Hình 3.35 Phổ HPLC của 5-FU (a) và HPLC của hệ PNS-APTES-COOH-GE
3.3.8. Nhận xét chung cho tất cả các kết quả mang và giải phóngthuốc
Sau khi khảo sát hiệu suất mang thuốc, khả năng mang giải phóng thuốc của hệ PNS chưa biến tính và hệ PNS biến tính qua các cấp độ khác nhau chúng ta nhận thấy rằng hệ biến tính PNS-APTES-Anhydrid Succinic- Gelatin-mPEG (gọi tắt là PNS-GEL-mPEG) cho hiệu suất mang thuốc DOX cao nhất (85,88 ± 1,15%). Bên cạnh đó hệ PNS-GPTMS-CS- mPEG cũng cho hiệu suất mang thuốc DOX khá cao so với nhưng nghiên cứu trước kia. Lý giải cho kết quả khả quan này là dựa vào liên kết imine của thuốc DOX và chất mang.
Sự hình thành liên kết imine (hay còn gọi liên kết bazơ Schiff) giữa DOX và chất mang trên cơ sở như sau:
Trong cấu trúc hóa học của thuốc DOX có nhóm NH2 (nhóm amino) đây là một nhóm hoạt hóa khá mạnh do có đơi điện tử linh hoạt (tự do) dễ dàng cho điện tử vào những tâm thiếu điện tử. Hai hệ biến tính lên nano silica xốp (PNS) được chọn là hệ (CS-mPEG và GEL-
mPEG) đều có nhóm ( ) thiếu điện tử dễ dàng nhận điện tử từ nhóm NH2 của
trên tất cả các hệ biến tính như chitosan và gelatin cũng nhóm NH2 sẽ sẵn sàng tạo liên kết
imine ngược lại với nhóm ( ) có trong cấu trúc hóa học của DOX [22, 95]. Nhờ
vào liên kết imine kép giữa chất mang và thuốc DOX nên hai hệ PNS biến tính bằng CS- mPEG và GEL-mPEG cho hiệu suất khá cao so với các hệ mang thuốc khác [96, 97].
Đối với hệ mang thuốc biến tính hydrazine thì tạo liên kết hydrazon với DOX. Qua tìm hiểu chúng tơi được biết rằng liên kết imine và hydrazon rất có ý nghĩa trong y học dẫn truyền thuốc vì cả hai liên kết này đều bền trong mơi trường trung tính của tế bào lành (pH 7,4) và khi đến gần tế bào ung thư pH thấp khoảng 4,5 sẽ phá vỡ liên kết và giải phóng thuốc đúng mục tiêu[26, 98, 99].
Qua bảng 3.22 nhận thấy rằng, hệ PNS-APTES-COOH-GEL-mPEG (viết tắt PNS- GEL-mPEG) là hệ có hiệu suất mang thuốc khá cao nhờ có liên kết imine kép bền vững với DOX và cũng nhờ liên kết imine nên hệ có tỷ lệ nhả thuốc khá tốt trong môi trường pH 4,5 và nhả chậm trong môi trường pH 7,4.
Bảng 3.22. So sánh hiệu suất mang thuốc và khả năng giải phóng thuốc DOX của PNS và các hệ PNS biến tính
Mẫu DLE(%) DLC(%)
Tỷ lệ giải phóng thuốc DOX sau 96 giờ (%)
pH 7,4 pH 4,5
PNS-APTES-COOH-GEL-
mPEG với thuốc DOX 85,88 ± 0,15 17,64 ± 0,02 33,30 75,09
PNS-GPTMS-CS-mPEG với thuốc DOX 71,75 ± 1,89 12,55 ± 0,27 30,22 70,65 PNS-GPTMS-Hydrazine mang DOX 61,60 ± 1,05 9,98 ± 0,30 27,69 74,09 PNS@CS-PEGmang DOX 57,81± 1,45 11,79 ± 0,29 42,28 76,73 PNS-APTES-COOH-GE với thuốc DOX 55,9 ± 1,72 10.06 ± 0,32 26,57 67,51 PNS-APTESmang DOX 54,03 ± 2,41 7,40 ± 0,43 54,86 80,32
Qua bảng 3.23 nhận thấy hệ PNS-GPTMS-CS-mPEG mang thuốc 5-FU hiệu quả nhất do tương tác tĩnh điện giữa chất mang và thuốc tuy nhiên với cách mang thuốc nén chặt vào vật liệu thì hệ khơng thể giải phóng được thuốc. Nhưng nếu mang thuốc theo cách thông thường giống như mang DOX thì thuốc khơng vào vật liệu. Vậy vật liệu nano silica xốp biến tính cho hiệu quả khá cao đối với DOX nhưng không phù hợp với 5-FU.
