Công nghệ nano là một lĩnh vực nghiên cứu liên ngành liên quan đến hóa học, công nghệ, sinh học và y học có tiềm năng to lớn trong việc thăm dò sớm, chẩn đoán chính xác và điều trị ung thư [15,16]. Các hạt nano thường có kích thước nhỏ hơn vài trăm nanomet so với các đại phân tử sinh học như các enzyme, các thụ thể và các kháng thể. Với kích thước nhỏ hơn khoảng vài trăm đến 10 nghìn lần so với các tế bào người, các hạt nano này có thể tạo ra các tương tác không tiên đoán trước được với các phân tử sinh học cả trên bề mặt lẫn bên trong tế bào điều này có thể dẫn đến cuộc cách mạng trong chẩn đoán và điều trị ung thư. Các hạt nano được nghiên cứu kỹ nhất gồm quantum dot, carbon nanotube, các hạt nano thuận từ, liposome [44], các hạt nano vàng, và nhiều loại hạt khác (Hình 15)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Trải qua một thập kỷ, đã có nhiều trung tâm công nghệ nano được thành lập trên khắp thế giới. Chỉ tính riêng ở Mỹ, đã có hơn 6 tỷ đô la được đầu tư cho các nghiên cứu về công nghệ nano và hơn 60 trung tâm, mạng lưới và thiết bị đã được trợ cấp bởi nhiều tổ chức đang hoạt động hay sẽ đưa vào hoạt động trong tương lai gần. Sau khi đã thiết lập được mạng lưới công nghệ nano liên ngành, người ta mong muốn rằng trong tương lai gần công nghệ nano sẽ phát triển theo hướng có nhiều ứng dụng y học.
5.1. Tổng hợp các hạt nano vàng
Các hạt nano vàng hình cầu
Các hạt nano vàng hình cầu cũng được biết như các hạt keo vàng có đường kính từ 2nm đến trên 100nm có thể được tổng hợp bởi điều khiển sự khử dung dịch HAuCl
4
sử dụng các tác nhân khử khác nhau dưới các điều kiện khác nhau. Tác nhân khử được sử dụng rộng rãi nhất là citrate, chất khử này có thể tạo ra hầu hết các hạt nano vàng hình cầu đơn phân tán. Kích thước của các hạt nano hình cầu có thể được kiểm soát
Hình 15.Các hạt nano đã được nghiên cứu cho các ứng dụng y sinh học đích ung thư như quantum dot, liposome, nanotube…
bởi sự đa dạng trong tỷ lệ citrate/vàng. Thông thường, số lượng citrate nhỏ hơn sẽ tạo ra lượng hạt nano hình cầu lớn hơn.
Các thanh nano vàng
Các thanh nano vàng thường được tổng hợp bằng cách sử dụng phương pháp khuôn trên cơ sở lắng đọng điện hóa của vàng bên trong các lỗ của màng khuôn polycarbonate hay oxit nhôm. Kích thước của thanh nano vàng được xác định bởi kích thước lỗ của màng khuôn, trong khi chiều dài của thanh nano có thể được kiểm soát thông qua lượng vàng lắng đọng bên trong các lỗ của màng.
Tổng hợp qua trung gian mầm có lẽ là phương pháp tốt nhất để chuẩn bị thanh nano vàng, có thể cung cấp tỷ số hình dạng cao hơn so với khi được chuẩn bị bằng các phương pháp khác. Thông thường các mầm vàng được tạo ra bằng cách khử hóa học các muối vàng với các chất khử mạnh như NaBH
4. Các mầm này đóng vai trò như các
vị trí trung tâm của các thanh nano, sau đó thêm vào các dung dịch nuôi mầm của muối vàng một chất khử yếu như acid ascorbic và hexadecyltrimethylammonium bromide. Tỷ số hình dạng của thanh nano vàng có thể được kiểm soát bởi sự thay đổi số lượng mầm vàng. Hơn nữa, thanh nano vàng có thể được tạo ra với số lượng xác
định khi thêm AgNO3.
