Thời gian qua, nhiều lần cả thế giới phải “ngả mũ bái phục” những thành tích vượt trội mà lĩnh vực y khoa đã đạt được trong hành trình thực hiện sứ mệnh bảo vệ sức khỏe con người. Nền y học ngày nay đã có những bước tiến vượt bậc đột phá khi ứng dụng công nghệ hiện đại vào phương pháp điều trị bệnh – trong đó phải kể đến công nghệ Nano và những ứng dụng giá trị trong y học.
Công nghệ nano là gì?
Công nghệ nano (Nanotechnology) là một công nghệ mang tính khoa học, công nghệ kiến thiết và mang tính thiết kế chuyên sâu tiến hành trên quy mô nano (nanoscale) với cấp độ siêu khoảng 1-100 nanometers. Khoa học nano (Nanoscience) và công nghệ nano (Nanotechnology) là nghiên cứu và ứng dụng các vật rất nhỏ và thường được ứng dụng xuyên suốt các ngành khoa học như hóa học, sinh học, vật lý, khoa học vật liệu và công nghệ.
Công nghệ nano có nhiệm vụ chế tạo các nguyên liệu, thiết bị và hệ thống hữu ích nhờ các thao tác, sắp xếp ở mức nguyên tử, phân tử và các cấu trúc siêu phân tử giới hạn kích thước 1 – 100 nano mét (nm) (1nm = 1 phần triệu milimét), đồng thời khai thác các đặc tính và hiện tượng mới xuất hiện khi vật chất ở kích thước nano.
Việc ứng dụng công nghệ nano đã giúp ngành y học “nối dài tay” hơn trong việc chẩn đoán chính xác các bệnh lý, trong bào chế dẫn truyền thuốc, định vị rõ ràng và điều trị thuốc đặc hiệu, đúng mức tế bào cho nhiều căn bệnh, kể cả bệnh khó như ung thư…
Trong dẫn truyền thuốc
Bào chế thuốc là một trong những lĩnh vực áp dụng nhiều công nghệ nano nhất . Điều này góp phần tạo ra nhiều chế phẩm với những đặc điểm hấp thu có ưu điểm vượt trội, mở rộng hiệu lực điều trị, đặc biệt là giúp phát triển các dạng thuốc tác dụng tại đích, điều trị một cách hiệu quả nhiều loại bệnh và giảm nhiều tác dụng phụ của thuốc.
Trong công nghệ dược phẩm, các hệ dẫn thuốc nano đã cho thấy những ưu thế vượt trội so với các hệ dẫn thuốc truyền thống thông qua việc nâng cao hiệu lực chữa trị của các loại thuốc.
Công nghệ nano đã tạo ra hàng loạt vật liệu mới, kích thước từ vài nanomet tới 100 nanomet được sử dụng trong nghiên cứu các dạng thuốc mới có khả năng vận chuyển dược chất đến các bộ phận mong muốn trong cơ thể với liều lượng thích hợp và theo đúng thời gian mong muốn.
Khả năng lưu thông của thuốc trong hệ tuần hoàn là một trong những yếu tố quan trọng góp phần tạo ra hiệu lực chữa trị của thuốc. Nếu tốc độ đào thải thuốc lớn hay nói cách khác thời gian lưu thông ngắn thì sẽ phải tăng liều lượng và số lần sử dụng thuốc nhằm duy trì nồng độ hiệu lực của thuốc. Bất kì loại thuốc nào khi đưa vào cơ thể đều trải qua quá trình đào thải gây ra bởi những đại thực bào tồn tại trong hệ lưới nội mô của cơ thể. So với những hệ dẫn thuốc truyền thống, những hệ dẫn thuốc nano sở hữu kích thước nhỏ có thể thoát khỏi quá trình đào thải này. Kích thước càng nhỏ, tốc độ đào thải sẽ càng chậm. Nghiên cứu trên những hạt nano polystyrene có kích thước nằm trong khoảng từ 50 – 500nm đã cho thấy những hạt nano có kích thước nhỏ hơn 100nm tốc độ đào thải thấp hơn 2 lần so với những hạt có kích thước lớn hơn.
