Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh tỷ lệ mắc và tử vong do ung thư ngày càng gia tăng trên toàn cầu, với hơn 18 triệu ca bệnh mới và gần 9,6 triệu người tử vong vào năm 2018, việc phát triển các phương pháp điều trị hiệu quả và an toàn trở thành ưu tiên hàng đầu trong y học hiện đại. Tại Việt Nam, số ca mắc ung thư mới lên đến khoảng 164 nghìn và hơn 114 nghìn người tử vong mỗi năm, trong đó các loại ung thư phổ biến gồm gan, phổi, dạ dày, vú và trực tràng. Các phương pháp hóa trị truyền thống như sử dụng cisplatin hay 5-FU mặc dù có hiệu quả nhưng đi kèm với nhiều tác dụng phụ nghiêm trọng như độc tủy và nhiễm độc thận, ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống bệnh nhân.

Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp và đánh giá hệ nanogel dựa trên copolymer Chitosan-Pluronic F127 nhằm nâng cao hiệu quả dẫn truyền và kiểm soát phóng thích đồng thời hai hoạt chất Paclitaxel (PTX) và Quercetin (QU) – những dược chất có tiềm năng trong điều trị ung thư nhưng gặp hạn chế về độ hòa tan và sinh khả dụng. Phạm vi nghiên cứu thực hiện trong môi trường phòng thí nghiệm tại Viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng, Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam, với thời gian nghiên cứu kéo dài khoảng một năm. Mục tiêu chính là phát triển hệ nanogel có khả năng nang hóa hiệu quả, kiểm soát nhả thuốc chậm, đồng thời xây dựng phương pháp thẩm định hàm lượng PTX bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) với độ chính xác và độ đặc hiệu cao.

Việc ứng dụng hệ nanogel Chitosan-Pluronic F127 không chỉ góp phần cải thiện sinh khả dụng của thuốc mà còn giảm thiểu tác dụng phụ, nâng cao hiệu quả điều trị ung thư, đồng thời mở ra hướng đi mới cho nghiên cứu và phát triển các hệ dẫn thuốc dựa trên polymer sinh học tương hợp sinh học cao.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Công nghệ nano và nanogel: Nanogel là các hạt gel kích thước nano (1-100 nm) được tạo thành từ polymer tổng hợp hoặc sinh học có liên kết ngang, có khả năng trương nở và phân hủy theo thời gian, thích hợp cho việc tải và giải phóng thuốc. Kích thước nano giúp nanogel dễ dàng thâm nhập và tập trung tại mô ung thư nhờ hiệu ứng tăng thẩm thấu và giữ lại (EPR).

  • Polymer Chitosan và Pluronic F127: Chitosan là polysaccharide mang điện tích dương, có tính tương hợp sinh học cao, khả năng phân hủy sinh học và nhiều tác dụng sinh học như kháng khuẩn, kích thích phát triển tế bào. Pluronic F127 là copolymer khối PEO-PPO-PEO có tính lưỡng ưa, nhạy nhiệt, có khả năng chuyển đổi trạng thái gel lỏng – rắn theo nhiệt độ, giúp kiểm soát nhả thuốc.

  • Tương tác hóa lý trong nanogel: Các tương tác kỵ nước, tương tác ion và liên kết hydro được tận dụng để tạo liên kết ngang trong mạng lưới nanogel, giúp ổn định cấu trúc và kiểm soát phóng thích thuốc.

  • Dược động học và phóng thích thuốc: Hệ nanogel được thiết kế để nang hóa đồng thời hai hoạt chất Paclitaxel và Quercetin, kiểm soát tốc độ giải phóng trong môi trường đệm PBS pH 7,4 nhằm tăng hiệu quả điều trị và giảm tác dụng phụ.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng các hóa chất chuẩn như Pluronic F127, Chitosan, Paclitaxel, Quercetin và các dung môi phù hợp. Dữ liệu thu thập từ các phép đo phổ 1H-NMR, FT-IR, TEM, DLS, thế Zeta, UV-Vis và HPLC.

  • Phương pháp tổng hợp: Hệ copolymer Chitosan-Pluronic F127 được tổng hợp qua phản ứng hoạt hóa Pluronic bằng p-nitrophenyl chloroformate (NPC), sau đó gắn với Chitosan thông qua liên kết amide. Tiếp theo, hệ copolymer được nang hóa đồng thời với Quercetin (10%) và Paclitaxel (2%) bằng phương pháp hòa tan – siêu âm – cô quay.

  • Phân tích cấu trúc: Sử dụng phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR và phổ hồng ngoại FT-IR để xác nhận cấu trúc copolymer và sự thành công của phản ứng tổng hợp.

  • Đánh giá kích thước và hình thái: Kích thước hạt nanogel được đo bằng tán xạ ánh sáng động học (DLS) và hình thái được quan sát qua kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM). Thế Zeta được đo để đánh giá tính ổn định của hệ.

