ứng dụng nano trong y tế

MỤC LỤC Danh mục hình ảnh: .......................................................................................................... 2 1. KHÁI QUÁT VỀ UNG THƯ ....................................................................................... 3 1.1. Thế nào là ung thư ? ............................................................................................... 3 1.2. Nguyên nhân gây ra ung thư: .................................................................................. 4 1.3. Các tác nhân gây ra ung thư .................................................................................... 5 2. KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ NANO: ..................................................................... 6 2.1. Nano là gì ............................................................................................................... 6 2.2. Công nghệ nano ...................................................................................................... 6 2.3. Vật liệu nano .......................................................................................................... 7 2.4. Khoa học nano ........................................................................................................ 7 2.5. Cơ sở khoa học của công nghệ nano ....................................................................... 7 2.6. Một số ứng dụng tiểu biểu ...................................................................................... 7 3. PHÂN LOẠI ................................................................................................................. 8 3.1 Hạt nano vô cơ ............................................................................................................ 8 3.2 Hạt nano hữu cơ ...................................................................................................... 9 4. ỨNG DỤNG TRONG Y TẾ ......................................................................................... 9 4.1. HẠT NANO VÀNG ............................................................................................. 10 a Đặc tính của hạt nano vàng: ................................................................................. 10 b Cấu tạo: ................................................................................................................ 10 c Nguyên lý hoạt động ............................................................................................ 11 4.2. HẠT NANO POLYMER ...................................................................................... 14 5. ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA HẠT TẢI THUỐC NANO............................... 17 5.1 Ưu điểm................................................................................................................. 17 5.2 Nhược điểm ........................................................................................................... 18 6.Tài liệu tham khảo ....................................................................................................... 18 2 DANH MỤC ẢNH Hình 1: Các hình thái của tế bào ung thư ......................................................................... 3 Hình 2: Quá trình phát triển của tế bào ung thư ................................................................ 4 Hình 3: Các tác nhân gây ra ung thư ................................................................................. 6 Hình 4: Các loại hạt nano .................................................................................................. 8 Hình 5: Cấu tạo của hạt nano oxit sắt mạ vàng ................................................................ 10 Hình 6: Liên kết bề mặt của nano .................................................................................... 11 Hình 7: Sử dụng nam châm tập trung các hạt nano trong mạch máu ............................... 