4. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 1 Độ pH
5.2. Lĩnh vực nano
Một trong những ứng dụng thành cơng khác của dendrimer trong cơng nghệ vận chuyển hoạt chất trị bệnh. Bởi vì cĩ nhiều lỗ trống kích cỡ nano nên dendrimer được sử dụng để vận chuyển thuốc đến những vị trí mong muốn trong cơ thể, làm giảm tối thiểu những tác dụng phụ của những chất này trong quá trình di chuyển trong cơ thể, đặc biệt là trong lĩnh vực điều trị ung thư. Giống như tán lá xum xuê của những cây đã già, các phân tử dendrimer chứa rất nhiều lỗ trống, nghĩa là cĩ bề mặt trong rất lớn. Rất lý thú là cĩ thể bố trí chúng sao cho những chỗ trống này cĩ kích thước nhất định và qua đĩ cho ta những bình chứa lý tưởng cho những các chất cĩ hoạt tính sinh học. Nếu thiết kế thích hợp, cũng cĩ thể vận chuyển DNA vào tế bào cho liệu pháp gen. Khi đĩ chúng chắc chắn ít nguy hiểm hơn là những vi khuẩn đã được giảm thiểu nguy cơ gây hại, là những chất hiện nay được dùng cho mục đích này. Bởi vậy, động lực tìm kiếm những phương pháp khác an tồn hơn để đưa gene vào tế bào đã được nhân lên gấp đơi. Và họ đã đến với cơng nghệ nano. Việc chế tạo các vật thể và phương pháp ở kích thước nano đã cĩ được tiến bộ nhanh chĩng trong vật lý học, tuy nhiên điều này cịn chưa cĩ được ở lĩnh vực y học. Kỹ thuật nano cĩ thể mang lại một giải pháp cho việc điều trị gene và cĩ những ưu thế to lớn để chữa một số bệnh nan giải như ung thư và tiểu đường.
Hiện đang cĩ một số nhà y học đi tiên phong trong việc khai phá các cơng cụ của cơng nghệ nano để thao tác các phân tử sinh học điều chỉnh sự sống và cái chết, sức khoẻ và bệnh tật. Vấn đề then chốt là họ tìm cách làm cho những thiết bị và vật liệu ở phạm vi nano này trở nên thích hợp để cĩ khả năng chế tạo các cơ cấu và máy mĩc nhỏ như những phân tử sinh học như DNA. Điều đĩ cĩ nghĩa là họ cĩ thể thiết kế những cơng cụ nhỏ để sửa chữa một cách an tồn và hiệu quả bộ máy tinh vi của bệnh tật, giống như những người thợ cơ khí dùng cờ lê để tháo chữa động cơ ơ tơ vậy. Điều này nghe cĩ vẻ viễn tưởng - và mới gần đây thì quả thực như vậy - nhưng hiện điều này đã khả dĩ vì các nhĩm bác sĩ và các nhà khoa học đang kết hợp những tiến bộ của sinh học và hố học với những cơng cụ tổng hợp và kỹ thuật hố chất, thậm chí của cả ngành micro chíp điện tử.
Ngồi ra, từ nhiều năm nay, các nhà chế tạo linh kiện bán dẫn đã biết cách tạo nên những chi tiết trên chíp silic chỉ nhỏ vài trăm nano. Mauro Ferrari, Giám đốc Trung tâm Kỹ thuật Sinh Y Ohio đã tạo ra viên nang silic cực nhỏ chứa những tế bào khoẻ mạnh để làm thay chức năng của những tế bào bị bệnh. Thí dụ cĩ thể cấy viên nang chứa những tế bào tụy dưới da người bệnh cho những bệnh nhân bị tiểu đường. Việc đưa những tế bào mới cho cơ thể là một phương pháp rất tốt để chữa những bệnh do thiếu enzyme và hocmon gây ra và đã cĩ nhiều nhà nghiên cứu đang vật lộn với chiến lược này nhiều năm nay. Nhưng cũng như phép chữa trị gen, vấn đề phản ứng của hệ miễn dịch đã là một trở ngại chủ yếu. Và Ferrari đã mượn đến cơng cụ của cơng nghệ nano. Ơng lập luận rằng khi hệ miễn dịch phát hiện thấy vật lạ thì nĩ gửi những kháng thể đến tấn cơng nĩ. Vậy nếu chặn kháng thể bằng một hàng rào nhân tạo thì hệ miễn dịch sẽ khơng cĩ khả năng thấy được những tế bào cấy vào. Và Ferrari đã chế ra viên nang gồm