TIỂU LUẬN (Y DƯỢC) công NGHỆ SINH HỌC NANNO ỨNG DỤNG TRONG CHUẨN ĐOÁN VÀ điều TRỊ BỆNH UNG THƯ

TÀI LIỆU TRẮC NGHIỆM, BÀI GIẢNG PPT CÁC MÔN CHUYÊN NGÀNH Y DƯỢC HAY NHẤT CÓ TẠI “TÀI LIỆU NGÀNH Y DƯỢC HAY NHẤT” ;https://123doc.net/users/home/user_home.php?use_id=7046916. TÀI LIỆU LUẬN VĂN – BÁO CÁO – TIỂU LUẬN (NGÀNH Y DƯỢC). DÀNH CHO SINH VIÊN CÁC TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC VÀ CÁC TRƯỜNG KHÁC, GIÚP SINH VIÊN HỆ THỐNG, ÔN TẬP VÀ HỌC TỐT KHI HỌC TÀI LIỆU LUẬN VĂN – BÁO CÁO – TIỂU LUẬN (NGÀNH Y DƯỢC)

CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM MÔN: NHỮNG VẤN ĐỀ TRONG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HIỆN ĐẠI TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ SINH HỌC NANNO ỨNG DỤNG TRONG CHUẨN ĐOÁN VÀ ĐIỀU TRỊ BỆNH UNG THU GVHD: Mã HP: Nhóm: Tp.Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng năm CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VIỆN CƠNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM MÔN: NHỮNG VẤN ĐỀ TRONG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HIỆN ĐẠI TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ SINH HỌC NANNO ỨNG DỤNG TRONG CHUẨN ĐOÁN VÀ ĐIỀU TRỊ BỆNH UNG THU Sinh viên thực MSSV GVHD: Mã HP: Nhóm: Tp.Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng năm CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư LỜI CẢM ƠN Nhóm chúng tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: Ban giám hiệu trường Đại học Công Nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh nói chung và Viện Cơng Nghệ Sinh Học và Thực Phẩm nói riêng tạo điều kiện cho làm bài tiểu luận GVHD: TS Hoàng Nghĩa Sơn tận tình dạy dỗ, giúp đỡ, hướng dẫn chúng tơi tìm hiểu rõ mơn Những Vấn Đề Trong Công Nghệ Sinh Học Hiện Đại Thư viện trường Đại học Công Nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện cho chúng tơi tra cứu tài liệu liên quan Phòng đa phương tiện trường Đại học Cơng Nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh với hệ thống máy tính hoạt động liên tục giúp chúng tơi cập nhật thơng tin nhanh chóng Đồng cảm ơn góp ý tất các bạn lớp tận tình góp ý, tham gia đóng góp ý kiến để nhóm hoàn thành tốt bài tiểu luận Vì thời gian có hạn nên nhóm khơng thể trình bài tiểu luận cách tốt nhất, sai sót là điều khơng thể tránh khỏi Nhóm xin chân thành cám ơn ý kiến đóng góp tất các bạn để hoàn thành tốt lần sau Chúng xin chân thành cảm ơn! CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .4 MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐÊ NỘI DUNG 10 2.1 Giới thiệu Công Nghệ Sinh Học Nano 10 2.1.1 Khái niệm 10 2.1.2 Hướng nghiên cứu 12 2.2 Vật liệu dùng CNSH Nano 13 2.2.1 Vật liệu Nano 13 2.2.1 Vật liệu nano dùng công nghệ sinh học 15 2.2.1.1 Dạng cầu 15 2.2.1.2 Dạng .18 2.2.2 Vật liệu phân tử sinh học CNSH Nano 22 2.2.2.1 Protein 22 2.2.2.2 DNA .24 2.3 Cấu trúc nano tích hợp 25 2.3.1 Microarray .25 2.3.2 Microfluidic 26 2.3.3 Điện cực nano (nanosensor) 27 2.3.4 Thiết bị nano (nanodevice) 28 2.5 Phương pháp chế tạo vật liệu nano 29 2.5.1 Phương pháp hóa học 29 2.5.1.1 Micelle ngược .30 2.5.1.2 Khử 31 2.5.1.3 Tổng hợp điện hóa 32 CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư 2.5.2 Phương pháp vật lý 34 2.5.2.1 Các phương pháp học 34 2.5.2.2 Vi định vị không gian .35 2.5.2.3 Tổng hợp pha khí 35 2.5.2.4 Hồ quang điện 37 2.5.3 Các phương pháp sinh học 38 2.5.3.1 Tự lắp ráp phân tử 38 2.5.3.2 Vi chế tác dựa khuôn sinh học 41 2.5.3.3 Phỏng sinh học .41 2.5.3.4 Sinh học phân tử .43 2.4 Ứng dụng Công Nghệ Sinh Học Nano 44 2.4.1 Khám phá, phân phối thuốc và các phân tử liệu pháp 44 2.4.2 Chẩn đoán và điều trị .46 2.4.3 Kháng vi sinh vật 51 2.4.4 Phát