MỞ ĐẦU Tình hình mắc và tử vong do ung thư trên toàn thế giới theo thống kê trong báo cáo của GLOBOCAN năm 2020 cho thấy đều có xu hướng tăng cao. Trong đó, Việt Nam được xếp hạng thứ 50/185 về tỷ lệ tử vong và 91/185 về tỷ lệ mắc mới ung thư trên 100000 người. Ung thư là tập hợp các bệnh lý liên quan đến việc các tế bào tăng sinh một cách mất kiểm soát khi bị kích thích bởi các tác nhân sinh ung thư và tạo thành khối u. Bệnh nhân trong giai đoạn hóa trị ung thư thường mệt mỏi, chán ăn, giảm sức đề kháng và rụng tóc,… nguyên nhân là do trong quá trình điều trị, thuốc chống ung thư được đưa vào trong cơ thể không chỉ tiêu diệt các tế bào ung thư bên cạnh đó còn tác động đến các tế bào lành.
Điều đó khiến cho hiệu quả điều trị giảm và gây ảnh hưởng đến sức khỏe của người bệnh. Vật liệu nano đã và đang được ứng dụng mạnh mẽ trong lĩnh vực y sinh, đặc biệt là điều trị ung thư sau nhiều thập niên phát triển. Trong đó, một trong số hệ nano ứng dụng trong điều trị ung thư được thương mại hóa chính là liposome. Liposome có kích thước nhỏ hơn các tế bào máu hàng ngàn lần đã được mô tả lần đầu tiên bởi Alec D Bangham tại viện nghiên cứu Babraham (Cambridge, Anh) vào năm 1961.
Liposome được sử dụng làm chất mang tải thuốc có thể cải thiện tính tan, tăng dung nạp và giảm các tác dụng phụ của thuốc. Tuy nhiên, các nghiên cứu trên cho thấy hệ liposome chưa được biến tính bề mặt cho sinh khả dụng chưa cao vì có độ ổn định sinh học thấp vì vậy dễ bị đào thải ra khỏi cơ thể [1,2]. Vì vậy, nhiều nhà nghiên cứu đã tiến hành biến tính polyethylene glycol (PEG) lên bề mặt liposome. Việc biến tính này nhằm tạo ra một hàng rào ngăn cản sự tương tác của liposome với các opsonin và đại thực bào; đồng thời các chuỗi dài polyme này còn hạn chế được sự tương tác giữa các liposome với nhau giúp kéo dài thời gian tuần hoàn trong máu và tăng khả năng hướng đích cho hệ liposome [3,4].
Bên cạnh đó, các hệ liposome đã được phát triển hiện nay hầu hết đều sử dụng các nguyên liệu lipid có nguồn gốc từ động vật nên đại đa số thuốc điều trị ung thư dựa trên công nghệ liposome đều có giá thành cao và người bệnh khó tiếp cận được với các sản phẩm này. Trên cơ sở đó, chúng tôi đã chọn thực hiện đề tài “Nghiên cứu tổng hợp nanoliposome từ lecithin có nguồn gốc đậu nành và biến tính chúng với PEG định hướng làm hệ mang thuốc 2 điều trị ung thư”. Mục tiêu của luận án: Nghiên cứu tổng hợp, đánh giá tính ổn định cùng hiệu quả mang thuốc paclitaxel/carboplatin của vật liệu nanoliposome từ lecithin có nguồn gốc đậu nành biến tính bề mặt bằng PEG. Nội dung của luận án: - Khảo sát các yếu tố lên quá trình tổng hợp nanoliposome từ lecithin có nguồn gốc đậu nành.
- Tổng hợp mPEG-cholesterol, biến tính bề mặt nanoliposome với mPEG- cholesterol và đánh giá tính chất vật liệu. - Tổng hợp mPEG-chitosan, phủ mPEG-chitosan lên bề mặt nanoliposome và đánh giá tính chất vật liệu. - Tổng hợp mPEG-gelatin, phủ mPEG-gelatin lên bề mặt nanoliposome và đánh giá tính chất vật liệu. - Đánh giá độc tính của vật liệu.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu tổng hợp vật liệu nanoliposome từ lecithin có nguồn gốc đậu nành biến tính bề mặt bằng PEG không chỉ có ý nghĩa về mặt khoa học mà còn có ý nghĩa tốt về mặt thực tiễn. Kết quả thu được góp phần làm sáng tỏ vấn đề về sự ổn định và tính hiệu quả của nanoliposome trong mang và phóng thích thuốc paclitaxel/carboplatin, làm tiền đề cho các nghiên cứu sâu hơn sau này về chức năng và lâm sàng. Những đóng góp mới của luận án: Đã tổng hợp thành công các vật liệu mPEG-Chol, mPEG-CS và mPEG-Gel được sử dụng để biến tính bề mặt nanoliposome mang thuốc PTX/CAR. Trong đó, nanoliposome biến tính bằng mPEG-Chol, mPEG-CS mang PTX/CAR và nanoliposome biến tính bằng mPEG-Gel chưa được nghiên cứu trước đây.