Bảng 3.23. So sánh hiệu suất mang thuốc và khả năng giải phóng 5-FU của PNS và các hệ PNS biến tính
Mẫu DLE (%) DLC(%) Tỷ lệ giải phóng
thuốc DOX sau 96 giờ (%)
pH 7,4 pH 4,5
PNS-GPTMS-CS-
mPEG mang 5-FU 70,04 ± 2,60 14,38 ± 0,50 0 0
PNS-APTES-Ge-mPEG
mangthuốc 5-FU 63,33 ± 1,12% 13,10± 0,32% 0 0
PNS-GPTMS- Hydrazine mang 5-FU
22,60 ± 1,27 5.35± 0.16 0 0 PNS-APTES-COOH- GE mangthuốc 5-FU 20,41± 1,35 5,35± 0.21 0 0 PNS-APTES mang 5- FU 19,53 ± 1,20 4,65 ± 0,19 0 0 PNS mang 5-FU 15,60 ± 1,85 3,75 ± 0,12 0 0 3.4. Kết quả thử độc tính tế bào
Từ bảng kết quả 3.23 sau khi khảo sát hiệu quả mang và giải phóng thuốc của các hệ nano silica biến tính, nhận thấy hệ PNS-APTES-COOH-GE mang DOX có tỷ lệ giải phóng thuốc ở tế bào lành (pH 7,4) là thấp nhất nên chọn để đánh giá độc tính tế bào.
Hệ PNS-APTES-COOH-GE (chất mang rỗng); DOX@ PNS-APTES-COOH-GE (PNS- APTES-COOH-GE mang DOX) và DOX tự do được thử nghiệm độc tính trên các dịng tế bào Hela (ung thư cổ tử cung), MCF-7 (ung thư vú) và Fibroblast (nguyên bào sợi) [100].
Kết quả khảo sát tính tương hợp sinh học trên cơ sở đo độc tính tế bào được thực hiện tại Phịng thí nghiệm Sinh học Phân tử-Bộ mơn Di truyền-ĐHKHTN Tp.HCM theo phương pháp nhuộm SRB.
Bảng 3.24. Giá trị IC50 của chất mang DOX và DOX tự do trên các dịng tế bào
Dịng tế bào
Mẫu Giá trị IC50 (µg/mL)
Lần 1 Lần 2 Lần 3 TB±ĐLC MCF-7 DOX 0,061 0,063 0,061 0,062±0,001 DOX @PNS-APTES-COOH-GE 26,82 31,56 23,13 27,17±4,23 Hela DOX 1,912 1,789 2,028 1,91±0,12 DOX @PNS-APTES-COOH-GE >100 Fibroblast DOX 1,21 1,18 1,14 1,17±0,04 DOX @PNS-APTES-COOH-GE >100
Hình 3.41. Hoạt tính ức chế tế bào MCF-7(ung thư vú) của (a) DOX và (b) PNS- APTES- COOH-GE mang DOX
Nhận xét:
Qua kết quả thử nghiệm độc tính tế bào (bảng 3.23 và hình 3.41) của hệ PNS-APTES- COOH-GE mang DOX, ta nhận thấy hệ mang thuốc không gây độc tế bào lành (Fibrolast), gây độc tế bào ung thư vú (MCF-7) với giá trị IC50 là 27,17±4,23 (µg/mL).
Kết quả bảng 3.24 thỏa mãn phần nào mục tiêu đặt ra là hệ mang thuốc phải an toàn tuyệt đối với tế bào lành và chỉ gây độc đối với tế bào ung thư. Tuy nhiên hệ PNS-APTES- COOH-GE mang DOX vẫn chưa gây độc đối với tế bào ung thư cổ tử cung (Hela), để khắc
phục vấn đề này chúng ta có thể thay đổi tỷ lệ thuốc và chất mang hoặc tăng lượng gelatin khi biến tính nhằm tăng lượng thuốc được mang.
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬNVÀ KIẾN NGHỊ
4.1. Kết luận
- Tổng hợp được hạt nano silica cấu trúc xốp, được chứng minh qua các phương pháp TEM, XRD, FTIR. Khảo sát kích thước hạt bằng TEM kết quả cho thấy kích thước hạt nano silica (PNS) dao động trong khoảng 50-60 nm.
- Đã biến tính được vật liệu PNS bằng Hydrazine, Chitosan-mPEG, Gelatin-mPEG và thành phần cấu trúc được xác định bởi các phương pháp FTIR, TGA...
