Ngày nay có ba loại chất tương phản MRI: thuận từ (Gd), siêu thuận từ (hạt nano oxit sắt) và từ tính. Gd (III) là một tác nhân thuận từ, với các electron bên ngoài không ghép cặp, cái đó làm giảm thời gian phục hồi T1 của các proton lân cận. Hợp chất của Gd (phức chất của Gd) đáp ứng một số yêu cầu cho mục đích chẩn đoán MRI: khả năng sửa đổi một số tính chất mô liên quan đến độ tương phản hình ảnh, độ đặc hiệu của mô, thời gian bù hợp lý (hình ảnh trong cộng hưởng từ), độc tính thấp và thời gian bảo quản dài.
THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN TỔNG QUAN VỀ TỔNG HỢP HẠT NANO CHITOSAN-POLY ACRYLIC AXIT CHỨA GD-DTPA ỨNG DỤNG CHO ẢNH CỘNG HƯỞNG TỪ (MRI) Trung tâm Cơng nghệ đất Phịng ứng dụng cơng nghệ & phân tích Viện Cơng nghệ xạ Chụp cộng hưởng từ (MRI) kỹ thuật sử dụng rộng rãi để thu chi tiết giải phẫu mơ mềm lợi ích sau: khơng ion hóa, vơ hại hình ảnh có độ phân giải cao với độ tương phản mô mềm khác biệt mô khác [1] Sự tương phản mơ khơng giống tăng cường cách sử dụng hợp chất thuận từ Ngày có ba loại chất tương phản MRI: thuận từ (Gd), siêu thuận từ (hạt nano oxit sắt) từ tính Gd (III) tác nhân thuận từ, với electron bên ngồi khơng ghép cặp, làm giảm thời gian phục hồi T1 proton lân cận Hợp chất Gd (phức chất Gd) đáp ứng số yêu cầu cho mục đích chẩn đốn MRI: khả sửa đổi số tính chất mơ liên quan đến độ tương phản hình ảnh, độ đặc hiệu mô, thời gian bù hợp lý (hình ảnh cộng hưởng từ), độc tính thấp thời gian bảo quản dài đất gadolini (Gd) với diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA) tái tổ hợp phức chất thuận từ, ổn định mạnh, tương ứng tốt động vật Phức gadolini có từ tính mạnh làm giảm hydroproton nồng độ thấp (dưới 0,01 mmol/L) Dược động học Gd-DTPA tiêm tĩnh mạch tương tự thuốc tương phản iốt tiếng sử dụng chụp cắt lớp chụp động mạch, tiết chủ yếu qua thận 90% 24 Liều LD50 tiêm tĩnh mạch trục meglumine Gd-DTPA 10 mmol/ kg chuột cho thấy khơng có phân ly ion gadolinium từ phối tử DTPA Sự kết hợp phức chất với phục hồi proton mạnh, ổn định, tiết nước tiểu nhanh dung lượng cao tạo điều kiện cho phát triển tiềm Hanns-Joachim Weinmann [1] cộng ứng dụng lâm sàng gadolinium-DTPA nghiên cứu thử nghiệm chelat nguyên tố chất tăng cường tương phản hình Việc sử dụng chất tương phản phổ biến hình ảnh y tế điều tra ung thư khối u lành tính, quét mạch máu, xác định bất thường tim phát vỡ hàng rào máu não Gadolinium sử dụng làm chất tương phản hình ảnh cộng hưởng từ (MRI), để tăng khả hiển thị cấu trúc thể bên trong, tức là, để tăng cường khác biệt tương đối cường độ tín hiệu hai mơ liền kề Hợp chất Gd thương mại hóa vào năm 1980 Hợp chất Gd (phức chất Gd) đáp ứng số u cầu cho mục đích chẩn đốn MRI: khả sửa đổi số tính chất mơ liên quan đến độ tương phản hình ảnh, độ đặc hiệu mơ, thời gian bù hợp lý (hình ảnh cộng hưởng từ), độc tính thấp thời gian bảo quản dài 52 Số 68 - Tháng 9/2021 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN ảnh cộng hưởng từ Bảng Các phức chất Gd phê duyệt thử nghiệm lâm sàng Hình Các tác nhân chelat với phức chất Gd sử dụng thương mại chuẩn đốn MRI Hình Tổng hợp hạt nano CS–PAA NPs chứa Gd-DTPA Số 68 - Tháng 9/2021 53 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Arsalan Ahmed [2] cộng tổng hợp xác định đặc tính hạt nano Chitosan - Poly (Axit acrylic) chứa phức Gd-DTPA để chụp ảnh cộng hưởng từ Quá trình tổng hợp sau hạt nano chitosan poly-acrylic (axit acrylic) chứa phức Gd-DTPA (NP-PATPA) tổng