VINACHEM

Chúng ta thường đưa thuốc vào cơ thể chủ yếu bằng cách uống hoặc tiêm. Nhưng phương thức đưa thuốc vào cơ thể ảnh hưởng không nhỏ đến hiệu quả của thuốc, ví dụ các axit dạ dày trong ruột có thể tác động đến quá trình hấp thụ thuốc. Vì vậy, các nhà nghiên cứu đang tìm cách đưa thuốc trực tiếp đến đích là những vị trí cụ thể trong cơ thể, qua đó giảm liều lượng và tác động phụ. Ở đây, công nghệ nano đang chứng tỏ là một trong những công nghệ có nhiều triển vọng nhất.

Hạt nano mang nhiều loại thuốc

Điều trị ung thư là một trong những tâm điểm nghiên cứu đặc biệt theo xu hướng nói trên. Trong những năm qua, các nhà khoa học đã phát triển một số loại hạt nano với khả năng thực hiện một hoặc hai liệu pháp hóa học bên trong cơ thể. Ở phương pháp này, người ta đưa các phân tử thuốc vào bên trong các hạt nano hoặc gắn các phân tử thuốc đó bằng liên kết hóa học lên hạt nano.

Để thực hiện có hiệu quả các phương pháp trị liệu kết hợp như trên, các nhà nghiên cứu cần phải có khả năng cung cấp các liều lượng cụ thể của thuốc và phải kiểm soát được từng thành phần thuốc vào các thời điểm khác nhau. Nhưng cho đến nay, việc thiết kế các hạt nano sao cho chúng có thể mang hơn một hoặc hai loại thuốc với tỷ lệ chính xác là rất khó khăn.

Nay các nhà hóa học tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT, Mỹ) đã phát triển phương pháp chế tạo các hạt nano sao cho chúng có thể mang ba hoặc nhiều loại thuốc một cách dễ dàng hơn nhiều. Đây là ví dụ đầu tiên về các hạt nano có thể mang 3 loại thuốc theo tỷ lệ chính xác và có thể lần lượt giải phóng những loại thuốc này khi đáp ứng 3 cơ chế kích hoạt khác nhau.

Thay cho việc tạo ra các hạt, sau đó gắn các phân tử thuốc lên, nhóm nghiên cứu MIT tạo ra các khối thành phần đã chứa những lượng thuốc chính xác. Trong hai khối như vậy, họ liên kết doxorubixin hoặc camtothexin (2 loại thuốc điều trị ung thư buồng trứng) vào monome norboren và một chuỗi polyetyelen glycol (PEG) để bảo vệ cho các hạt nano không bị vỡ ra trong cơ thể. Trong một khối thứ ba, họ đưa một loại thuốc chống ung thư khác là cisplatin vào giữa hai monome norboren để tạo tác nhân liên kết ngang.

Sau đó, các nhà nghiên cứu liên kết các khối này với nhau thành một cấu trúc rất đặc biệt bằng cách sử dụng kỹ thuật mà họ đã phát triển, gọi là polyme hóa chuyển vị vòng mở. Đây là phương pháp mới để tạo ra các hạt nano ngay từ đầu. Các nhà nghiên cứu cho biết, nếu họ muốn tạo ra một hạt nano kết hợp 5 loại thuốc, họ chỉ cần lấy 5 khối thành phần và lắp ghép chúng thành hạt. Về nguyên tắc, không có hạn chế về việc có thể bổ sung bao nhiêu loại thuốc, và tỷ lệ các loại thuốc được các hạt mang theo chỉ phụ thuộc vào cách phối trộn chúng ngay từ đầu.