12 Hình 8: Bề mặt tế bào khối u 2 ..................................................................................... 13 Hình 9: Liên kết hạt nano với bề mặt khối u 2 .............................................................. 13 Hình 10: Hạt nano xâm nhập nội bào vào trong khối khu 2 .......................................... 14 Hình 11: Hạt nano nhả thuốc bên trong tế bào khối u 2 ................................................ 14 Hình 12: Thuốc được đưa vào bởi hạt nano polymer có hiệu quả cao hơn so với thuốc thông thường .................................................................................................................. 15 Hình 13: Các loại hạt nano polymer ................................................................................ 16 Hình 14: Cấu trúc hạt tải thuốc nano polymer ................................................................. 17 Hình 15: (a) Nhắm mục tiêu thụ động phụ thuộc vào sự xâm nhập của các hạt nano thông qua mạch máu khối u bị rò rỉ; (b) Nhắm mục tiêu chủ động khai thác các hạt nano biến đổi bề mặt; và (c) Tiến hành kích hoạt dựa trên các hạt nano phản ứng kích thích. ......... 17 3 1. KHÁI QUÁT VỀ UNG THƯ 1.1. Thế nào là ung thư ? Ung thư là bệnh lý ác tính của tế bào, khi bị kích thích bởi tác nhân gây ung thư, tế bào tăng sinh một cách vô hạn độ, vô tổ chức và không tuân theo các cơ chế về kiểm soát về phát triển của cơ thể. Những tế bào đó có khả năng xâm lấn những mô khác bằng cách phát triển trực tiếp vào mô lân cận hoặc di chuyển đến nơi xa (di căn). Nơi xuất hiện khối u, do sự gia tăng về nhu cầu vật chất để tổ hợp nên ở khối u sẽ có mật độ mạch máu cao hơn và nhiệt độ của khối u sẽ cao hơn xung quanh do sự tăng cường trao đổi chất. Hình 1: Các hình thái của tế bào ung thư Tăng sản là trường hợp tăng sinh mô do tốc độ phân bào quá mức, làm gia tăng số lượng tế bào nhưng chúng vẫn giữ trật tự sắp xếp bình thường trong mô. Quá trình này được xem là có thể hồi phục được. Tăng sản có thể là một đáp ứng bình thường của mô đối với tác nhân kích thích, chẳng hạn như cục chai ở da. Loạn sản là một dạng bất thường của tăng sinh tế bào quá mức đặc trưng bởi mất đi sắp đặt bình thường của mô và cấu trúc tế bào. Thường thì những tế bào như vậy sẽ quay trở lại đặc tính bình thường của chúng, nhưng đôi khi chúng dần dần trở nên ác tính. Mức độ nặng nhất của loạn sản được xem như là ung thư tại chỗ. Ung thư biểu mô tại chỗ được xem là sự phát triển không kiểm soát của tế bào vẫn còn nằm tại vị trí nguyên 4 thuỷ và chưa có biểu hiện xâm nhập đến nơi khác. Tuy vậy, ung thư biểu mô tại chỗ có thể phát triển thành ác tính xâm lấn và thường được phẫu thuật cắt bỏ nếu có thể. 1.2. Nguyên nhân gây ra ung thư: Nguyên nhân gây ung thư là sự sai hỏng của ADN, tạo nên các đột biến ở các gene thiết yếu điều khiển quá trình phân bào cũng như các cơ chế quan trọng khác. Nhiều đột biến được tích lũy lại sẽ gây ra sự tăng sinh không kiểm soát và tạo thành khối u. Khối u là một khối mô bất thường, có thể ác tính(ung thư) hoặc lành tính (không ung thư). Khối u là một khối mô bất thường, có thể ác tính, tức ung thư hoặc lành tính, tức không ung thư. Khi đến một mức độ nhất định, các tế bào ung thư sẽ theo đường máu và mạch bạch huyết để đến nơi khác tạo thành khối u mới, gọi là di căn. Tăng sinh là quá trình sinh lý xảy ra trong những điều kiện nhất định ở hầu hết các mô trong cơ thể sinh vật đa bào. Bình thường sự cân bằng giữa tốc độ của quá trình tăng sinh và quá trình chết của tế bào được điều hòa một cách chặt chẽ để đảm bảo cho tính toàn vẹn của cơ quan và mô. Khi các tế bào xảy ra những đột biến trong DNA, chúng có thể phá vỡ cơ chế điều khiển này và dẫn đến ung thư. Sự tăng sinh không kiểm soát và nhanh chóng của tế bào sẽ tạo thành các khối u. Thông thường, một tế bào bình thường để chuyển dạng sang tế bào ung thư phải trải qua một vài đột biến ở một số gene nhất định. Quá trình này liên