- Khảo sát kích thước hạt PNS sau biến tính bằng TEM kết quả cho thấy kích thước hạt dao động trong khoảng 60-70 nm đạt yêu cầu mang thuốc.
- Khảo sát khả năng mang và giải phóng DOX của hạt sau biến tính bằng phương pháp đo UV-VIS cho thấy hiệu suất mang thuốc khá cao và khả năng giải phóng thuốc ở mơi trường tế bào ung thư trong 96 khá tốt đặc biệt nhất là vật liệu nano silica biến tính bằng Ge-mPEG (hệ PNS-APTES-COOH-GEL-mPEG đạt khả năng mang 85,92%) và giải phóng rất ít ở pH 7,4 nhưng giải phóng từ từ và giải phóng lượng nhiều trong mơi trường pH 4,5.
- Cịn khi khảo sát khả năng mang thuốc 5-FU của hạt sau biến tính bằng phương pháp đo HPLC cho thấy hiệu suất mang thuốc trung bình là cao nhất chỉ có hệ PNS-GPTMS- CS-mPEG là 70,04% nhưng khơng giải phóng được trong cả 2 môi trường 7,4 và 4,5.
- Với hệ nano silicate biến tính Hydrazine, Chitosan-mPEG, Hydrazine, Gelatin-mPEG thích hợp mang thuốc DOX hơn mang thuốc 5FU.
- Đã đo được độc tính tế bào của hệ PNS-APTES-COOH-GE cho kết quả phù hợp.
Tính mới chúng tôi đạt được ở đây là:
- Khảo sát được các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước của vật liệu nano silicas xốp dựa trên kết quả của những nghiên cứu đối lập giữa các nhóm nhà khoa học trước kia (Stober và cộng sự, Bogush và công sự, Helden và cộng sự) [62-64].
- Tìm ra phương pháp mang thuốc hiệu quả cao đối với DOX, đó là biến vật liệu có chứa nhóm amino tạo liên kết imine giữa thuốc DOX và chất mang nhờ đó mà hiệu suất mang thuốc cao hơn so với những nghiên cứu trước đây [35, 101]. Bên cạnh đó, nhờ liên kết imine mà tất cả nhưng hệ biến tính mang thuốc DOX đều cho kết quả giải phóng thuốc hướng đích rất tốt. Cụ thể là liên kết imine sẽ bền trong mơi trường trung tính của tế bào cơ thể khỏe mạnh pH ~7,4 và giúp thuốc lưu thông trong máu
lâu dài. Khi đến gần tế bào ung thư (pH khoảng 4,5) thì liên kết imine trở nên kém bền sẽ bị phá vỡ, lúc này giải phóng đúng mục tiêu là tế bào ung thư. Tất cả những hệ biến tính đã thực hiện là hệ mang thuốc DOX nhạy pH khá tốt.
4.2. Kiến nghị
- Tiếp tục nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano silica từ nguồn nguyên liệu sinh khối. - Tiếp tục biến tính trên vật liệu nano silica được sản xuất từ nguồn nguyên liệu sinh
khối với tiêu chí an tồn dược liệu và thân thiện với mơi trường.
- Thử độc tính tế bào vật liệu nano silica sản xuất từ nguồn nguyên liệu sinh khối. - Hệ biến PNS-APTES-COOH-GE mang DOX vẫn chưa gây độc đối với tế bào ung
thư cổ tử cung (Hela), nên cần thay đổi tỷ lệ thuốc và chất mang hoặc tăng lượng gelatin khi biến tính.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Xie, M., et al., A multifunctional mesoporous silica nanocomposite for targeted
delivery, controlled release of doxorubicin and bioimaging. Colloids and Surfaces B:
Biointerfaces, 2013. 110: p. 138-147.
2. Zhang, Y., H.F. Chan, and K.W. Leong, Advanced materials and processing for drug
delivery: the past and the future. Advanced drug delivery reviews, 2013. 65(1): p.
104-120.
3. Manzano, M. and M. Vallet‐Regí, Mesoporous silica nanoparticles for drug delivery. Advanced functional materials, 2020. 30(2): p. 1902634.
4. Fernández, L.D., E. Lara, and E.A. Mitchell, Checklist, diversity and distribution of
testate amoebae in Chile. European Journal of Protistology, 2015. 51(5): p. 409-424.
5. Iler, K.R., The chemistry of silica. Solubility, polymerization, colloid and surface properties and biochemistry of silica, 1979.