Đặc biệt, trong việc chữa trị ung thư, những hệ dẫn thuốc nano giúp cải thiện tính tan (đối với các loại thuốc không tan), nâng cao thời gian lưu thông của thuốc trong hệ tuần hoàn, tập trung thuốc tại vùng khối u thông qua hai cơ chế hướng đích: bị động và chủ động.
Trong chẩn đoán và chụp cộng hưởng từ hạt nhân MRI
Để quan sát được độ thâm nhập bên trong tế bào, các phân tử phát huỳnh quang còn được đính kết vào hệ dẫn thuốc. Việc nối kết các phân tử có khả năng phát huỳnh quang như fluorescein (phát màu xanh lục) hay rhodamine (phát màu đỏ) vào các tế bào để định vị và quan sát sự phân bố trong các thí nghiệm sinh học đã được thực hiện từ nhiều năm nay. Tuy nhiên, các phân tử huỳnh quang này có cường độ phát quang yếu và bị lu mờ sau vài phút hoạt động. Trong cùng một điều kiện kích hoạt, hạt nano tỏa sáng gấp 20 lần phân tử huỳnh quang và giữ độ sáng liên tục không bị lu mờ theo thời gian. Việc phát quang tạo ảnh giúp người quan sát nhìn thấy tế bào ở vùng sâu trong cơ thể và ước lượng được mật độ kết tập và phân bố của hệ mang thuốc tại một “địa chỉ” nào đó hay có thể được ứng dụng để phát hiện và chẩn đoán nhiều loại ung thư khác nhau.
Ảnh chụp cộng hưởng từ (MRI) của khối u C26 dưới da chuột trước và sau khi tiêm PEGMnCaP (trái), Gd-DTPA (giữa) và PEGMn2O3 (phải) được chụp ở cường độ 1 T. Chỉ có PEGMnCaP cho thấy sự chọn lọc và khả năng khuếch đại tín hiệu ở khối u. Tỉ lệ: 1cm. Nguốn: Peng Mi et al, Nature Nanotechnology (2016). DOI: 10.1038/nnano.2016.72
Bên cạnh khả năng quan trắc bằng ảnh quang huỳnh quang, một kỹ thuật quan trắc hệ mang thuốc nano khác được nghiên cứu nhiều hiện nay là kỹ thuật ảnh cộng hưởng từ hạt nhân (CHTHN) MRI. Khi hệ tải thuốc được đính kết với hạt nano siêu thuận từ, các hệ này sẽ trở thành các chất tăng tương phản ảnh MRI. Hiện tượng tăng tương phản có được là nhờ các hạt nano từ khi tương tác với phần tử nước của vùng mô lân cận sẽ làm thay đổi thời gian hồi phục CHTHN, làm cho cường độ tín hiệu hồi phục (cũng là độ sáng – tối của ảnh) ở vùng này thay đổi rất nhiều so với khi không có hạt nano từ. Kết quả là độ tương phản ảnh MRI sẽ tăng lên, làm rõ chi tiết cấu trúc mô, nhất là vùng có u ung thư và giúp ích cho việc chẩn đoán sớm u hoặc phẫu thuật chính xác.
Trong nhiệt – từ trị (hyperthermia)
Phương pháp nhiệt – từ trị sử dụng trong chữa trị ung thư được đề xuất lần đầu tiên cách đây khoảng 50 năm. Ý tưởng là tập trung các hạt từ trong vùng khối u và sau đó đốt nóng chúng dưới tác dụng của một từ trường xoay chiều, do vậy chỉ những vùng mô tế bào nào có chứa hạt từ mới chịu tác dụng của nhiệt.
Trong hai chục năm lại đây, nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới đã nghiên cứu và phát triển việc dùng hạt oxyd sắt từ kích thước nano (chủ yếu là magnetite) bọc các chất tương hợp sinh học khác nhau để tiến hành các thí nghiệm diệt tế bào ung thư và đã bắt đầu quan sát được cả hiệu quả liệu pháp này trên lâm sàng.
(Ghi chú: Thông tin tham khảo: TS Hà Phương Thư (Viện Khoa học vật liệu Viện Hàn lâm KH &CN Việt Nam)
Discussion about this post