quan đến cả hệ thống gene tiền ung thư và gene áp chế ung thư . Hình 2: Quá trình phát triển của tế bào ung thư 5 Gene tiền ung thư mã hoá trong quá trình truyền tín hiệu tiến hành phân bào. Do vậy, khi bị đột biến, các gene tiền ung thư sẽ biểu hiện quá mức , làm các tế bào tăng sinh thừa thãi, lúc này nó trở thành những gene ung thư . Tuy nhiên, vì các gene ung thư thực chất là các gene cần thiết đối với quá trình phát triển của cơ thể, do đó không thể loại bỏ các gene này khỏi hệ gene nhằm làm giảm khả năng ung thư. Gene áp chế ung thư mã hóa cho các chất truyền tin làm giảm hoặc ngừng quá trình phân chia của tế bào khi phát hiện thấy có sai hỏng về DNA. Đó là các enzyme đặc biệt có thể phát hiện các đột biến hay tổn thương DNA và đồng thời kích hoạt hệ thống enzyme sửa chữa DNA. Thông thường, các gene áp chế ung thư sẽ được kích hoạt khi có tổn thương DNA xảy ra, nhưng một số đột biến có thể bất hoạt protein áp chế ung thư hoặc làm mất khả năng truyền thông tin của nó. Điều này làm gián đoạn hoặc dừng cơ chế sửa chữa DNA, khi đó những tổn thương DNA được tích luỹ lại dần dần hình thành ung thư. Nhìn chung, điều kiện cần thiết để hình thành ung thư là phải đột biến ở cả hai nhóm gene tiền ung thư và gene áp chế ung thư. Chỉ khi có đủ gene tiền ung thư bị đột biến thành gene ung thư và có đủ gene ức chế khối u bị bất hoạt hoặc tổn thương lúc đó các tín hiệu cho tế bào phát triển vượt quá các tín hiệu điều hòa thì sự phát triển tế bào sẽ nhanh chóng vượt khỏi tầm kiểm soát. 1.3. Các tác nhân gây ra ung thư Đột biến có thể do các tác nhân khác nhau. Một số nguyên nhân riêng biệt được liên kết với các loại ung thư đặc hiệu. +Hút thuốc lá liên quan đến ung thư phổi. +Phơi nhiễm kéo dài đối với phóng xạ, đặc biệt là phóng xạ tia cực tím từ mặt trời, dẫn đến u hắc tố và các loại ung thư da khác. +Hít các sợi amiăng có liên quan đến u trung biểu mô. +Các dạng khác của đột biến cũng có thể gây ra bởi quá trình viêm mạn tính. 6 Các tác nhân gây ung thư tiêu biểu là: Lối sống không lành mạnh (hút thuốc lá, đời sống tình dục, ăn uống không lành mạnh….) Do yếu tố di truyền. Do virus… Hình 3: Các tác nhân gây ra ung thư 2. KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ NANO: 2.1. Nano là gì Nano là cách gọi tắt của nanometer (nm) 1 nm = 109 m ( 1 nm có 10 nguyên tử đứng cạnh nhau) 2.2. Công nghệ nano Công nghệ nano là một ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo, ứng dụng các cấu trúc, thiết bị với kích thước, hình dáng ở qui mô nanometer. 7 Công nghệ nano gắn liền với khoa học nano và vật liệu nano. Là những ứng dụng dựa trên sự hiểu biết của con người về qui mô nanomet được nghiêng cứu trong ngành khoa học nano. 2.3. Vật liệu nano + Vật liệu với kích thước nano, có cấu trúc các hạt, các sợi, các ống, các tấm mỏng,...có kích thước đặc trưng khoảng từ 1 nanômét đến 100 nanômét + Nhiều tính chất của vật liệu (điện, từ, nhiệt, cơ, quang, xúc tác...) thường được cải tiến mạnh mẽ ở kích thước nano và có thể đạt đến những đặc tính khác thường hay tuyệt vời 2.4. Khoa học nano + Là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng và sự can thiệp (manipulation) vào vật liệu ở quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Tại các quy mô đó, tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại các quy mô lớn hơn. + Ngành khoa học này liên quan đến nhiều ngành khoa học khác như vật lý học, hóa học, sinh học 2.5. Cơ sở khoa học của công nghệ nano + Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử > kích thước tới hạn ( các tính chất vật lý hóa học của vật liệu đều có 1 kích thước tới hạn, nếu vật liệu nhỏ vượt kích thước giới hạn thì tính chất vật lý ,hóa học của nó sẽ hoàn toàn thay đổi, cụ thể là tính chất lượng tử sẽ thể hiện rõ ràng hơn.) + Hiệu ứng bề mặt: ở thế giới nanometer, số nguyên tử nằm trên bề mặt vật liệu sẽ chiếm phần lớn tổng số nguyên tử > hiệu ứng liên quan đến bề mặt đa dạng tạo nên các ứng dụng đặt