Mỗi hạt nano của nhóm nghiên cứu MIT có thể mang 3 loại thuốc theo tỷ lệ cụ thể, đáp ứng liều lượng dung nạp tối đa của từng loại thuốc, trong khi đó mỗi loại thuốc lại có cơ chế riêng để giải phóng vào vị trí cần tác động. Cisplatin đ-ợc giải phóng ngay khi hạt nano đi đến tế bào, vì liên kết giữ nó trong hạt bị phá vỡ khi chịu tác động của glutathion, một chất chống oxy hóa có mặt trong tế bào. Camptothexin cũng được giải phóng nhanh khi gặp enzym esteraza trong tế bào. Loại thuốc thứ 3 là doxorubixin đ¬ợc thiết kế để giải phóng khi chịu tác động của tia cực tím. Khi tất cả các thuốc đều đã được giải phóng, tất cả những gì còn lại chỉ là PEG - một chất có thể bị phân hủy sinh học.

Trong các thử nghiệm ở phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu MIT nhận thấy các hạt nano như trên đã tiêu diệt tế bào ung thư buồng trứng với hiệu quả cao hơn các hạt chỉ mang một hoặc hai loại thuốc. Họ đã bắt đầu thử nghiệm các hạt với các khối u ở động vật và cũng thử nghiệm các loại hạt mang 4 loại thuốc.

Lồng DNA nano

Một phương pháp khác để cung cấp thuốc vào cơ thể cũng đang rất được quan tâm là sử dụng các “lồng” cỡ nano làm từ các sợi DNA. Những “lồng” này có thể lưu giữ các loại thuốc phân tử nhỏ và giải phóng chúng khi đáp ứng các kích thích đặc biệt.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Tổng hợp McGill, Canađa, đang nghiên cứu phát triển các cấu trúc nano DNA dạng lồng như vậy. Theo họ, những cấu trúc này có một số ưu điểm tiềm năng: chúng có thể được chế tạo rất chính xác, là những vật liệu có thể phân hủy sinh học và kích thước, hình dạng cũng như tính chất của chúng có thể được điều chỉnh dễ dàng.

Tuy nhiên, việc giữ các phân tử trong “lồng DNA” khá khó khăn vì kích thước của các lỗ rất lớn. Vì vậy, một mục tiêu nghiên cứu tích cực của các nhà khoa học là tìm ra những phương pháp mới sao cho những chiếc “lồng” này có thể mang theo thuốc và sau đó giải phóng ra ở vị trí thích hợp trong cơ thể.

Trong các thí nghiệm của mình, các nhà nghiên cứu Canađa trước tiên đã tạo ra các khối lập phương DNA bằng cách sử dụng các sợi DNA ngắn. Sau đó họ bổ sung các chuỗi DNA đã biến đổi (DNA hình cây) vào từng góc của khối lập phương. Các chuỗi DNA này là những khối amphiphil, có đầu gắn với đuôi phân tử kỵ nước, chúng thu hút cả nước và lipit. Do bản thân các chuỗi này có các lipit ở hai đầu nên chúng cũng thu hút lẫn nhau. Về cơ bản, các đầu lipit sẽ hoạt động như các miếng dính tụ tập bên trong khối DNA, chúng tạo ra lõi để giữ và vận chuyển “hàng” ưa nước, ví dụ các phân tử nhỏ của các loại thuốc.

Bằng cách sử dụng hợp chất phát huỳnh quang Nile red cùng với thuốc chữa bệnh bạch cầu là dasatinib, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm xem những chiếc lồng nói trên có thể mang theo các phân tử thuốc hay không. Họ cho biết, chiếc lồng thử nghiệm đã lưu giữ được những lư¬ợng thuốc đáng kể so với mẫu đối chứng. Đây là ví dụ đầu tiên về việc vận chuyển các phân tử nhỏ đặt bên trong “lồng DNA” mà trong đó các phân tử này không gắn trực tiếp vào DNA.

Để giải phóng thuốc ra khỏi “lồng DNA”, các nhà nghiên cứu bổ sung vào khối lập phương một đoạn axit nucleic. Nhiều tế bào bị bệnh, ví dụ các tế bào ung thư, thường biểu hiện quá mức một số gen nhất định. Trong các ứng dụng tương lai, chúng ta có thể hình dung khối lập phương DNA mang thuốc đến môi trường tế bào bị bệnh và gen được biểu hiện quá mức sẽ kích hoạt sự giải phóng thuốc.