và xác định cấu tử sinh học 51 2.4.5 Phân tách các cấu tử sinh học 53 2.4.6 Máy tính nano sinh học 55 2.4.7 Kết bước đầu nghiên cứu và ứng dụng CNSH Nano ở Việt Nam 57 2.5 Công nghệ nano và ứng dụng chẩn đoán ung thư sớm giới 60 2.5.1 Chẩn đoán ung thư sớm 60 2.5.2 Ứng dụng hạt nano chẩn đoán và điều trị ung thư 61 2.5.3 Ứng dụng kít nano sinh học sợi nano phát các thị ung thư 64 2.5.4 Các thị sinh học (biomarkers) dùng chẩn đoán ung thư 68 2.5.6 Công nghệ nano chẩn đoán và điều trị ung thư ở Việt Nam 68 KẾT LUẬN 72 Tài liệu tham khảo 73 CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư ĐẶT VẤN ĐỀ Công nghệ sinh học từ lâu biết đến với các thành tựu to lớn đời sống người và đáp ứng những nhu cầu cấp thiết xã hội Có thể kể tên các thành tựu nhân vơ tính, các phương pháp thụ tinh nhân tạo, chuyển gen Ngày công nghệ sinh học đại và tập trung nghiên cứu các quá trình chế ở mức phân tử Sinh học phân tử càng phát triển, càng cần các công cụ, vật liệu nhằm thâm nhập sâu vào giới hiển vi những quá trình cấu trúc sinh hoc nhằm tìm những hướng việc điều trị và chuẩn đoán nhiều bệnh nguy hiểm Ngay từ người tìm những sinh vật có đường kính rất nhỏ 200nm Thì thuật ngữ nano (nhỏ xíu) bắt đầu x́t tài liệu khoa hoc Kéo theo là liên kết các vật liệu kỹ thuật xác tương lai mà người sử dụng với thuật ngữ nanotechnology Cụ thể hơn, CNNN là khoa học, kỹ thuật và thao thác liên quan tới các hệ thống có kích thước nano, ở các hệ thống này thực nhiệm vụ điện, cơ, sinh, hóa tính toán đặc biệt Nền tảng cơng nghệ này là tượng “các cấu trúc, thiết bị và hệ thống có tính chất và chức ở kích thước siêu nhỏ” Cấu trúc CNNN bao gồm các hạt hay tinh thể nano, lớp nano và ống nano Khi các nhà khoa học tìm cách kết hợp nhằm tạo hướng mở đường cho những kỹ thuật đại giữa các vật liệu và tổ chức sinh học kích thước nano Sự giao thoa ấy mang lại cho sinh học những công cụ sinh học cho phép CNNN đạt các hệ thống có chức Và từ đó,CNSH nano là tập CNNN, gần với CNSH thêm khả thiết kế và biến đổi các chi tiết sinh học ở mức độ nguyên tử Điều đem lại những bước tiến thần kỳ y hoc, nông nghiệp, công nghiệp, sinh học phân tử,v,v Thơng qua bài tiểu luận này, nhóm chúng em có hội tìm hiểu vài thành tựu công nghệ sinh học nano Ứng dụng CNSHNN đời sống và các giải pháp CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư đạt nhằm nâng cao chất lượng sống, điều trị bệnh… Trong đó, những kỹ thuật đại nhất mang tính toàn cầu là ứng dụng CNSHNN vào việc chuẩn đoán bệnh ung thư Đó là đề tài “Ứng dụng công nghệ sinh học nano vào việc chuẩn đoán bệnh ung thư” mà nhóm chúng em tìm hiểu trình bày bài báo cáo này CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư NỢI DUNG 2.1 Giới thiệu Cơng Nghệ Sinh Học Nano 2.1.1 Khái niệm Nano theo tiếng Latinh (νανοσ) nghĩa là nhỏ xíu, theo tiếng Hy Lạp có nghĩa là lùn Hiện khoa học, tiền tố Nano biểu thị số 10 - tức kích thước phần tỷ m Tiền tố nano xuất tài liệu khoa học lần vào năm 1908, Lohmann sử dụng để các sinh vật rất nhỏ với đường kính 200 nm Vào năm 1974, Tanigushi lần sử dụng thuật ngữ công nghệ nano (nanotechnology) hàm ý liên kết các vật liệu cho kỹ thuật xác tương lai Cơng nghệ Nano (nano technology) việc nghiên cứu, học tập, tổng hợp và sử dụng các loại vật liệu, thiết bị hay kể các hệ thống có kích thước cỡ nano (1 phần tỷ mét) Cơng nghệ nano có ứng dụng rất lớn sống và là công nghệ triển vọng thời điểm lẫn tương lai Thử tưởng tượng có những thiết bị nhỏ cỡ nano vào người, tìm các phận bị “ốm” và tuyệt là góp phần làm phận “khỏe” trở lại Cơng nghệ này đánh giá là (ít gây ô nhiễm) và hiệu các công nghệ Tổ chức Nanotechnology Initiative (NNI) trực thuộc phủ Mỹ định nghĩa