hợp dựa hệ thống phản ứng cặp monome polyme hòa tan nước dung dịch chitosan, sau hấp phụ Gd- DTPA Tính chất hạt NP-PATPA hạt hình cầu với kích thước hạt khoảng 220nm NP-PATPA có đặc tính đảo ngược điện tích dung dịch axit Các đặc tính từ tính in-vitro (thử nghiệm ống nghiệm) NP-PATPA nghiên cứu để ước tính mức độ sử dụng hình ảnh cộng hưởng từ, NP-PATPA nhạy cảm với pH Khi sử dụng NP-PATPA MRI có kết tốt độ tương phản nồng độ chất tương phản tăng lên gan não theo thời gian Do đó, NPPATPA trì lưu thơng dài, tốc độ lưu thơng cao tác nhân phù hợp để chụp cộng hưởng từ in vivo (thử nghiệm thể sinh vật sống) Jeyarama S Ananta [3] nghiên cứu lưu giữ hình ảnh chất tương phản chứa hạt nano Gd để dụng làm tác nhân T1 tương phản MRI Các chất tương phản hình ảnh cộng hưởng từ thiết kế cách sửa đổi đặc tính cấu trúc hóa lý chúng để cải thiện tính phục hồi tăng cường độ tương phản hình ảnh Ở đây, nhóm tác giả trình bày phương pháp chung để tăng tính phục hồi cách chất tương phản vào bên cấu trúc nano hạt silicon Magnevist, gadofullerenes gadonanotubes với hình dạng khác Đối với tất kết hợp cấu trúc nano, tăng cường độ Hình 3: Các cấu trúc nano MRI a-c, sơ đồ hiển thị Magnevist (a), GFs (b) GNTs (c) d, e, Quét vi sóng điện tử hạt bán cầu (H-SiMP: đường kính, 1,6 mm; độ dày, 0,6 mm) (d) hình đĩa (D-SiMP: đường kính, 1,0 mm; độ dày, 0,4 mm) (e) f, Phim chụp cho thấy Magnevist, GF GNTs (trái sang phải) đặt cấu trúc xốp SiMPs Sự giam cầm hình học Gdbase CAs giúp tăng cường độ tương phản tác nhân T1 cách thay đổi đóng góp bên bên ngồi hình cầu.[3] 54 Số 68 - Tháng 9/2021 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN giãn proton theo chiều dọc r1 quan sát: Magnevist, r1 ≈ 14 mM-1.s-1 /Gd3+ (~8,15.10+7 mM-1.s-1/cấu trúc); gadofullerenes, r1 ≈ 200 mM1 -1 s /Gd3+ (~7.10+9 mM-1 s-1 /cấu trúc); gadonanotubes, r1 ≈ 150 mM-1.s-1 /Gd3+ (~2.10+9 mM-1 s-1 / cấu trúc) Các giá trị lớn khoảng đến 50 lần so với phức chất đơn Gd (~4 mM-1.s-1 / Gd3+) Sự tăng cường độ tương phản cho cấu trúc core-shell hình học phức chất chất mang ảnh hưởng đến thuận từ ion Gd3+ Do đó, cấu trúc core-shell phức chất Gd vỏ chất mang quy mô nano hướng hợp chất dùng ảnh cộng hưởng từ với cường độ tương phản tăng dựa gadolinium Chitosan cấu trúc nano, với tính quan trọng tương thích sinh học có khả phân hủy sinh học, sử dụng chất dẫn thuốc tiềm Để tạo cấu trúc phù hợp với mục đích dẫn thuốc cho chitosan, nay, nghiên cứu hướng tới việc phát triển hệ dẫn thuốc dựa chitosan, polyme tự nhiên có tính tương thích sinh học cao, an tồn hiệu [4] Tổng quan phác thảo phát ứng dụng dược phẩm hệ thống phân phối thuốc vi hạt/ nano dựa chitosan công bố thập kỷ qua Phương pháp chuẩn bị, tải thuốc, đặc điểm phát hành ứng dụng đề cập Chitosan biến đổi hóa học dẫn xuất sử dụng nghiên cứu phân phối thuốc thảo luận nghiêm túc để đánh giá tính hữu ích hệ thống việc cung cấp phân tử hoạt tính sinh học Từ khảo sát tài liệu, người ta nhận thấy hoạt động nghiên cứu hệ thống vi hạt/nano chitosan có chứa loại thuốc khác cho ứng dụng điều trị khác tăng lên với tốc độ nhanh chóng Hình (a) Cấu trúc chitosan [poly (β1-4-dglucosamine)] (b) Cấu trúc chitosan liên kết ngang [4] Hình 5: Sơ đồ biểu diễn điều chế hệ thống hạt chitosan hình ảnh qt kính hiển vi điện tử chitosan tạo phương pháp liên kết ngang nhũ tương Số 68 - Tháng 9/2021 55 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Tác nhân tương phản (CA) đóng vai trị bật hình