Kích thước hạt của các hệ nanoliposome biến tính PEG với các khối lượng phân tử khác nhau của mPEG cho thấy khi khối lượng phân tử của mPEG tăng sẽ làm tăng kích thước của liposome và khối lượng phân tử của mPEG càng nhỏ thì 3 liposome càng bền. Đây là nét mới của luận án trong việc đánh giá khối lượng phân tử mPEG phù hợp để sử dụng trong tổng hợp các vật liệu biến tính. Đã đánh giá độ ổn định trong huyết thanh, khả năng phóng thích thuốc kết hợp phân tích động học phóng thích thuốc và độc tính của các hệ nanoliposome biến tính PEG bằng các vật liệu tổng hợp. Các kết quả này sẽ làm nền tảng cho các nghiên cứu chuyên sâu hơn cũng như trong lâm sàng.
Giới thiệu về liposome 1. Cơ chế hình thành liposome Liposome có cấu trúc bao gồm một vỏ phospholipid với một hoặc nhiều lớp bao bọc xung quanh một nhân nước ở giữa và có kích thước hạt từ hàng chục cho đến hàng nghìn nanomet [5]. Đặc tính của màng phospholipid của liposome là lớp kép phospholipid. Trong đó, “đầu ưa nước” là đầu phospholipid chứa một nhóm phosphat tích điện âm và glycerol; “đuôi kỵ nước” là đuôi phospholipid gồm 2 chuỗi axit béo dài, kỵ nước và tránh tương tác với nước.
Các lớp kép lipid khi được đặt trong dung dịch nước thì các đầu ưa nước sẽ quay ra ngoài để tiếp xúc với nước và các đuôi kỵ nước sẽ quay vào với nhau bởi tương tác kỵ nước tạo thành cấu trúc liposome. Cơ chế hình thành liposome [6] 1. Phân loại liposome Tùy từng thành phần lipid, phương pháp bào chế, điện tích bề mặt và kích thước mà các liposome hình thành có các đặc tính khác nhau; thường khác nhau về cấu trúc, kích thước và khả năng mang thuốc/ hoạt chất. Phân loại liposome thường dựa vào cấu trúc của lớp lipid kép.
Bên cạnh đó, phương pháp bào chế cũng là một trong những cách phân loại liposome. Phân loại dựa vào cấu trúc Dựa vào số lớp màng lipid kép và kích thước hạt, liposome được phân loại thành các dạng như trong Bảng 1. Phân loại liposome dựa vào số lớp màng lipid kép và kích thước hạt [7] Dạng liposome Từ viết tắt Kích thước hạt Số lớp màng lipid kép Liposome chứa liposome MVV > 1 µm Cấu trúc đa ngăn Đa lớp OLV 0,1 – 1 µm 5 Đa lớp MLV > 0,5 µm 5 – 25 Đơn lớp khổng lồ GUV > 1µm 1 Đơn lớp loại vừa MUV > 100 µm 1 Đơn lớp loại lớn LUV > 1000 µm 1 Đơn lớp loại nhỏ SUV 20 – 100 nm 1 1. Phân loại dựa vào phương pháp bào chế VET (Vesicles by extraction techniques): liposome được bào chế bằng kỹ thuật ép đùn qua các màng có kích thước khác nhau.
