Ngày 24 Tháng 1, 2020 | 08:00 AM

Ðiều kỳ diệu trong ứng dụng nano

Ứng dụng của khoa học và công nghệ nano mang lại niềm hy vọng lớn nhất cho con người như là trong y học, chủ yếu liên quan đến việc tải thuốc đến các tế bào bệnh và chẩn bệnh chính xác ở cấp phân tử.

Việc tận dụng hạt nano làm “vật mang” (carrier) trong việc tải thuốc và nhả thuốc đúng “địa chỉ” là hy vọng sống còn trong trị liệu khối u, ung thư.

Trong những năm gần đây, công nghệ nano đã có những bước phát triển vượt bậc và đem lại nhiều lợi ích trong chẩn đoán và điều trị bệnh. Đặc biệt, hệ nano từ ra đời đã đem đến nhiều tiềm năng trong việc ứng dụng để đưa thuốc đến đích dưới tác dụng của từ trường bên ngoài.

Sự phát triển của công nghệ nano tạo ra rất nhiều bước tiến vượt bậc trong tất cả các lĩnh vực khoa học công nghệ. 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.

Ðiều kỳ diệu trong ứng dụng nano - Ảnh 1.

Đột phá trong công nghệ bào chế dược phẩm

Công nghệ nano ứng dụng trong sản xuất thuốc là bước đột phá mới hiện nay trong nền y dược học, đã được chứng minh khả năng cải thiện đáng kể hiệu quả trị liệu và tăng tính an toàn của sản phẩm so với các dạng bào chế quy ước. Nhờ ứng dụng công nghệ này, người ta có thể bào chế ra nhiều loại thuốc trên cơ sở cấu trúc nano để có thể tập trung chính xác vào khu vực cơ thể cần dùng đến thuốc.

Việc sử dụng hạt nano từ tính như một hệ thống phân phối thuốc rất có triển vọng trong chẩn đoán và điều trị bởi tính tương thích sinh học của nó và tính hướng đích chọn lọc đến tế bào và mô theo ý muốn dưới tác dụng của từ trường bên ngoài. Cùng với sự phát triển của xã hội, công nghệ nano đã được ứng dụng nhiều hơn trong việc nghiên cứu phát triển thuốc mới. Thuốc nano đã dần chứng minh được hiệu quả tuyệt vời của mình về khả năng cải thiện kết quả trị liệu và tăng tính an toàn của sản phẩm so với các dạng bào chế qua nước.

Trên thị trường dược phẩm thế giới đã xuất hiện nhiều sản phẩm nano sử dụng trong phòng và điều trị các bệnh viêm nhiễm nặng, ung thư và liên quan đến liệu pháp gene. Tiểu phân nano với kích thước siêu nhỏ (1-1.000nm) có cấu tạo lõi thân nước hoặc thân dầu bao quanh bởi bề mặt thân nước, dễ dàng phân tán vào môi trường sinh lý bên trong cơ thể. Kích thước tiểu phân nano nhỏ hơn rất nhiều so với kích thước tế bào (kích thước tế bào bình thường khoảng 10-100μm (1μm = 0,1% mm), tế bào ung thư có thể đạt kích thước đến vài mm).

Chính vì thế, tiểu phân nano được thiết kế phù hợp với đường đi của thuốc bên trong cơ thể có khả năng giúp vận chuyển thuốc đến đúng vị trí cần giải phóng hoạt chất hoặc đích sinh học (mô bệnh, tế bào bệnh hoặc bào quan bên trong tế bào bệnh) cải thiện vượt trội tính an toàn và hiệu quả trị liệu của thuốc.

Dược chất được bao bọc bên trong tiểu phân nano chỉ phát huy tác dụng khi giải phóng khỏi tiểu phân tại các đích sinh học. Do đó, những hoạt chất độc tính cao và gây nhiều tác dụng phụ không có nhiều cơ hội phát huy. Mặt khác, thuốc nano được cấu tạo bởi chất phân hủy sinh học (biodegradation), tương thích sinh học (biocompatibility) không độc tính nên không gây tổn hại các cơ quan, mô và tế bào lành trong cơ thể. Thuốc thiết kế hướng đích sinh học (mô bệnh, tế bào bệnh và bào quan bên trong tế bào bệnh), trên đường đi của thuốc sẽ tránh được sự phân bố thuốc đến các mô lành và tế bào lành. Chính vì thế, thuốc nano hướng đích an toàn khi sử dụng. 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.

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.

Công nghệ nano ứng dụng trong sản xuất thuốc là bước đột phá mới hiện nay trong nền y dược học, nhờ ứng dụng công nghệ này, người ta có thể bào chế ra nhiều loại thuốc trên cơ sở cấu trúc nano để có thể tập trung chính xác vào khu vực cơ thể cần dùng đến thuốc.

Vi nang nano (nanocapsule-NC) là một loại vi hạt có kích cỡ nanomet được bao bọc bên ngoài bởi những loại polymer không độc tính. Bên trong là một lõi chất lỏng chứa những thành phần quan trọng (như thuốc chẳng hạn). NC có rất nhiều ứng dụng, trong đó triển vọng nhất là trong các hệ thống đưa thuốc đến đích tác động. Khi được nạp vào NC, các độc tính toàn thân có liên quan đến thuốc sẽ giảm đi rất nhiều, đồng thời sự tập trung thuốc ở vị trí trị liệu cũng tăng lên.

Cách tiếp cận mới xử trí bệnh hô hấp

Công nghệ nano đưa ra cách tiếp cận mới trong điều trị các bệnh lý hô hấp. Bên cạnh đó, nghiên cứu các tác động hô hấp của các vật liệu nano giúp hiểu được tác động của khí thải và các hạt bụi siêu mịn tới sức khỏe con người bởi phổi là cửa ngõ quan trọng nhất của các hạt nano để tới các cơ quan trong cơ thể người.