công nghệ Nano là “bất cứ thứ liên quan đến các cấu trúc có kích thước nhỏ 100nm” Định nghĩa này loại bỏ cách độc đoán chủ thể các nghiên cứu liên quan khác tập trung vào các thiết bị vi lỏng (microfluidic) và các vật liệu tiến hành ở quy mơ µm Trong “Bionanotechnology: lessons from nature”, Goodsell định nghĩa công nghệ Nano là “thao tác và chế tạo ở quy mơ nano với độ xác ngun tử” Cụ thể hơn, công nghệ Nano là khoa học, kỹ thuật và thao thác liên quan tới các hệ thống có kích thước nano, ở các hệ thống này thực nhiệm vụ điện, cơ, sinh, hóa tính toán đặc biệt Nền tảng cơng nghệ này là tượng “các cấu trúc, thiết bị và hệ thống có tính chất và chức ở kích thước siêu nhỏ” Cấu trúc cơng nghệ Nano bao gồm các hạt hay tinh thể nano, lớp nano và ống nano Các cấu trúc nano này CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư khác ở chỗ chúng tạo thành nào và các nguyên tử, phân tử chúng xếp Công nghệ sinh học nano (CNSH nano) là phạm trù khoa học xuất gần dựa sở kết hợp công nghệ nano và sinh học Một mặt CNSH nano nghiên cứu sử dụng “bộ máy sinh học” để hoàn thiện sáng tạo công nghệ nano Mặt khác nghiên cứu sử dụng cơng cụ cơng nghệ nano để nghiên cứu hệ sinh học Nói cách văn vẻ hơn, CNSH nano là thu nhỏ quá trình và thiết bị CNSH về mức độ nano Thí dụ công nghệ DNA nano hay máy họat động tế bào coi là CNSH nano, hai đều dựa vào họat động các phân tử sinh học ở mức độ nano Mặt khác, hạt nano sử dụng làm phương tiện vận chuyển thuốc chữa bệnh hướng đích làm cảm biến sinh học là thí dụ CNSH nano, trường hợp này, công cụ công nghệ nano sử dụng cho mục đích sinh học Hiểu biết về hóa sinh học là sở khoa học CNSH nano Vì CNSH nano nghiên cứu các quá trình biến đổi sinh học ở mức độ tế bào và mô liên quan đến: Biến đổi hình dạng, độ bám dính ; Sự kích thích cơ-điện, độ chứa điện, chứa lượng, pin sinh học ; Sự hấp phụ, phát huỳnh quang, tượng quanghóa; Độ giữ nhiệt, điều biến nhiệt ; Cách thức tế bào tương tác với vật liệu nano, các phân tử khuyết tật, hệ cơ-sinh học; Bệnh di truyền, ung thư, khuyết tật mô tạng, xây dựng hệ máy tính DNA Cơng nghệ Sinh Học nano là bất cứ ứng dụng nào công nghệ Nano nghiên cứu sinh học bao gồm: khám phá thuốc, thiết bị phối thuốc, công cụ chuẩn đoán, liệu pháp và vật liệu sinh học Theo NIH, Công nghệ Sinh Học nano là:  Áp dụng cơng cụ ở kích thước nano vào hệ thống sinh học  Sử dụng hệ thống sinh học làm khuôn mẫu để phát triển các sản phẩm cỡ nano Ở đây, cần phân biệt giữa ‘Nano&Bio’ (sử dụng công nghệ Nano để phân tích và tạo các hệ thống sinh học), và ‘Bio&Nano’ (sử dụng vât liệu và cấu trúc sinh học để tạo các hệ thống kỹ thuật) 10 CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư HCM chế tạo thành công chip sinh học gọi là vi cân tinh thể thạch anh QCM (Quatzt Crystal Microbalance) có khả đo phân bố khối lượng rất nhỏ (ng) dựa vào thay đổi tần số dao động cộng hưởng thạch anh Biochip này cho phép phát nhanh phẩy khuẩn tả Nano Biopharmaceutical, những công ty hàng đầu nghiên cứu và phát triển sản phẩm sinh-dược từ DNA tái tổ hợp đến công nghệ protein ở khu vực Châu Á-Thái Bình Dương đặt trụ sở Khu công nghệ cao TP HCM khu vực diện tích 15.000 m2 đạt tiêu chuẩn WHO GMP (5/2011) Hình Vi cân tinh thể thạch anh và bio chip phát phẩy khuẩn tả Nhóm nghiên cứu Nguyễn Công Hào và cs (Viện Công nghệ hóa TP HCM, Viện KH và Cơng nghệ Việt Nam) tạo b-cyclodextrin-alginate làm vật liệu vận chuyển thuốc chữa bệnh Nguyễn Anh Dũng và cs (Trung tâm CNSH, Đại học Tây nguyên) thực nghiên cứu chế tạo hạt nano-chitosan làm chất mang kích thích đáp ứng miễn dịch cho vaccine cúm A H5N1 Nhóm tác giả sử dụng phương pháp tạo hạt nano-chitosan là: tạo gel ionic TPP (tripolyphsphate), tạo huyền phù NaOH-methanol và khâu mạch 58 CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư tạo liên kết glutaraldehyde Sau sử dụng phương pháp cố định cách hấp phụ và nhốt kháng nguyên bề mặt hạt nano-chitosan Bùi Huy Du và Nguyễn Quốc Hiến và nghiên cứu chế tạo keo bạc nano bức xạ gamma-Co-60 có hiệu lực diệt nấm bệnh đạo ơn (Piricularia oryzae Cavara) và bệnh lem lét hạt (Pseudomonas glumae Kurita et Tabei) Nhóm nghiên cứu Phương Đình Tâm (Đại học bách khoa Hà Nội) cố định thứ tự DNA cảm biến xác định virus herpes Nguyễn Thị Phương Phong (Đại học Lạc Hồng) Nghiên cứu chế tạo dung dịch Cu nano phương pháp khử oxalate Cu, CuCl2, CuSO4 các chất khử ethylene glycole, diethylene glycole, glycerin kết hợp hỗ trợ vi sóng và sử dụng dung dịch Cu nano làm nguyên liệu chế tạo thuốc bảo vệ thực vật kháng và diệt bệnh nấm hồng Corticium salmonicolor, bệnh phấn trắng Oidium Heveae cao su 2.5 Công nghệ nano ứng dụng chẩn đoán ung thư sớm giới 2.5.1 Chẩn đoán ung thư sớm Ung thư là những loại bệnh nguy hiểm nhất loài người tỉ lệ mắc bệnh, tỉ lệ tử vong rất cao và thường tái phát sau điều trị, các tốn xã hội và tâm lí và sau điều trị Do chẩn đoán sớm, xác và điều trị hiệu ung thư là những vấn đề lớn nhất, quan tâm hàng đầu bởi y học và các ngành khoa học liên quan những thập kỉ qua Có thể nói rằng, kết điều trị bệnh nhân ung thư phụ thuộc rất nhiều vào khả phát ung thư giai đoạn đầu - phát ung thư sớm Vì việc phát triển những cơng nghệ có tính độ xác và đặc hiệu cao để phát ung thư sớm là các lĩnh vực quan tâm hàng đầu bởi các nhà khoa học toàn giới 59 CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư Vì phần lớn các quá trình sinh học, bao gồm các quá trình dẫn đến ung thư và phát triển ung thư đều xảy ở qui mô nano, các vật liệu và linh kiện nano với kích thước siêu nhỏ nanomet có khả thâm nhập vào bên các tế bào sống, mang lại các khả chưa có trước cho hai lĩnh vực lâm sàng các nghiên cứu tiên tiến nhất lĩnh vực điều trị và chẩn đoán ung thư Ví dụ các thiết bị phân tích dựa các vật liệu nano ống nano các bon (carbon nanotubes - CNTs), hạt nano (nanoparticles), dao động nano (nanocantilevers), và đặc biệt là sợi nano (nanowires - NWs)… nâng cao chất lượng và độ xác phép chẩn đoán hình ảnh việc phát các thị ung thư (tumor markers) với độ nhạy đến mức đơn phân tử, các kì vọng và u cầu cao nhất bất kì cơng việc phân tích nào Ngoài ra, với khả chứa thuốc, tải thuốc trị liệu để tiêu diệt tế bào ung thư đích mà khơng tiêu diệt hay gây tác dụng phụ lớn đến các tế bào bình thường, các hạt nano mở khả hoàn toàn điều trị ung thư Hình ảnh số vật liệu và linh kiện nano dùng phổ biến các nghiên cứu về chẩn đoán và điều trị ung thư minh họa hình 1, Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ nano lĩnh vực chẩn đoán và điều trị ung thư vô đa dạng và phong phú thể qua việc hàng nghìn các cơng trình khoa học cơng bố các tạp chí khoa học chuyên ngành, uy tín nhất thập kỉ vừa qua Do việc tóm tắt tất các thành tựu lĩnh vực này khuôn khổ báo cáo khoa học là việc Trong khuôn khổ bài báo này, nhóm tác giả tập trung vào việc tóm tắt các thành nghiên cứu và ứng dụng hạt nano (nanoparticles) và sợi nano (nanowires), là hai dạng vật liệu nano ứng dụng phổ biến với nhiều ưu việt nhất lĩnh vực chẩn đoán và điều trị ung thư 2.5.2 Ứng dụng hạt nano chẩn đoán điều trị ung thư Hạt nano là dạng thức đặc biệt vật liệu nano Hạt nano thường có dạng hình cầu gần hình cầu Các dạng thức khác hình que, hình lục lăng, tứ diện,… sử dụng nghiên cứu phổ biến Tính chất đặc biệt hạt nano chủ yếu đến từ kích thước chúng nhỏ độ dài đặc trưng tính chất nào 60 CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư Chúng sử dụng sinh học, đặc biệt là để chẩn đoán và điều trị ung thư nhờ vào khả xâm nhập sâu vào các quan thể đến quy mô tế bào cách dễ dàng Có ba loại vật liệu các nhà khoa học nước và nước ngoài đặc biệt quan tâm điều trị ung thư Đó là hạt nano từ tính, hạt nano kim loại, và hạt nano hữu (polyme) Hình 2.22 Thuốc chữa bệnh bọc hạt nano nhiều lớp,trong lớp ngồi có gắn nhóm chức cho phép kết cặp độ đặc hiệu ao với kháng 61 CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư nguyên/kháng thể khối u, bỏ qua tế bào khỏe (hình trên) Các kẽ hở nano vách huyết quản khối u (hình dưới, bên phải) lớn kích thước bình thường (hình dưới, bên trái), cho phép hạt nano có kích thước thích hợp (4 – 250 nm) chui qua, vào bên tiêu diệt khối u(9,2) Hạt nano từ tính: Hạt nano từ tính sử dụng tính chất đặc biệt vật liệu này ở kích thước nhỏ: Tính chất siêu thuận từ Hạt nano siêu thuận từ có từ tính mạnh ở từ trường, hoàn toàn khơng có từ tính ở điều kiện khơng có từ trường ngoài Sử dụng tính chất này, các nhà khoa học dùng hạt nano siêu thuận từ xít sắt (superparamagnetic iron oxide nanoparticle - SPION) để chẩn đoán ung thư SPION dùng làm tác nhân tăng độ tương phản ảnh cộng hưởng từ hạt nhân (magnetic resonance imaging - MRI) Cụ thể hơn, SPION chức hoá bề mặt liên kết với các tế bào ung thư làm thay đổi từ trường địa phương ở mô ung thư nhiều những vùng xung quanh làm cho độ tương phản vùng bị ung thư tăng so với các vùng khác Các SPION sử dụng các nghiên cứu về nhả chậm thuốc và dẫn thuốc đến đích nhờ từ trường, về tách ADN, đánh dấu tế bào phục vụ mục đích để chẩn đoán và điều trị ung thư Hạt nano từ tính dùng để điều trị khối u đốt nhiệt từ (hyperthermia) Nguyên tắc hoạt động ứng dụng này là dẫn hạt nano từ tính đến khối u Tác động từ trường xoay chiều bên ngoài làm cho hạt từ sinh nhiệt Nhiệt tỏa có hai nguồn gốc: Chuyển động Brown và nhiệt Neel Nhiệt lượng này tiêu diệt tế bào ung, các tế bào ở vùng lân cận khơng có hạt nano từ khơng ảnh hưởng nhiều Bằng cách chức hóa bề mặt hạt nano từ tính để hạt này khu trú các tế bào ung thư, người ta điều trị ung thư phương pháp an khơng có ảnh hưởng phụ so với các phương pháp phẫu thuật xạ trị Tuy nhiên khó khăn lớn nhấtgặp phải với các nhà khoa học là làm nào khu trú hạt nano đến đích với nồng độ đủ cao để diệt 62 CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư tế bào ung thư Ngoài ra, việc ứng dụng để điều trị thể khó khăn nhiều so với ứng dụng chẩn đoán ngoài thể Hạt nano kim loại: Hạt nano kim loại vàng, bạc, bạch kim có đặc trưng quang học rất đặc biệt Vì kích thước nhỏ nhiều bước sóng điện từ chiếu vào mà tượng cộng hưởng plasmon bề mặt (SPR) vật liệu này rất mạnh Chính hạt nano kim loại có tính chất tán xạ ánh sáng, hấp thụ ánh sáng rất mạnh Tính chất này khai thác việc đánh dấu tế bào ung thư vú Bằng cách gắn kết hạt nano vàng với tế bào ung thư, ánh sáng hiển vi trường tối, việc nhận biết tế bào ung thư rất dễ dàng so với các tế bào khác Sử dụng tính chất hấp thụ quang hạt nano vàng, các nhà khoa học sử dụng hạt nano vàng để làm “bom nano” Nguyên tắc hoạt động ứng dụng là gắn kết hạt nano vàng với tế bào ung thư, chiếu ánh sáng laser để hạt nano hấp thụ ánh sáng này Năng lượng hấp thụ lớn làm hạt nano vàng bị nóng chảy, làm nóng mơi trường xung quanh, tiêu diệt tế bào ung thư Hạt nano hữu cơ: Cuối muốn đề cập đến hạt nano hữu nhiều lớp, ở các lớp bên là các thuốc diệt tế bào ung thư, lớp ngoài có gắn các nhóm chức cho phép kết cặp với độ đặc hiệu cao với các kháng nguyên/kháng thể khối u, bỏ qua các tế bào khỏe Các nghiên cứu cho thấy các kẽ hở nano ở vách huyết quản khối u (hình 1b, bên phải) lớn kích thước bình thường (hình 