trưng cho công nghệ nano, vd: phủ nano diệt khuẩn, chống nước, chống trầy xước,... ) (Nguồn : https:vi.wikipedia.orgwikiCông_nghệ_nano, truy cập 2h50, 13112019) 2.6. Một số ứng dụng tiểu biểu Quần áo, vớ,... phủ nano có khả năng diệt khuẩn, khử mùi hôi. Ứng dụng trong chế tạo phân bón, thuốc xịt nhằm tăng khả năng hấp hấp thụ dinh dưỡng của cây cũng như diệt sâu bệnh. Ứng dụng của trong y học, cụ thể là chữa trị bệnh ung thư. 8 3. PHÂN LOẠI Hình 4: Các loại hạt nano 3.1 Hạt nano vô cơ Lớp hạt nano này bao gồm các hợp chất vô cơ, như oxit kim loại hoặc kim loại nguyên chất; một số ví dụ liên quan được mô tả sau đây. Nanoshells: là các hạt hình cầu bao gồm một lõi điện môi (nói chung) được bao quanh bởi một lớp kim loại mỏng. Cấu trúc này làm cho chúng cộng hưởng mạnh với ánh sáng ở các bước sóng cụ thể và cộng hưởng có thể được điều chỉnh trong một phổ bước sóng lớn bằng cách điều khiển độ dày vỏ và kích thước hạt nano. Nanoshells có thể hấp thụ hoặc tán xạ ánh sáng; nanoshell hấp thụ chủ yếu được sử dụng để tạo ra sự tăng thân nhiệt, trong khi đó các tán xạ được sử dụng làm chất tương phản. Các hạt nano vàng có tính chất quang và điện đặc biệt, độc tính thấp và khả năng phân hủy sinh học tiềm năng. Các hạt nano vàng đã được nghiên cứu như là một hệ thống phân phối cho các tác nhân trị liệu, trong liệu pháp quang động để điều trị ung thư, hoặc trong chẩn đoán để phát hiện dấu ấn sinh học cho các loại bệnh khác nhau. Các chấm lượng tử (Quantum dots) là một loại các hạt nano nhỏ (đường kính 22050nm) bao gồm một vật liệu bán dẫn, với các tính chất điện tử và quang học cụ thể, do tỷ lệ bề mặt trên thể tích cao của chúng. QD có khả năng phát huỳnh quang mạnh, khả năng chống ánh sáng và độ nhạy cao để phát hiện; do đó, chúng thường được khai thác cho mục đích hình ảnh. Tuy nhiên, chúng cũng có thể được sử dụng làm chất mang thuốc trong các ứng dụng trị liệu. 9 3.2 Hạt nano hữu cơ Lizosome được làm từ phospholipids, lipid và cholesterol. Do tính chất lưỡng tính của chúng, phospholipid tự lắp ráp trong nước, tạo thành các cấu trúc hình cầu trong đó đầu ưa nước đối mặt với dung môi, và đuôi kỵ nước hình thành nên lớp màng kép. Một lớp ngoài của poly (ethylene glycol) (PEG) thường là cần thiết để tăng cường sự ổn định tàng hình của họ. PEG được biết là cung cấp sự ổn định không gian, lưu thông máu kéo dài và giảm sự hấp thu từ hệ thống thực bào đơn nhân. Polyme tương tự hình thái của lizosome thông thường, nhưng chúng bao gồm các copolyme khối amphiphilic tổng hợp. Một chất đồng trùng hợp khối amphiphilic bao gồm hai hoặc nhiều khối polyme khác nhau được liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị; một trong các khối là polymer ưa nước, thường là PEG và khối còn lại có thể là bất kỳ polymer tương hợp sinh học nào, chẳng hạn như poly (axit lactic), poly (axit lacticcoglycolic), polystyrene hoặc polycaprolactone. Các copolyme khối có thể được thiết kế để có các tính chất cụ thể để thu được các hạt nano với các tính năng mong muốn. Polyme có tính ổn định cao hơn, độ bền cơ học cao hơn và giảm tính thấm so với liposome. 4. ỨNG DỤNG TRONG Y TẾ Y tế là một trong những ứng dụng lớn nhất của công nghệ nano. Ví dụ như việc điều trị bệnh ung thư, nhiều phương pháp điều trị khác nhau đã được thử nghiệm để có thể hạn chế các khối u phát triển và tiêu diệt chúng ở cấp độ tế bào. Một nghiên cứu đã cho kết quả rất khả quan khi sử dụng các hạt nano vàng để chống lại nhiều loại ung thư. Các hạt nano này sẽ được đưa đến các khối u bên trong cơ thể, sau đó có thể dùng các tia thích hợp bao gồm siêu âm, laser, hồng ngoại để kích hoạt hạt vàng gia nhiệt và nhiệt nóng sẽ tiêu diệt tế bào ung thư mà không hại tế bào lành khác. Các loại hạt nano tải thuốc: trong thực tế có rất nhiều loại hạt nano được sử dụng trong y té nhưng nhóm chung em chỉ đề cập tới 3 loại hạt nano thông dụng và có nhiều thông tin nhất: Hạt nano vàng. Hạt nano Polymer. Hạt nano Liposome.