REV (Reverse – phase evaporation vesicles): liposome được bào chế bằng phương pháp bốc hơi pha đảo. FTV (Freeze – thaw vesicles): liposome được bào chế bằng phương pháp đông lạnh-xã đông. DRV (Dehydrattion – Rehydration vesicles): liposome được bào chế bằng phương pháp dehydrat hóa – hydrat hóa trở lại. Phân loại dựa vào mục đích sử dụng Với các tác nhân khác nhau được biến tính trên bề mặt mà liposome được phân loại thành các dạng sau [8]: - Conventional liposome (liposome): liposome thế hệ đầu tiên và cơ bản nhất được phát triển, trong đó, thành phần lớp màng lipid chỉ chứa các lipid tích điện dương, âm hoặc trung tính.
- PEGylated liposome (liposome PEG hóa): liposome biến tính bề mặt bằng cách sử dụng các polymer ưa nước phủ bên ngoài lớp màng phospholipid kép để làm giảm tỷ lệ đào thải thuốc và tăng thời gian lưu thông trong máu. Trong đó, polyethylene glycol (PEG) là một trong số những polymer được sử dụng phổ biến để biến tính các hệ nano mang thuốc mang lại hiệu quả nhất hiện nay. 6 - Ligand-targeted liposome (liposome hướng đích): liposome được biến tính bề mặt bằng cách gắn các phối tử hướng đích lên lớp màng phospholipid kép hoặc được gắn ở các đuôi của polymer bảo vệ. Các phối tử này thông qua cơ chế miễn dịch tương tác kháng nguyên – kháng thể hoặc phối tử – thụ thể trên màng tế bào để nhận biết và liên kết với mục tiêu.
- Multifunctional liposome (liposome đa chức năng): liposome được kết hợp nhiều chức năng khác nhau trong cùng một cấu trúc liposome để phục vụ cùng lúc nhiều mục đích khác nhau. Nhược điểm và ưu điểm của liposome 1. Nhược điểm [9]: Phospholipid không bền về mặt hóa học nên dẫn đến các liposome chưa biến tính có độ ổn định thấp. Thành phần phospholipid dùng trong tổng hợp liposome rất dễ bị ảnh hưởng của các yếu tố như pH, nhiệt độ và vi sinh vật trong môi trường.
Một số phương pháp tổng hợp liposome gây các tác động bất lợi đến môi trường do sử dụng dung môi hữu cơ để hòa tan lipid. Hầu hết phương pháp tổng hợp liposome khó có thể sản xuất ở quy mô công nghiệp và chỉ thích hợp ở quy mô phòng thí nghiệm. Chi phí sản xuất các sản phẩm dựa trên liposome thì khá cao. Ưu điểm Liposom có khả năng mang được các hoạt chất tan trong nước (hoạt chất được nang hóa ở các khoang nước nằm chính giữa lớp phospholipid kép) và các hoạt chất ít tan trong nước (hoạt chất được nang hóa trong lớp màng phospholipid kép).
Bên cạnh đó, khả năng phóng thích và bảo vệ hoạt chất của liposome được kiểm soát. Vì vậy, đặc điểm dược động học của hoạt chất được thay đổi khi nang hóa trong liposome [9]. Liposome là một chế phẩm có tính an toàn khá cao vì cấu trúc của lớp màng phospholipid kép của liposome tương tự như cấu trúc màng sinh học của cơ thể [9]. Liposome là một trong những hệ mang thuốc hướng đích lý tưởng để tăng nồng độ thuốc ở những mô đặc biệt như mô ung thư.
Đặc biệt, liposome còn tạo ra 7 hệ vận chuyển thuốc chọn lọc như liposome miễn dịch và liposome đáp ứng các kích thích như liposome nhạy nhiệt, nhạy pH… 1. Nguyên liệu tổng hợp liposome Phospholipid là thành phần chính của liposome. Phospholipid dùng để tổng hợp liposome rất đa dạng và được chia làm hai loại chính là phospholipid tự nhiên và phospholipid tổng hợp [10]. - Phospholipid được chiết xuất từ các nguồn tự nhiên: Phosphatidylcholine (PC): phosphatidyl choline từ lecithin của trứng (egg phosphatidyl choline - EPC) hoặc đậu nành (soya phosphatidyl choline - SPC) Phosphatidylserine (PS) Phosphatidylethanolamine (PE) - Phospholipid tổng hợp: Hydrogenated soybean phosphatidyl choline (HSPC) Disteroyl phosphatidyl choline (DSPC) Dioleyl phosphatidyl choline (DOPC) Dioleyl phosphatidylethanolamine (DOPE) Dipalmitoyl phosphatidyl choline (DPPC) 1.