1b, bên Tổng quan Y Học TP HồChí Minh trái), cho phép các hạt nano có kích thước thích hợp (4 - 250 nm) chui qua các khe hở nano, vào bên khối u Sau các kích hoạt bên ngoài kích hoạt nhiệt, từ trường thực để phávỡ lớp vỏ hữu cơ, giải phóng thuốc, tiêu diệt tế bào ung thư không làm ảnh hưởng đến các tế bào bình thường 63 CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư 2.5.3 Ứng dụng kít nano sinh học sợi nano phát các thị ung thư Sợi nano định nghĩa là vật liệu ở dạng sợi với đường kính sợi khoảng 100 nm Như thế, phải bó nhất triệu sợi nano lại với để có vật thể có kích thước ngang sợi tóc người với đường kính trung bình là 100 micron Khi ở dạng siêu nhỏ sợi nano, phần lớn các lớp nguyên tử cấu tạo nên sợi nằm bề mặt, dẫn đến các tính chất sợi, đặc biệt điện trở sợi, rất nhạy với các thay đổi mơi trường bên ngoài.Tính chất này làm sợi nano trở thành vật liệu lí tưởng để chế tạo các cảm biến sinh học hệ –bộ kít sinh học sợi nano - với khả hoàn toàn mà linh kiện trùn thống khơng có Cấu tạo và nguyên lí làm việc kít sinh học sợi nano minh họa hình 2.23 Về mặt tổng thể, kít sợi nano sinh học hoạt động dựa nguyên lí làm việc transitor hiệu ứng trường (Field Effect Transistor - FET), linh kiện phổ biến và truyền thống nhất công nghệ vi điện tử Các khả làm việc ưu việt kít sợi nano trình bày vắn tắt đây: Chỉ cần vài phân tử biomarkers từ dung dịch khơng khí bám lên bề mặt sợi đủ làm thay đổi đáng kể điện trở sợi - tính siêu nhạy kít 64 CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư Hình 2.23 Ngun lí hoạt động cấu trúc kít nano sinh học dựa sợi nano sợi bán dẫn silic loại P có chứa hạt dẫn mang điện dương Hai đầu sợi nano có tiếp xúc điện (khơng mơ tả hình vẽ) dòng điện chạy qua sợi nano Trên bề mặt sợi thụ động hóa mồi sinh học (bioreceptor) để bắt cặp với tumour markers cần phát (a) Sự bắt cặp receptors/biomarkers diễn bề mặt sợi diễn dung dịch có chứa tumour markers cho chảy qua sợi nano Các tumour marker, phầnlớn chất sinh học có tích điện làm tăng (b)hoặc giảm dịng điện chạy qua sợi (c) Bộ kít chứa nhiều sợi nano, cho phép phát lúc nhiều markers khác nhau, nâng cao độ xác phép chẩn đốn bệnh Vì kít hoạt động thơng qua đo đạc trực tiếp, liên tục điện trở, cho phép các phân tích phát nhanh (trong khoảng vài giây đến phút) - tính siêu nhanh kít sợi nano Vì các cặp mồi sinh học thiết kế để sử dụng có tính kết cặp siêu chọn lọc, cho phép cảm biến có độ chọn lọc rất cao với chất cần phát - tính chọn lọc đặc trưng 65 CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư cao cảm biến.Tính kết cặp siêu chọn lọc các cặp mồi sinh học là tính chất đặc thù, tuyệt vời tự nhiên, cho phép phân biệt cá thể riêng biệt quần thể cực phức tạp, phong phú Ví dụ trái đất có tỉ người với ấy phân tử DNA khác biệt, phân tử DNA kết cặp nhất với DNA khác thiết kế tương thích Hoặc receptor là kháng nguyên thiết kế sẵn, kháng nguyên này bắt cặp với kháng thể nhất với kháng ngun Một kít sinh học chế tạo bao gồm nhiều sợi nano, mà sợi gắn kết với mồi sinh học đặc trưng, cho phép phát đồng thời, lúc nhiều loại phân tử sinh học khác Khả này nâng cao tính xác phép phân tích tính đồng đa dạng kít sợi nano Hình 2.24.Sử dụng kít sợi nano để phát nhanh, siêu nhạy biomarker loại PSA máu người để chẩn đoán ung thư tiền liệt tuyến(3,4) 66 CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư Trong thời gian qua các nhà khoa học dùng nhiều công nghệ chế tạo khác nhau, chế tạo thành cơng kít nano dựa các cấu trúc sợi nano silic Ví dụ thiết bị nhóm nghiên cứu thuộc đại học Harvard, Mỹ, có khả phát nhanh (trong vài giây) và siêu nhạy (ở nồng độ fM) số phân tử sinh học protein (ứng dụng phát ung thư, virut) và