6. Shelke, G., G. Deshmukh, and D. Patil, Structural Analysis”. International Journal of Current Research.
7. Tourne-Peteilh, C., et al., Sol–gel one-pot synthesis in soft conditions of mesoporous
silica materials ready for drug delivery system. Journal of sol-gel science and
technology, 2012. 61(3): p. 455-462.
8. Katiyar, A., et al., Synthesis of ordered large pore SBA-15 spherical particles for
adsorption of biomolecules. Journal of Chromatography A, 2006. 1122(1-2): p. 13-
20.
9. Trewyn, B.G., et al., Biocompatible mesoporous silica nanoparticles with different
morphologies for animal cell membrane penetration. Chemical Engineering Journal,
2008. 137(1): p. 23-29.
10. Angelos, S., et al., Mesoporous silicate materials as substrates for molecular
machines and drug delivery. Chemical Engineering Journal, 2008. 137(1): p. 4-13. 11. Singh, R. and J.W. Lillard Jr, Nanoparticle-based targeted drug delivery.
Experimental and molecular pathology, 2009. 86(3): p. 215-223.
12. Ibrahim, I.A., A. Zikry, and M.A. Sharaf, Preparation of spherical silica
nanoparticles: Stober silica. J. Am. Sci, 2010. 6(11): p. 985-989.
13. Svenson, S. and D.A. Tomalia, Dendrimers in biomedical applications—reflections
on the field. Advanced drug delivery reviews, 2012. 64: p. 102-115.
14. Malik, N., E.G. Evagorou, and R. Duncan, Dendrimer-platinate: a novel approach to
cancer chemotherapy. Anti-cancer drugs, 1999. 10(8): p. 767-776.
15. Lim, M.H. and A. Stein, Comparative studies of grafting and direct syntheses of
inorganic− organic hybrid mesoporous materials. Chemistry of Materials, 1999.
11(11): p. 3285-3295.
16. Slowing, I., B.G. Trewyn, and V.S.-Y. Lin, Effect of surface functionalization of
MCM-41-type mesoporous silica nanoparticles on the endocytosis by human cancer cells. Journal of the American Chemical Society, 2006. 128(46): p. 14792-14793.
17. Hench, L.L. and J.K. West, The sol-gel process. Chemical reviews, 1990. 90(1): p. 33-72.
18. RS Dubey, Y.R., MA More Synthesis and characterization of SiO2 nanoparticles via
19. Rao, K.S., et al., A novel method for synthesis of silica nanoparticles. Journal of colloid and interface science, 2005. 289(1): p. 125-131.
20. Jal, P., et al., Synthesis and characterization of nanosilica prepared by precipitation
method. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2004.
240(1-3): p. 173-178.
21. Silva, G.A., Introduction to nanotechnology and its applications to medicine. Surgical neurology, 2004. 61(3): p. 216-220.
22. Shi, J., et al., Schiff based injectable hydrogel for in situ pH-triggered delivery of
doxorubicin for breast tumor treatment. Polymer Chemistry, 2014. 5(21): p. 6180-
6189.
23. Karnati, S.R., et al., Application of surface-modified silica nanoparticles with dual
silane coupling agents in bitumen for performance enhancement. Construction and
Building Materials, 2020. 244: p. 118324.
24. Edrissi, M., M. Soleymani, and M. Adinehnia, Synthesis of Silica Nanoparticles by
Ultrasound‐Assisted Sol‐Gel Method: Optimized by Taguchi Robust Design.
Chemical engineering & technology, 2011. 34(11): p. 1813-1819.
25. Zohreh, N., S.H. Hosseini, and A. Pourjavadi, Hydrazine-modified starch coated
magnetic nanoparticles as an effective pH-responsive nanocarrier for doxorubicin delivery. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2016. 39: p. 203-209.
26. Sonawane, S.J., R.S. Kalhapure, and T. Govender, Hydrazone linkages in pH
responsive drug delivery systems. European Journal of Pharmaceutical Sciences,
2017. 99: p. 45-65.
27. Narayan, R., et al., Mesoporous silica nanoparticles: A comprehensive review on
synthesis and recent advances. Pharmaceutics, 2018. 10(3): p. 118.
28. Tomalia, D.A., Birth of a new macromolecular architecture: dendrimers as quantized
building blocks for nanoscale synthetic polymer chemistry. Progress in Polymer
Science, 2005. 30(3-4): p. 294-324.
29. Garg, U., et al., Current advances in chitosan nanoparticles based drug delivery and
targeting. Advanced pharmaceutical bulletin, 2019. 9(2): p. 195.
