Công nghệ nano là công nghệ nghiên cứu phát triển và sử dụng các vật liệu siêu nhỏ có kích cỡ nanomet để phục vụ cho lợi ích cuộc sống con người [12].
Công nghệ nano dược hình thành trên cơ sở áp dụng thành tựu của công nghệ nano nói chung vào lĩnh vực nghiên cứu chế tạo các tiểu phân nano dược phẩm, các hệ mang thuốc nano hoặc các thiết bị nano dùng trong chuẩn đoán và điều trị bệnh.
Y học nano là y học dùng dược chất và dạng thuốc nano hoặc thiết bị nano để chẩn đoán, phòng và điều trị bệnh [46], [52].
1.4.2. Phân loại nano polyme mang thuốc
Theo cơ chế mang dược chất có thể chia làm ba nhóm [12].
Nhóm một: Hệ cốt, tiểu phân nano dược chất phân tán trong giá mang polyme:
Siêu vi cầu (nanospheres), tiểu phân lipid rắn.
Hình 1.2. Hình ảnh siêu vi cầu và siêu vi nang [25]
Nhóm hai: Hệ màng bao, polyme bao bên ngoài tiểu phân nano dược chất: Siêu vi nang (nanocapsules), liposome, micelles, denderime, ống carbon...
17
Hình 1.3. Hệ màng bao của một số nano polyme mang thuốc [18]
Nhóm ba: Hệ liên kết, polyme gắn trực tiếp với phân tử dược chất qua các cầu liên kết hóa học.
Hình 1.4. Hệ liên kết nano polyme hình thành qua cầu liên kết hóa học [28]
1.4.3. Siêu vi nang, siêu vi cầu
Hệ tiểu phân nano polyme mang thuốc hay gặp nhất hiện nay là siêu vi nang và siêu vi cầu. Siêu vi nang có cấu trúc nhân vỏ như vi nang, còn siêu vi cầu có cấu trúc cốt (matrix) hoặc ở dạng đồng nhất (monolithic) như vi cầu. Tuy nhiên ở kích cỡ nano sự phân biệt này chỉ là tương đối [12].
Một số phương pháp bào chế hệ tiểu phân nano siêu vi nang, siêu vi cầu.
a. Phương pháp bốc hơi dung môi từ nhũ tương
Nguyên tắc: Phương pháp này là thường tạo ra vi nhũ tương (thường là dầu nước) sau đó bốc hơi dung môi hữu cơ tạo hệ vi tiểu phân.
Polyme hay dùng loại tan trong các dung môi hữu cơ như PLA, PLGA, Eudragit… Hòa tan chất mang dược chất vào dung môi hữu cơ (hay dùng methylen
18
clorid, dicloromethan …) rồi nhũ hóa vào pha nước có chất nhũ hóa (PVA, Tween, poloxamer, cremophor…) Tiến hành siêu âm, bốc hơi dung môi hữu cơ, lọc và rửa vi tiểu phân.
Ba yếu tố ảnh hưởng đến kích thước tiểu phân là:
- Cường độ và thời gian siêu âm.
- Loại và lượng chất nhũ hóa.
- Polyme, dược chất và cách bốc hơi dung môi hữu cơ [12].
b. Phương pháp polyme hóa
+ Bào chế siêu vi nang: Được bào chế theo phương pháp polyme hóa micell (phương pháp Birrenbach – Speiser).
Áp dụng với các dược chất dễ tan trong nước, hòa tan dược chất và chất diện hoạt trong nước ở nồng độ micells tới hạn rồi nhũ hóa vào dung môi hữu cơ. Thêm polyme tạo vỏ vào nhũ tương và tiến hành polyme hóa bằng các tác nhân vật lý (chiếu xạ, chiếu tia tử ngoại) hoặc hóa học (xúc tác, điều chỉnh pH…), polyme sẽ trùng hợp tạo thành vỏ bao quanh micell. Tạo ra hệ nhũ tương nước/dầu. Tách siêu vi nang bằng phương pháp ly tâm, siêu lọc hoặc thẩm tích rửa lại bằng dung môi thích hợp [12].
+ Bào chế siêu vi cầu: Được bào chế bằng phương pháp polyme hóa từ dung dịch polyme: Thêm từ từ polyme vào dung dịch nước đã có sẵn chất diện hoạt, vừa cho vừa lắc. Dùng acid điều chỉnh pH về khoảng 2 – 3, polyme sẽ tự trùng hợp ở nhiệt độ thường tạo thành tiểu phân nano [12].
c. Phương pháp đun chảy
Áp dụng bào chế các siêu vi cầu dùng chất mang lipid rắn qua các bước: Đun chảy chất mang, hòa tan hay phân tán dược chất vào chất mang rồi nhũ hóa và tướng nước chứa chất diện hoạt, siêu âm rồi đông rắn siêu vi cầu bằng cách giảm nhiệt độ tướng nước.
Nhược điểm của phương pháp này khó tạo ra tiểu phân có kích thước nano do đó cần phối hợp với siêu âm và đồng nhất hóa như phương pháp bốc hơi dung môi từ nhũ tương [12].
d. Phương pháp phun sấy
19
Được áp dụng để bào chế siêu vi cầu, siêu vi nang. Nếu cả dược chất và chất mang đều tan trong dung môi, sau khi phun sấy sẽ tạo được siêu vi cầu, còn nếu dược chất phân tán trong dung dịch chất mang thì thu được siêu vi nang.
Ưu điểm phương pháp này tương đối đơn giản, nhược điểm là tỷ lệ tạo nano thấp [12].