Trong hen phế quản, selectin làm xuất hiện quá trình viêm và tăng phản ứng đường thở. Các nghiên cứu cho thấy vai trò của protein gắn hạt nano đối kháng với selectin có tác dụng chống viêm trong hen phế quản và bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính. Kumar và cộng sự tại Mỹ thấy kết quả tốt khi sử dụng các hạt nano gắn Chitosan IFN-genome-pDNA (CIN) trong chẩn đoán và điều trị hen dị ứng ở mô hình động vật.

Những nghiên cứu gần đây cho thấy hiệu quả của poly-lactide-co-glycolide (PLGA) dựa trên công nghệ nano để đưa thuốc chọn lọc tới phổi. Các thuốc chống viêm (prednisolon), giãn cơ trơn phế quản đã được chế tạo theo cơ chế đưa thuốc này tới đích ở phổi trong điều trị hen phế quản và bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính.

Bệnh lao phổi: Một số nghiên cứu đã đánh giá hiệu quả tiềm năng của các hạt nano được sử dụng trong kháng sinh chống lao. Các nghiên cứu cho thấy sử dụng thuốc lao gắn với công nghệ nano có những ưu điểm sau: rút ngắn thời gian điều trị; phân phối thuốc tới đích; sử dụng liều lượng thuốc thấp tối thiểu và ngăn ngừa các tác dụng phụ của thuốc.

Ung thư phổi: Các nghiên cứu trong những năm gần đây đã tập trung vào ứng dụng công nghệ nano trong việc đưa thuốc tới đích để điều trị ung thư phổi. Thế hệ thuốc đầu tiên là hệ thống phân phối thuốc bằng công nghệ nano làm tăng tính thấm và lưu giữ thuốc như hạt nano gắn paclitaxel polumeric (Genoxol-PM). Thế hệ thuốc thứ hai được cấu tạo đa dạng như kháng thể đơn dòng đặc hiệu khối u gắn hạt nano; tác nhân đích aptamer có khả năng gắn các cấu trúc đặc hiệu đích bởi kích thước nhỏ, tổng hợp dễ dàng và không gây đáp ứng miễn dịch; các phân tử nhỏ như folate được sử dụng cho đích các tế bào ung thư (các tế bào ung thư có đậm độ cao thụ thể cho folate). Các protein như transferrin cũng là đích cho tế bào ung thư. Một hướng khác là các hạt nano gây hiệu ứng tăng nhiệt độ dẫn đến phá hủy các khối u phổi.

Hướng mới trong điều trị đái tháo đường

Công nghệ nano đã giúp các nhà khoa học chế tạo ra các máy xét nghiệm siêu nhỏ nhưng có khả năng đo lượng insulin liên tục trong máu mà trước kia muốn đo nồng độ insulin liên tục người ta phải lấy máu để xét nghiệm. Thay vì lấy máu xét nghiệm, máy xét nghiệm insulin nano sử dụng các điện cực nano các-bon để đo lượng insulin trong máu theo thời gian thực. Đo lượng insulin và lượng đường trong máu nhằm đánh giá khả năng sản xuất insulin của cơ thể và tình trạng đường trong máu.

Người đái tháo đường bị loét chi giờ đây đã có thể chữa khỏi nhờ những tiến bộ khoa học kỹ thuật trong đó có việc sử dụng thành quả của công nghệ nano trong y khoa. Dựa vào công nghệ nano, người ta sản xuất các siêu robot được cấy dưới da có các cảm biến với glucose. Do nhận biết được nồng độ glucose, robot sẽ tính toán bơm vào máu một lượng insulin cần thiết tương ứng. Việc đo lượng glucose liên tục và giải phóng vào trong máu một lượng insulin đủ để duy trì đường máu bình thường giống như sinh lý của cơ thể sẽ làm giảm các biến chứng của bệnh đái tháo đường; người bệnh sẽ tránh được các cơn hạ đường máu đột ngột vốn đang là nỗi ám ảnh của những người mắc đái tháo đường. Tuy nhiên, công nghệ này vẫn đang ở giai đoạn nghiên cứu.

Lời kết

Nhìn chung, sự phát triển thuốc nano đã tăng đáng kể trong thập kỷ qua. Hàng chục thuốc nano đã được FDA phê duyệt và nhiều thuốc đang trong giai đoạn phát triển sớm hoặc trong các thử nghiệm lâm sàng. Hầu hết các loại thuốc nano hiện đang được phê duyệt đều dựa trên các loại thuốc thông thường đã được phê duyệt và các tiểu phân nano đơn giản.

Tuy nhiên, các nền tảng thuốc nano đang được kết hợp với phạm vi mở rộng của các loại hạt và đang trở nên phức tạp hơn. Mặc dù một vài thuốc nano đang trong giai đoạn phát triển sớm sẽ nhận được phê duyệt theo quy định, số lượng công việc đang xảy ra trong lĩnh vực này dự đoán nhiều thuốc nano mới sẽ sẵn sàng cho sử dụng trên lâm sàng. Trong khi sự phát triển của thuốc nano đang đối mặt với nhiều thách thức, nó chỉ có thể là vấn đề thời gian cho đến khi những thuốc này mang lại các giải pháp cho nhu cầu lâm sàng chưa được đáp ứng và thay đổi rất nhiều thực hành lâm sàng.

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 2 cơ chế hướng đích: bị động và chủ động.

Theo TS.BS. Hồng Quang/SK&ĐS

Tags

GỬI Ý KIẾN BẠN ĐỌC