30. Bernkop-Schnürch, A. and S. Dünnhaupt, Chitosan-based drug delivery systems. European journal of pharmaceutics and biopharmaceutics, 2012. 81(3): p. 463-469. 31. Wübbeler, J.H., et al., Biodegradation of the xenobiotic organic disulphide 4, 4′-
dithiodibutyric acid by Rhodococcus erythropolis strain MI2 and comparison with the microbial utilization of 3, 3′-dithiodipropionic acid and 3, 3′-thiodipropionic acid. Microbiology, 2010. 156(4): p. 1221-1233.
32. Qiu, L., C.-Y. Hong, and C.-Y. Pan, Doxorubicin-loaded aromatic imine-contained
amphiphilic branched star polymer micelles: synthesis, self-assembly, and drug delivery. International journal of nanomedicine, 2015. 10: p. 3623.
33. Wang, Y., et al., A charge-conversional intracellular-activated polymeric prodrug for
tumor therapy. Polymer Chemistry, 2016. 7(12): p. 2253-2263.
34. Ding, Y., et al., Polymerizable disulfide paclitaxel prodrug for controlled drug
delivery. Materials Science and Engineering: C, 2014. 44: p. 386-390.
35. Cuong, N.-V., Y.-L. Li, and M.-F. Hsieh, Targeted delivery of doxorubicin to human
breast cancers by folate-decorated star-shaped PEG–PCL micelle. Journal of
36. Li, H., et al., Reduction-responsive drug delivery based on mesoporous silica
nanoparticle core with crosslinked poly (acrylic acid) shell. Materials Science and
Engineering: C, 2013. 33(6): p. 3426-3431.
37. Su, K. and C. Wang, Recent advances in the use of gelatin in biomedical research.
Biotechnology letters, 2015. 37(11): p. 2139-2145.
38. Tran, S., et al., Cancer nanomedicine: a review of recent success in drug delivery.
Clinical and translational medicine, 2017. 6(1): p. 44.
39. Longley, D.B., D.P. Harkin, and P.G. Johnston, 5-fluorouracil: mechanisms of action
and clinical strategies. Nature reviews cancer, 2003. 3(5): p. 330-338.
40. Lung, N.T., Vai trị xét nghiệm đa hình gen đối với chỉnh liều 5-Fluorouracil (5-FU)
trong điều trị ung thư. 2017.
41. Khoa, N.C., Dendrimer: Tổng hợp và ứng dụng trong y-dược. Nhà xuất bản Khoa học tự nhiên và công nghệ Hà Nội, , 2015.
42. Sweetman, S.C., Martindale: the complete drug reference. Vol. 3709. 2009: Pharmaceutical press London.
43. Yeager, C.E. and E.A. Olsen, Treatment of chemotherapy‐induced alopecia. Dermatologic therapy, 2011. 24(4): p. 432-442.
44. Khoa, N.C., Vật liệu polyme thông minh và ứng dụng trong y khoa. Nhà xuất bản Khoa học tự nhiên và công nghệ Hà Nội, 2016. 64: p. 450-455.
45. Lâm, T.Đ., Vật liệu Nano sinh học. Nhà xuất bản Khoa học tự nhiên và công nghệ Hà Nội, 1993: p. 43-47.
46. van der Meel, R., Targeted inhibition of tumor growth and angiogenesis. 2013, University Utrecht.
47. Vallet-Regí, M., et al., Mesoporous silica nanoparticles for drug delivery: Current
insights. Molecules, 2018. 23(1): p. 47.
48. Vallet-Regi, M., et al., A new property of MCM-41: drug delivery system. Chemistry of Materials, 2001. 13(2): p. 308-311.
49. HuhandY, A. and J. Kwon, Nanoantibiotics’: anewparadigmfortreatinginfectiousdis‐
easesusingnanomaterialsintheantibioticsresistantera. JournalofControlledRelease,
2011. 156: p. 128-145.
50. Dvir, T., et al., Nanowired three-dimensional cardiac patches. Nature nanotechnology, 2011. 6(11): p. 720-725.
51. Tang, H., et al., Facile synthesis of pH sensitive polymer-coated mesoporous silica
nanoparticles and their application in drug delivery. International journal of
pharmaceutics, 2011. 421(2): p. 388-396.
52. Nguyen, M.-N.T. and T.-D. Ho-Huynh, Selective cytotoxicity of a Vietnamese
traditional formula, Nam Dia long, against MCF-7 cells by synergistic effects. BMC
complementary and alternative medicine, 2016. 16(1): p. 1-10.
53. Vien, T.A., et al., Antifungal, antibacterial and cytotoxic activities of some Ardisia