ảnh cộng hưởng từ y học CA MRI chủ yếu sử dụng để cải thiện phát bệnh cách tăng độ nhạy độ tin cậy chẩn đốn Có số loại chất tương phản MR sử dụng thực hành lâm sàng ngày Chúng bao gồm tác nhân không gian dịch ngoại bào (ECF), tác nhân nhóm máu nội mạch cư trú kéo dài tác nhân đặc hiệu mô (cơ quan) Hàng năm, khoảng sáu mươi triệu thủ tục MRI thực toàn giới khoảng 30% thủ tục sử dụng CA MRI Ion lanthan, Gd3+, thường chọn cho MRI CA có mơ men từ lớn (µ2=63 µB2) trạng thái nhóm điện tử đối xứng, 8S7/2 Các ion Gd3+ ngậm nước độc hại lập chelat bao phủ để giảm độc tính Nhóm nghiên cứu báo cáo việc tải giam cầm kích thước nano ion Gd3+ ống nano carbon đơn vách siêu ngắn (ống US); loại ống Gd3+ nam châm phân tử siêu thuận từ tính tuyến tính với hiệu chụp cộng hưởng từ (MRI) lớn 40 đến 90 lần so với chất tương phản dựa sở Gd3+ sử dụng lâm sàng [5] Hình 6: (a) Mô tả ống nano carbon nạp ion Gd3+ ngậm nước (b) Hình ảnh HRTEM ống chứa Gd3+n hiển thị cụm (mũi tên) Gd3+n hình thành ống xác nhận phép đo EDS (c) Hình ảnh Cryo-TEM ống Gd3+n từ dung Kết luận Chụp cộng hưởng từ (MRI) kỹ thuật Công nghệ nano phát triển mạnh mẽ, sử dụng rộng rãi để thu chi tiết giải phẫu nghiên cứu chủ yếu xoay quanh nguyên mô mềm lợi ích sau: khơng ion tố q Ag, nguyên tố bán dẫn hóa, vơ hại hình ảnh có độ phân giải cao với số kim loại thơng dụng Trong phức độ tương phản mô mềm khác biệt mô hợp Gadolini sử dụng làm chất tương phản khác Sự tương phản mô không hình ảnh cộng hưởng từ (MRI), để tăng khả giống tăng cường cách sử hiển thị cấu trúc thể bên dụng hợp chất thuận từ Việc sử dụng chất tương phản phổ biến hình ảnh y tế 56 Số 68 - Tháng 9/2021 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN điều tra ung thư khối u lành tính, quét mạch máu, xác định bất thường tim phát vỡ hàng rào máu não TÀI LIỆU THAM KHẢO Hanns-Joachim Weinmann, (1984) Characteristics of Gadolinium-DTPA Complex: A Potential NMR Contrast Agent AJR: 142 619-623 Arsalan Ahmed (2015) Fabrication and Characterization of Gd-DTPA-Loaded Chitosan–Poly(Acrylic Acid) Nanoparticles for Magnetic Resonance Imaging, Macromol Biosci DOI: 10.1002/mabi.201500034 Jeyarama S Ananta (2010) Geometrical confinement of gadolinium-based contrast agents in nanoporous particles enhances T1 contrast Nature nanotechnology Vol 5: 815-821 Sunil A Agnihotri (2004) Recent advances on chitosan-based micro- and nanoparticles in drug delivery Journal of Controlled Release 100: 5–28 doi:10.1016/j.jconrel.2004.08.010 B Sitharaman (2005) Superparamagnetic gadonanotubes are high-performance MRI contrast agents Chem Commun., 2005, 3915–3917 DOI: 10.1039/ b504435a Qi Lifeng, Zirong Xu, Xia Jiang, Caihong Hu and Xiangfei Zou - Preparation and antibacterial activity of chitosan nanoparticles, Carbohydrate Res 339 (16) (2004) 2693-2700 Số 68 - Tháng 9/2021 57 ... ảnh cộng hưởng từ Quá trình tổng hợp sau hạt nano chitosan poly-acrylic (axit acrylic) chứa phức Gd-DTPA (NP-PATPA) tổng hợp dựa hệ thống phản ứng cặp monome polyme hòa tan nước dung dịch chitosan, ... chứa Gd-DTPA Số 68 - Tháng 9/2021 53 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Arsalan Ahmed [2] cộng tổng hợp xác định đặc tính hạt nano Chitosan - Poly (Axit acrylic) chứa phức Gd-DTPA để chụp ảnh. .. NGHỆ HẠT NHÂN ảnh cộng hưởng từ Bảng Các phức chất Gd phê duyệt thử nghiệm lâm sàng Hình Các tác nhân chelat với phức chất Gd sử dụng thương mại chuẩn đốn MRI Hình Tổng hợp hạt nano CS–PAA NPs chứa