5.2. Các ứng dụng của các hạt nano
Các hạt nano vàng (NPs) đã bộc lộ một hiện tượng độc nhất đó là hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt, hiện tượng này là nguyên nhân gây nên khả năng hấp thụ và tán xạ theo phương ngang (cross-sections) lớn hơn 4 đến 5 bậc so với cường độ hấp thụ của các thuốc nhuộm truyền thống. Hơn nữa, các tính chất quang của chúng có thể được kiểm soát bởi sự đa dạng về kích thước, hình dạng và thành phần cấu tạo. Các hạt nano vàng được tổng hợp trong dung môi và sau đó được nối với các phân tử sinh học đã có nhiều ứng dụng trong khoa học sự sống như dẫn thuốc, chuyển gen, làm mẫu dò sinh học trong phân tích mô và tế bào và những nghiên cứu về các quá trình sinh học tại mức độ nano [16,17]. Sự kết hợp giữa các protein và các hạt nano không chỉ tạo ra tính ổn định của hệ thống mà quan trọng hơn còn đưa các chức năng thích ứng sinh học vào các hạt nano cho các tương tác sinh học xa hơn [35,55,63].
Liệu pháp ung thư
Các chiến lược truyền thống để can thiệp và xử lý ung thư bao gồm phẫu thuật, hóa trị liệu và xạ trị liệu. Dựa trên những thuận lợi về các tính chất duy nhất của
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
chúng, nhiều nghiên cứu về liệu pháp ung thư trên cơ sở các hạt nano vàng đã sử dụng
liệu pháp quang nhiệt để phá hủy các tế bào ung thư hay các mô khối u. Khi chiếu xung laser hội tụ với bước sóng phù hợp, các hạt nano vàng hình cầu, thanh nano đích có thể giết chết vi khuẩn và các tế bào ung thư. Người ta ước tính là nhiệt độ sẽ đạt 70–80 oC nhờ việc hấp thụ ánh sáng của các hạt nano vàng và có đến 150 kháng thể có thể liên kết với lớp vỏ nano thông qua một phân tử PEG nối hai chức năng. Một quan sát đáng chú ý là hầu hết các nghiên cứu này có đích là EGFR hay thụ thể nhân tố phát triển biểu mô người số 2 (HER2).
Dẫn thuốc
Một vài nghiên cứu đã báo cáo về việc sử dụng các hạt nano vàng làm phương tiện để dẫn thuốc. Nhân tố hoại tử khối u alpha (TNF-α), một cytokine với hiệu quả kháng khối u thông minh, tạo nên tính gây độc hệ thống điều này gây nên những hạn chế nghiêm trọng trong các ứng dụng liệu pháp của chúng. Hệ thống dẫn truyền các hạt nano chứa các hạt vàng được phủ bằng PEG cộng với TNF-α đã được tạo ra nhằm mục đích tối đa hóa khả năng gây tổn thương khối u đồng thời tối thiểu hóa tính độc hệ thống của TNF-α. Tổ hợp của sự nung nóng cục bộ và dẫn truyền trên cơ sở các hạt nano của TNF-α dẫn tới kết quả tăng cường tính hiệu quả của liệu pháp hơn khi sử dụng riêng lẻ.
Ứng dụng của hạt nano vàng trong thăm dò UTV
Trong nghiên cứu được công bố tháng 7 năm 2007 trên tạp chí Analytical Chemistry, các nhà khoa học đến từ trường đại học Purdue (Mỹ) đã trình bày chi tiết việc sử dụng các hạt nano vàng để thăm dò UTV. Nguyên lý hoạt động bởi nhận dạng ra các protein được tìm thấy trên bề mặt của các tế bào ung thư. Các loại ung thư khác nhau có các protein khác nhau nằm trên bề mặt của chúng giữ vai trò như các chỉ thị đặc hiệu. Thanh nano, các hạt nano vàng có dạng hình que, sử dụng các kháng thể đặc hiệu để bám vào các chỉ thi protein của UTV. Sau khi các thanh nano gắn với các protein trong mẫu máu, người ta xem xét chúng tán xạ ánh sáng như thế nào. Mỗi tổ hợp protein-thanh nano tán xạ ánh sáng theo cách duy nhất do đó cho phép chẩn đoán chính xác bệnh.