1.4.4. Tính chất hệ tiểu phân nano và một số chỉ tiêu đánh giá hệ tiểu phân nano Hệ tiểu phân nano là hệ siêu vi tiểu phân, mắt thường không nhìn thấy được.
Trong khi đó thì các tính chất và đặc điểm của tiểu phân lại gắn rất chặt với sự phân bố và tác dụng của tiểu phân trong cơ thể. Vì vậy kiểm soát, đánh giá được tính chất của hệ tiểu phân trong quá trình bào chế và sử dụng hệ tiểu phân nano là hết sức quan trọng [12].
1.4.4.1. Hình thái bên ngoài
Đây là thông số quan trọng ảnh hưởng đến đặc tính và tác dụng của hệ như hình dáng, hình thái bề mặt, phân bố không gian. Hình thái bên ngoài của tiểu phân nano được quan sát bằng các kính hiển vi điện tử và quang phổ hiện đại như [12]:
Kính hiển vi điện tử quét (SEM: Scanning electron microscopy) là một phương pháp để quan sát trực tiếp các tiểu phân nano, chụp được ảnh tiểu phân có kích thước 10 nm, phóng đại từ 10 - 300.000 lần, cung cấp thông tin về sắp xếp cấu trúc, phân bố không gian, hình ảnh bề mặt tiểu phân. SEM là một phương pháp đánh giá rất là tốt để đánh giá tiểu phân nano [12], [52].
Hiển vi điện từ truyền qua (TEM: Transmission electron microscopy) cho hình ảnh rõ hơn so với SEM về hình thái, cấu trúc tinh thể, số lượng và hướng của tiểu phân, có thể xác định được vị trí tiểu phân trong tế bào [12].
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân có thể ghi hình ảnh ba chiều của tiểu phân, có thể chụp tiểu phân 1 nm [12].
1.4.4.2. Phân bố kích thước tiểu phân
Yêu cầu hệ có phân bố kích thước tiểu phân càng hẹp càng tốt. Nhưng điều này rất khó đạt được trong thực tế.
20
Kích thước tiểu phân có thể được đo bằng một số phương pháp nêu trên. Xác định kích thước tiểu phân trung bình và chỉ số đa phân tán PDI (polydiversity index). PDI từ 0,1 đến 0,25 được coi là phân bố hẹp, trên 0,5 là phân bố rộng [12].
1.4.4.3. Độ tích điện/thế zeta
Mục đích đo thế zeta là để xác định sự tích điện bề mặt tiểu phân nhằm để tối ưu hóa thông số công thức và dự đoán độ ổn định của hệ keo [12].
Đối với những hệ tiểu phân nano có thế zeta tiềm năng từ - 10 đến + 10 mV thì được xem là trung tính. Với những hệ tiểu phân nano có tiềm năng thế zeta lớn hơn +30 mV và nhỏ hơn -30 mV thì được xem như là các cation mạnh và anino mạnh tương ứng. Màng tế bào có điện tích âm nên tiềm năng thế zeta có thể ảnh hưởng tới khả năng thấm của các tiểu phân nano qua màng, với tiềm năng thế zeta dương thì khả năng biểu thị độc tính nhiều hơn nó có thể gây rối tế bào [36].
Sử dụng phương trình Henry để tính toán tiềm năng thế zeta theo công thức sau:
Trong đó:
Ue là thế di dộng điện tử.
ɛ là hằng số điện môi.
ɳ là độ nhớt của môi trường.
f(kα) là hàm số Henry,
kα là tỷ lệ bán kính hạt với chiều dài Debye.
1.4.4.4. Xác định trạng thái kết tinh của dược chất
Dùng thiết bị phân tích nhiệt vi sai DSC (Differenciel scanning calometry) hoặc nhiễu xạ tia X (X - ray diffraction). Trong tiểu phân nano polyme nhiều dược chất tồn tại cả 2 dạng kết tinh và dạng vô định hình liên quan đến khả năng giải phóng và hòa tan dược chất [12].
Dạng kết tinh có cấu trúc mạng lưới vững chắc nên thường khó bị hòa tan hơn dạng vô định hình, nên sinh khả dụng của dạng vô định hình cao hơn dạng kết tinh [3].
21
1.4.5. Một số chế phẩm chứa tiểu phân nano trên thị trường
Bảng 1.2: Một số chế phẩm chứa tiểu phân nano lưu hành trên thị trường [45].
Biệt dược Chất mang
tạo nano Hoạt chất Chỉ định phê duyệt
Doxil® Caelyx
PEGylated
liposom Doxorubicin
Ung thư buồng trứng, Kaposi’s sarcoma kết hợp AIDs, tái phát ung thư vú, kết hợp điều trị cùng với bortezomib trong ung thư đa tủy.
Myocet Liposome Doxorubicin
Kết hợp với cyclophosphamid trong điều trị ung thư vú tái phát, ung thư buồng trứng và Kaposi’s sarcoma kết hợp AIDs.
DaunoXome Liposome Daunorubicin Kaposi’s sarcoma
Onco TCS Liposome Vincristine Tái phát mạnh lymphoma không Hodgkin’s
Abraxane Albumin Paclitaxel Ung thư vú di căn Abelcet
Amphotec Liposome Amphotericin B
Điều trị nhiễm nấm xâm lấn ở những bệnh nhân bị dai dẳng hoặc không dung nạp amphotericin B
AmBisome Liposome Amphotericin B
Điều trị theo kinh nghiệm cho các bệnh nhiễm nấm ở bệnh nhân giảm bạch cầu có sốt. Điều trị leishmaniasis nội tạng. Điều trị nhiễm nấm xâm lấn ở những bệnh nhân bị dai dẳng hoặc không dung của amphotericin B
22