol 29 1.2.3.3 Sự PEG hóa ứng dụng PEG y sinh 31 1.2.4 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 33 1.2.4.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 33 1.2.4.2 Tình hình nghiên cứu nước 36 CHƯƠNG 2.1 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38 NGUYÊN VẬT LIỆU – THIẾT BỊ 38 2.1.1 Nguyên vật liệu 38 2.1.1.1 Dụng cụ 38 2.1.1.2 Hóa chất 38 2.1.2 Thiết bị 39 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 40 2.2.1 Tổng hợp hạt nano silica cấu trúc rỗng 41 2.2.1.1 Tổng hợp hạt nano silica cấu trúc rắn (dense silca nanoparticles) 41 2.2.1.2 Phủ lớp vỏ silica cấu trúc xốp (dSiO2@CTAB/MSS) 43 2.2.1.3 Ăn mịn lõi hình thành hạt nano silica cấu trúc rỗng 45 2.2.1.4 Chức hóa bề mặt hạt nano silica cấu trúc rỗng nhóm amin 46 2.2.2 Bao bọc hạt nano silica cấu trúc rỗng polyethylene glycol 48 2.2.2.1 Hoạt hóa MPEG p-nitrophenyl chloroformate 48 2.2.2.2 Phủ polyethylene glycol hoạt hóa lên bề mặt hạt nano silica cấu trúc rỗng 50 2.2.3 Đánh giá khả mang tải nhả thuốc hệ sau tổng hợp 52 2.2.3.1 Đánh giá khả mang tải thuốc doxorubicin 52 2.2.3.2 Đánh giá khả nhả thuốc doxorubicin 54 2.2.4 Phương pháp đánh giá cấu trúc vật liệu 55 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 57 3.1 KẾT QUẢ TỔNG HỢP CHẤT MANG 57 3.1.1 Tổng hợp hạt nano silica cấu trúc rỗng 57 3.1.1.1 Phân tích phổ XRD 57 3.1.1.2 Phân tích phổ hấp thụ hồng ngoại (FTIR) 57 3.1.1.3 Phân tích hình thái cấu trúc ảnh TEM 58 3.1.1.4 Phân tích kích thước hạt DLS 59 3.1.2 Bao bọc hạt nano silica cấu trúc rỗng polyethylene glycol 60 3.1.2.1 Biến tính MPEG p-nitrophenyl chloroformate 60 3.1.2.2 Phủ polyethylene glycol hoạt hóa lên bề mặt hạt nano silica cấu trúc rỗng 61 3.2 KẾT QUẢ MANG TẢI VÀ NHẢ THUỐC DOXORUBICIN 65 3.2.1 Tính tốn hiệu khả mang tải thuốc 65 3.2.2 Khảo sát khả phóng thích thuốc 66 CHƯƠNG 4.1 4.2 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68 KẾT LUẬN 68 KIẾN NGHỊ 68 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 ... khả mang tải kiểm sốt phóng thích thuốc hiệu điều trị ung thư * Mục đích Tổng hợp thành cơng hệ nano silica cấu trúc rỗng biến tính bề mặt hệ nano silica cấu trúc rỗng PEG cho khả mang tải thuốc. .. nghiên cứu định hướng phủ polyme ưa nước mạch dài polyethylen glycol nhằm tăng hiệu mang tải kiểm sốt phóng thích thuốc Đó lý thực đề tài “NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH PEG TRÊN NANO SILICA CẤU TRÚC RỖNG... RỖNG NHẰM TĂNG CƯỜNG HIỆU QUẢ MANG TẢI VÀ KIỂM SỐT PHĨNG THÍCH THUỐC” luận văn này, với mong muốn cải thiện hạn chế vật liệu nano silica cấu trúc rỗng túy, góp phần tạo hệ phân phối thuốc hiệu