DNA ngoại lai (phát bệnh Cystic fibrosis, bệnhvề sai hỏng gen trẻ sơ sinh) Hình 2.24 trình bày kết phát biomarkers loại PSA để chẩn đoán ung thư tiền liệt tuyến Trong ví dụ này, nồng độ PSA phát ở nồng độ nhỏ nhất là 0.9 ng/ml, tức là nhạy các phương pháp truyền thống hàng nghìn lần Hơn nữa PSA đo trực tiếp từ máu bệnh nhân, không cần qua bước chuẩn bị mẫu, rút ngắn đáng kể thời gian phân tích Với nhiều ưu việt khả phát nhanh, siêu nhạy các thị ung thư và các chất sinh học quan trọng khác DNA, proteins, virut… kít sợi nano và các nhóm nghiên cứu và cơng ty đa quốc gia đầu tư, nghiên cứu, để thương mại hóa vài năm tới 2.5.4 Các thị sinh học (biomarkers) dùng chẩn đoán ung thư Sự phát triển vượt bậc công nghệ sinh học phân tử, kết hợp với các nghiên cứu mô bệnh học cho phép đưa các thị (biomarker), diễn tả tồn và trạng thái sinh học bệnh Những thị sinh học sử dụng để nghiên cứu các quá trình tế bào, giám sát nhận gián đoạn thay đổi các quá trình các tế bào ung thư Những kết này cung cấp cho thơng tin về chế bắt đầu bệnh, quá trình phát triển, và cuối cung cấp phương pháp để chẩn đoán và điều trị bệnh các biện pháp thích hợp vào thời gian mong muốn Một biomarker là protein, đoạn protein, DNA, hay RNA Phát tồn các thị sinh học xác định ung thư Cùng với phát triển công nghệ proteomic, nhiều thị sinh học là protein phát cho 67 CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư nhiều loại bệnh ung thư Đồng thời, các nhà nghiên cứu thơng qua việc phân tích DNA methyl hóa khám phá các thị sinh học DNA số bệnh ung thư phổ biến(9,8) Có thể nói rằng, việc tìm các biomarker đặc hiệu, kết hợp với khả phát chúng ở nồng độ siêu nhỏ thơng qua việc sử dụng các kít nano siêu nhạy mở khả việc chẩn đoán ung thư sớm 2.5.6 Công nghệ nano chẩn đoán điều trị ung thư Việt Nam Nhận thức tiềm to lớn và ưu việt mà công nghệ nano hứa hẹn mang lại, vài năm gần phủ và đầu tư các sở vật chất và người, tạo điều kiện cho các nhà khoa học Việt Nam tiếp cận, tìm hiểu và triển khai nhiều nghiên cứu và ứng dụng cơng nghệ nano Ví dụ các trung tâm nghiên cứu và phịng thí nghiệm trọng điểm về công nghệ nano và xây dựng toàn quốc Viện ITIMS (ĐHBK Hà Nội), Trung tâm nghiên cứu công nghệ cao TP.HCM, Viện Khoa học Vật liệu (Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia), các trung tâm nano thuộc ĐHQG Hà Nội Ngoài các đơn vị Quân đội Học viện Kỹ thuật Quân sự, Bệnh viện 108, Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng Sinh y Dược học thuộc Học viện Quân Y… tiến hành các nghiên cứu để áp dụng cơng nghệ nano y sinh nói chung và nano nói riêng Với đầu tư nhà nước nói trên, các nhóm nghiên cứu và chế tạo nhiều loại vật liệu và linh kiện có cấu trúc nano khác cho các ứng dụng khá đa dạng Viện Khoa học Vật liệu, Viện khoa học và Công nghệ Việt Nam chế tạo thành công hạt nano từ dùng để đốt từ nhằm tiêu diệt tế bào ung thư Nhóm nghiên cứu ung thư thực nghiệm, Khoa Sinh học, ĐHKHTN Hà Nội 20 năm qua gây tạo thành cơng các mơ hình UTTN sarcoma 180 dạng lỏng (ascites), dạng đặc (solid) và dạng tế bào ung thư rời nuôi cấy in vitro, thử sàng lọc 50 chế phẩm tự nhiên và tổng hợp Việt Nam Về hiệu ứng đốt từ chất lỏng từ ứng dụng cho nhiệt trị ung thư thực bởi hai tập thể khoa học Viện Khoa học Vật liệu và ĐH KHTN, ĐHQG Hà Nội v.v… 68 CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư các nhóm nghiên cứu nước chế tạo các hạt từ nano ứng dụng đính kháng nguyên/kháng thể, để nâng cao chất lượng ảnh chụp các tế bào ung thư (8) Công ty cổ phần dược phẩm Danapha (Đà Nẵng) khởi công xây dựng nhà máy sản xuất thuốc theo công nghệ nanopharmaceutical, những công nghệ sản xuất dược phẩm tiên tiến nhất giới, chuyển giao