Nhóm nghiên cứu tại ĐHTH McGill đang thực hiện các nghiên cứu tế bào và động vật để đánh giá tính khả thi của phương pháp này đối với bệnh bạch cầu mãn tính cũng như ung thư thận. Trở ngại tiếp theo là phải đảm bảo sao cho những chiếc “lồng DNA” sẽ giải phóng thuốc tại vị trí thích hợp.

Các nhà nghiên cứu giải thích, để cho cấu trúc “lồng nano DNA” có thể thực hiện việc điều trị bệnh, nó phải chịu được các hoạt động phòng ngự của cơ thể trong thời gian đủ dài. Những chiếc “lồng DNA” tiêm vào máu chuột bị tiêu hóa khá nhanh. Vì vậy, để bảo vệ những cấu trúc này nhóm nghiên cứu đã bắt chước chiến lược cải trang của virut.

Trong virut, bộ gen được bao bọc trong vỏ protein rắn, sau đó lại được bọc tiếp bằng lớp dầu giống như lớp dầu trong màng tế bào bao quanh các tế bào sống. Vỏ bọc này có chứa một lớp phốtpholipit kép, nó giúp virut lẩn tránh hệ miễn dịch và đưa chúng vào bên trong tế bào.

Nhóm nghiên cứu Canađa đã tiến hành “bọc” những chiếc “lồng DNA” theo công nghệ do các nhà khoa học tại Viện Wyss (ĐHTH Harvard, Mỹ) phát triển. Kỹ thuật này cho phép các nhà nghiên cứu lấy một sợi DNA dài và lập trình để nó gấp thành các hình dạng khác nhau. Trước tiên, họ gấp DNA thành hình 8 mặt theo kích thước của virut. Sau đó, họ đưa vào bên trong các dụng cụ như “tay cầm” hoặc “móc treo” để treo lipit lên đó. Nhìn dưới kính hiển vi, dụng cụ nano này trông giống như virut được bọc kín bằng một màng hai lớp.

Để kiểm nghiệm kết quả, các nhà nghiên cứu đưa thuốc nhuộm phát huỳnh quang vào cấu trúc “lồng nano DNA” rồi tiêm nó cho chuột và sử dụng kỹ thuật chụp ảnh toàn thân để xem phần nào trong cơ thể chuột phát sáng. Kết quả cho thấy, ở những con chuột được tiêm “lồng nano DNA” không bọc thì chỉ có bàng quang của chúng phát sáng. Điều đó chứng tỏ những con chuột đã phân hủy những cấu trúc nano DNA này khá nhanh và sẵn sàng bài tiết ra ngoài. Nhưng nếu chuột được tiêm “lồng DNA” đã bọc thì toàn bộ cơ thể chúng phát sáng suốt nhiều giờ, chứng tỏ rằng những cấu trúc này đã được giữ lại trong máu của chúng.

Nhóm nghiên cứu cũng cho biết các cấu trúc nano DNA được bọc như trên đã tránh được sự “tóm bắt” của hệ miễn dịch. Ở những con chuột được tiêm cấu trúc lồng DNA nano đã bọc, hàm lượng của hai loại phân tử kích hoạt miễn dịch thấp hơn ít nhất 100 lần so với những con chuột được tiêm DNA nano không bọc. Theo các nhà nghiên cứu, điều đó cho họ khả năng kiểm soát, vì vậy họ có thể thiết kế dụng cụ nano để nhận được đáp ứng miễn dịch mà họ muốn.

Trong tương lai, các nhà khoa học có thể chế tạo các “robot nano” được “khoác áo cải trang” để kích hoạt hệ miễn dịch chống lại ung thư hoặc chế ngự hệ miễn dịch nhằm giúp mô cấy ghép phát triển ổn định trong cơ thể. Vấn đề then chốt là các nhà khoa học đã có thể kiểm soát được việc kích hoạt đáp ứng miễn dịch.

HS, theo Chemistry & Industry 9-2014