Trong lĩnh vực CNSH nano, nghiên cứu cũng như ứng dụng nổi bật nhất thuộc lĩnh vực chuẩn đoán và khám phá thuốc, điều này được thể hiện qua nguồn tài chính nổi trội dành cho hai lĩnh vực này (hình 30). Các hệ thống phân phối thuốc siêu nhỏ in vivo là đích đến quan trọng nhất trong nghiên cứu CNSH nano [9].
Hình 30. Nguồn tài chính. (a) Thống kê quỹ đầu tư mạo hiểm tập trung trong CNSH nano từ năm 1998 đến nay. (b) Phân bổ quỹ đầu tư mạo hiểm trong CNNN từ năm 1998 tới nay [Theo 9].
Một trong các khối cấu trúc nano được sử dụng phổ biến nhất trong chiến lược phân phối thuốc là dendrimer (hình 7) bởi tính chất hướng đích và phát hiện của nó. Các thiết
bị nano dùng dendrimer PAMAM đa chức năng cung cấp một nền tảng nano để chụp ảnh, phân phối thuốc hướng đích và điều chị ung thư in vitro và in vivo [112-114], giúp tăng hoạt lực của thuốc và tạo đáp ứng dược học nhanh chóng. Tháng 7 năm 2003, thuốc điều trị HIV có bản chất dendrimer đầu tiên do công ty StarPharma (Melbourne, Australia) phát triển cho thấy hiệu quả điều trị rõ rệt trong thử nghiệm pha I. Thuốc này là một loại gel chứa anionic polyamidoamine dendrimer có khả năng gây nhiễu quá trình xâm nhiễm và dung hợp của virus HIV [12]. Polymer dendrimer là thiết bị nano đa năng với khả năng hướng đích tới tế bào KB trong canh trường, phân phối chọn lọc thuốc chống ung thư methotrexate nội bào và cung cấp tín hiệu hình ảnh quang học thông qua chất phát huỳnh quang gắn với vector nano [115]. Một chiến lược hướng đích nữa sử dụng độ nhạy pH in vivo để giải phóng thuốc chống ung thư paclitaxel nằm trong chất mang polymer nano phân hủy sinh học [116]. Chiến lược này có khả năng đáp ứng với điều kiện riêng biệt tại các vị trí khối u [117].
Các loại hạt nano khác cũng đang được phát triển để phân phối thuốc. Công ty C Sixty (Houston, TX, USA) đang nghiên cứu fullerene ứng dụng trong liệu pháp phân phối và công ty Nanospectra Biosciences (Houston, Texas, USA) đang phát triển vỏ nano (hình cho phép phân phối đúng liều lượng, đúng vị trí hoặc cắt bỏ mô theo cơ chế thứ hai (như quang hoạt) [12]. Một số ứng dụng thú vị của các hạt nano trong khả năng loại bỏ cholesterol đang được các công ty BioSante Pharmaceuticals (Lincolnshire, IL, USA) và NanoBio Corporation (Ann Arbor, MI, USA) theo đuổi [12]. Prasad và cộng sự đã dùng hạt nano từ tính gói trong silica để ly giải từ tính (magnetocytolysis) chọn lọc tế bào ung thư [118]. Nang nano sinh học (BNC) có kích thước trung bình 130nm, lớp ngoài là kháng nguyên bề mặt của vi khuẩn viêm gan B là một bộ máy nano hiệu quả với khả năng phân phối gene, thuốc và protein huỳnh quang đặc hiệu tới tế bào gan người [119]. Ủ hạt nano không có protein chứa aptamer gắn thụ thể hoặc phối tử tạo ra sự gắn và xâm nhập của các hạt liệu pháp hóa trị ba vào tế bào, sau đó điều biến apoptosis của các tế bào ung thư và tế bào lympho trong bệnh bạch cầu [120].
Kam Leong và đồng sự tại Johns Hopkins University và School of Medicine đã sử dụng que nano (hình 12) kim loại chứa nhiều phân đoạn Au và Ni gắn với các phân tử sinh học khác nhau để phân phối vật liệu di truyền vào tế bào [57]. Một nhóm nghiên cứu gồm các nhà khoa học Ý, Pháp, Anh đã dùng NT carbon để chuyển thành công DNA vào tế bào động vật có vú [121].
Gần đây, Benenson và cộng sự cho thấy có thể sử dụng bộ máy tự động có bản chất DNA trong các hệ thống chuẩn đoán và phân phối thuốc [122, 123]. Sự chuyển tiếp phân tử của một bộ máy tự động với nền tảng là enzyme giới hạn FokI được thiết kế để có hoạt tính khi có mRNA. Với các phân tử chuyển tiếp này, có thể chế tạo một máy tính phân tử để xác định hàm lượng phân tử mRNA cao hay thấp. Qua đó, phân phối “thuốc” có bản chất là một đoạn DNA mạch đơn, ngắn, có khả năng gắn với mRNA thích hợp, giúp kìm hãm tổng hợp protein liên quan đến ung thư. Cách tiếp cận này có thể dùng in vivo với các cảm biến hóa sinh hoặc trong chuẩn đoán và điều trị y học [123].
Các phương pháp hướng đích khác sử dụng năng lượng ngoài để hoạt hóa tại chỗ hoạt tính gây độc tế bào, đã được chứng minh trong các mô hình động vật. Các ví dụ là dùng siêu âm tập trung để phá vỡ lipid bao quanh các vi bong bóng (lipid encapsulated ‘microbubbles’) [124]; liệu pháp quang động (photodynamic) với chất mang có bản chất silica [125, 126]; cắt bỏ đúng chỗ bởi nhiệt các tổn thương ung thư bằng cách sử dụng kết hợp vỏ nano và sự hoạt hóa quang học tại bước sóng gần hồng ngoại, để xâm nhập sâu vào mô [33, 36, 37].
Các hệ thống trong tương lai có thể được lập trình trước để có tốc độ phân phối biến đổi theo thời gian hoặc tự điều hòa đáp ứng với các kích thích môi trường (những kích thích này có thể phát hiện bằng cảm biến sinh học tại vị trí cấy). Dựa trên công nghệ kênh nano, các hệ thống điều khiển hoạt hóa mới đang được phát triển cho các thiết bị cấy ghép để thực thi chương trình, điều khiển từ xa và tự điều hòa [117].