từ đối tác Hoa Kỳ Tuy chưa sản xuất thuốc chữa trị ung thư giai đoạn đầu, các sản phẩm thuốc dựa cấu trúc hạt nano và liposome nhà máy này tạo xu hướngmới việc sử dụng các sản dược phẩm nano, tạo đà phát triển cho lĩnh vực thực rất này Tuy nhiên, vài nhóm nghiên cứu (ĐHBK Hà Nội) là tập trung nghiên cứu việc tổng hợp, chế tạo và ứng dụng cảm biến sợi nano để phát các phần tử sinh học, ứng dụng lĩnh vực y tế Ví dụ thời gian gần nhóm nghiên cứu ĐHBK HN tổng hợp các sợi polymer dẫn, sử dụng để phát virut và phân tử DNA Tuy vậy, heo các cập nhật nhất nhóm tác giả, nhiều yếu tố khác nhau, chưa nhóm nghiên cứu nào ở nước triển khai việc chế tạo các kít sinh học dựa cấu trúc sợi nano để phát các thị sinh học, dùng để chẩn đoán ung thư Trong thời gian gần đây, ĐHQG TP HCM nhà nước đầu tư xây dựng Phịng Thí nghiệm Cơng nghệ Nano (PTN CNNN) với tổng kinh phí khoảng triệu USD Với sở vật chất và trang thiết bị đại, đồng bộ, phịng thí nghiệm trọng điểm này cải thiện đáng kể về điều kiện và khả nghiên cứu công nghệ nano, cho phép các nhà khoa học nước có khả nghiên cứu về công nghệ nano đồng bộ, mở khả đưa nhanh các ứng dụng ưu việt công nghệ nano vào phục vụ sống trongthời gian ngắn, đặc biệt lĩnh vực chẩn đoán và điều trị bệnh (KC.04.12/06-10) (17) Gần PTN CNNN phối hợp với các đơn vị Bệnh viện Ung Bướu 69 CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư TP.HCM, Khoa Công nghệ Sinh học, Khoa Điện tử Viễn thông (ĐH KHTN, ĐHQG TP HCM)… đăng kí với Bộ KHCN để thực đề tài: Nghiên cứu chế tạo kít nano sinh học để chẩn đoán bệnh ung thư gan Đến thời điểm này, đề tài Bộ KHCN xét duyệt để tổ chức thực giai đoạn 2011 - 2013 Việc thực đề tài này là hội quý báu để các tập thể thực đề tài nói đào tạo, trang bị các kiến thức chun mơn đa lĩnh vực vật lí, hóa học, chế tạo nano, sinh học, điện tử y sinh, y học… chế tạo kít sinh học sợi nano phục vụ việc chẩn đoán nhanh, xác ung thư gan, tạo tiền đề phát triển cho việc chẩn đoán các ung thư khác Cơng nghệ nano có rất nhiều ứng dụng trội lĩnh vực chẩn đoán và điều trị ung thư sớm Trong chẩn đoán ung thư sớm, với việc việc tìm các biomarker đặc hiệu, kết hợp với khả phát chúng ở nồng độ siêu nhỏ thông qua việc sử dụng các cảm nano siêu nhạy mở kỷ nguyên việc chẩn đoán ung thư sớm Ngoài ra, hạt nano các loại vật liệu sử dụng để nâng cao độ phân giải hình ảnh việc chẩn đoán hình ảnh Trong điều trị ung thư, các hạt nano các loại vật liệu sử dụng làm chất dẫn thuốc đến tiêu diệt tế bào ung thư, không gây ảnh hưởng phụ đến 70 CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư KẾT LUẬN 71 CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư Tài liệu tham khảo Tài liệu tiếng Việt Lê Thu Hiền và cộng sự, 2004, Công Nghệ Sinh Học Nano, Tạp chí Cong Nghệ Sinh Học 2(2), 133-148 Nguyễn Tiến Thắng, 2011, Công nghệ Sinh học nano, triển vọng ứng dụng, Kỉ yếu khoa học Môi trường và Công nghệ sinh học, 280-286 Tài liệu tiếng Anh D L Patton, 2006, Preclinical Safety and Efficacy Assessments of DendrimerBased (SPL7013) Microbicide Gel Formulations in a Nonhuman Primate Model, Antimicrobialagents Andchemotherapy 50(5), p 1696–170 72 ... 2.5 Công nghệ nano và ứng dụng chẩn đoán ung thư sớm giới 60 2.5.1 Chẩn đoán ung thư sớm 60 2.5.2 Ứng dụng hạt nano chẩn đoán và điều trị ung thư 61 2.5.3 Ứng dụng. .. định và tái tạo xương từ canxi và phosphate Công ty pSiMedica (The 48 CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư Malverns, UK) sử dụng silicon phân h? ?y sinh học để câ? ?y vào... loại hóa trị khơng (zerovalent) 30 CNSH Nano và ứng dụng chuẩn đoán, điều trị Ung Thư dung dịch lỏng dung môi hữu công bố lần vào năm 1857 bởi Faraday, và cách tiếp cận na? ?y trở