những màng xốp đủ để ngăn kháng thể nhưng vẫn cho những phân tử ra vào. Ý tưởng của Ferrari thật tuyệt vời nhưng chế ra những lỗ nano ở màng viên nang như vậy khơng phải dễ, kháng thể cĩ thể chui lọt qua những lỗ 18 nano (kích thước chính xác chưa xác định được). Các cơng cụ ảnh litơ dùng chế vi mạch tiên tiến cũng chỉ làm được các chi tiết khoảng vài trăm nano. Tuy nhiên Ferrari đã cải tiến các phương pháp này để tạo ra những lỗ chỉ nhỏ vài nano. Với cơng nghệ trong tay, Ferrari đã mở cuộc tấn cơng vào căn bệnh đang đè nặng cho giới y học, đĩ là bệnh tiểu đường. Một trong những dạng bệnh này là do các tế bào tụy thơng thường sản xuất ra insulin đã hoạt động sai chức
năng. Cách chữa trị tốt nhất là cấy những bản sao, là những tế bào tụy của lợn vào cho cơ thể. Trước đây những bệnh nhân áp dụng biện pháp này đã phải sử dụng thuốc để ức chế phản ứng của hệ miễn dịch. Nay với màng xốp Ferrari chế ra cĩ thể gĩi những tế bào thay thế này dưới dạng viên nang. Những phân tử đường dễ dàng lọt qua màng này vào viên nang để kích hoạt các tế bào và insulin cĩ thể chảy ra để điều chỉnh hố chất trong máu.
Ferrari khơng phải là người duy nhất cĩ ý định "đưa lậu" những tế bào vào cơ thể để duy trì những chức năng bình thường. Tejan Desai, kỹ sư sinh học ở Đại học Illinois đang nghiên cứu cách tiếp cận này để sử dụng cho não: đưa vào các tế bào tiết ra chất truyền nơron. Những chất chuyền nơron này cĩ thể dùng thay thế khi những tế bào não bị hỏng sau các căn bệnh như Alzheimer.
Sử dụng các vật liệu ở kích thước nano là một tiếp cận hấp dẫn, nhưng đĩ chưa phải là điều mà rốt cục cơng nghệ nano sẽ làm thay đổi y học. Carlo Montemagno ở Đại học Cornell cịn muốn tiến xa hơn: ơng đang chế tạo các thiết bị y học như bơm, mơtơ để trang bị cho một nhà máy hố chất nhỏ hơn cả tế bào sống. Chẳng hạn cĩ thể dùng mơtơ nano này để chạy những bộ trộn nhỏ cĩ chứa những liều thuốc, sau đĩ bơm trực tiếp vào những mơ cần thiết. Ý tưởng đưa những mơ tơ vào cơ thể xem ra cĩ vẻ lạ lẫm, nhưng nĩ lại cĩ lợi thế là cĩ thể học hỏi ở chính bản thân sinh vật. Thí dụ một số vi khuẩn di chuyển được vì ve vẩy đuơi, ở cuối đuơi cĩ một mơ tơ gồm roto protein ẩn trong một vành tạo bởi 6 protein. Mỗi protein là một enzyme cĩ tên gọi là ATPase chuyển nhiên liệu tế bào ATP (adenosine phosphate 3) thành ADP (adenosine phosphate 2); năng lượng sản sinh từ phản ứng này làm mơtơ chạy: roto chạy xung quanh vành protein. Ngồi những điều nêu trên, các nhà sinh học cịn hiểu biết rất ít. Nhưng họ biết là mơtơ làm việc. Và để chế ra mơtơ nano, Montemagno đã lợi dụng mơtơ của vi khuẩn và gắn nĩ vào cấu trúc nanơ kim loại.
Montemagno tiên đốn rằng sẽ đến một ngày những nhà máy hố chất cỡ nano này sẽ hoạt động ở trong tế bào. Cĩ thể đưa chúng vào các tế bào của khối u, tại đĩ chúng sẽ tổng hợp và cung cấp các hố chất điều trị. Nhờ đưa đúng mục tiêu và tác dụng tại chỗ nên giảm được độc hại cho các mơ khác, đồng thời cĩ thể áp dụng những liều cao hơn bình thường. Một việc mà nhĩm của Montemagno đạt được là kết hợp các cơ chế thu lượm ánh sáng từ sự quang hợp với các mơtơ sinh
học để tạo ra các động cơ nanơ chạy bằng ánh sáng mặt trời. Năng lượng ánh sáng tạo ra ATP làm nhiên liệu cho động cơ. Đây là bước khởi đầu để tiến tới cĩ được những thiết bị nano khơng cần nguồn năng lượng bên ngồi.