  • Đánh giá khả năng nang hóa và phóng thích thuốc: Hàm lượng Paclitaxel được xác định bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) với đầu dò UV-Vis tại bước sóng 227 nm, trong khi Quercetin được đo bằng phổ UV-Vis tại bước sóng 374 nm. Phương pháp HPLC được thẩm định với các chỉ tiêu về tính tương thích hệ thống, độ đặc hiệu, độ tuyến tính (R²=0,9997), độ lặp lại (RSD=0,19%), độ đúng (tỷ lệ phục hồi 90-107%), giới hạn phát hiện (LOD=0,15 ppm) và giới hạn định lượng (LOQ=0,5 ppm).

  • Timeline nghiên cứu: Tổng hợp copolymer và nang hóa thuốc trong vòng 3 tháng, đánh giá cấu trúc và đặc tính vật lý trong 2 tháng tiếp theo, xây dựng và thẩm định phương pháp HPLC trong 1 tháng, khảo sát phóng thích thuốc và phân tích dữ liệu trong 2 tháng cuối.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tổng hợp thành công hệ copolymer Chitosan-Pluronic F127: Phổ 1H-NMR và FT-IR xác nhận sự gắn kết thành công giữa Pluronic F127 đã hoạt hóa NPC với Chitosan, với hiệu suất hoạt hóa NPC đạt 97%. Tín hiệu đặc trưng của nhóm amide xuất hiện rõ ràng ở 1635 cm⁻¹ trong phổ FT-IR, chứng minh sự hình thành liên kết amide.

  2. Kích thước và hình thái nanogel: Kích thước trung bình của hạt nanogel đo bằng DLS khoảng 100-150 nm, phù hợp với kích thước lý tưởng để thâm nhập mô ung thư. Hình ảnh TEM cho thấy nanogel có hình cầu đồng nhất, kích thước nano rõ ràng, không có sự kết tụ lớn.

  3. Khả năng nang hóa và phóng thích thuốc: Hiệu quả nang hóa Quercetin đạt khoảng 10%, Paclitaxel đạt 2%. Đồ thị phóng thích thuốc trong môi trường PBS pH 7,4 cho thấy quá trình giải phóng chậm và kiểm soát, với khoảng 60-70% lượng thuốc được phóng thích sau 48 giờ, giúp duy trì nồng độ thuốc ổn định tại vị trí điều trị.

  4. Phương pháp HPLC thẩm định: Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao cho kết quả với độ tuyến tính cao (R²=0,9997), độ lặp lại tốt (RSD=0,19%), độ đúng trong khoảng 90-107%, LOD và LOQ lần lượt là 0,15 ppm và 0,5 ppm, đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy trong định lượng Paclitaxel trong mẫu nanogel.

Thảo luận kết quả

Việc tổng hợp thành công hệ copolymer Chitosan-Pluronic F127 với hiệu suất cao cho thấy phương pháp hoạt hóa NPC và gắn kết với Chitosan là hiệu quả, tạo ra hệ nanogel ổn định và tương hợp sinh học. Kích thước nanogel phù hợp với yêu cầu vận chuyển thuốc đến mô ung thư, tận dụng hiệu ứng EPR để tăng cường tích lũy thuốc tại vị trí khối u.

Khả năng nang hóa đồng thời hai hoạt chất Paclitaxel và Quercetin giúp tận dụng ưu điểm của từng dược chất, trong đó Paclitaxel là thuốc chống ung thư mạnh nhưng kém hòa tan, còn Quercetin có tác dụng chống oxy hóa và hỗ trợ điều trị ung thư. Quá trình phóng thích chậm và kiểm soát thuốc trong môi trường đệm PBS pH 7,4 phù hợp với điều kiện sinh lý, giúp giảm tác dụng phụ và tăng hiệu quả điều trị.

Phương pháp HPLC được xây dựng và thẩm định kỹ lưỡng, đảm bảo độ chính xác và độ đặc hiệu cao, phù hợp cho việc định lượng Paclitaxel trong các mẫu nanogel phức tạp. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu quốc tế về hệ nanogel mang thuốc, đồng thời mở rộng ứng dụng trong nghiên cứu và phát triển thuốc tại Việt Nam.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ phóng thích thuốc theo thời gian, phổ 1H-NMR và FT-IR minh họa cấu trúc copolymer, hình ảnh TEM và biểu đồ kích thước DLS để minh chứng tính đồng nhất và kích thước nanogel.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tối ưu hóa tỷ lệ copolymer và hoạt chất: Đề xuất điều chỉnh tỷ lệ Chitosan và Pluronic F127 cũng như nồng độ Paclitaxel và Quercetin để nâng cao hiệu quả nang hóa và kiểm soát phóng thích thuốc, hướng tới mục tiêu tăng hiệu suất nang hóa trên 15% cho Quercetin và 5% cho Paclitaxel trong vòng 6 tháng.

  2. Nghiên cứu tác động của môi trường pH và nhiệt độ: Thực hiện các thử nghiệm phóng thích thuốc trong các môi trường đệm có pH khác nhau (ví dụ pH 5,5 mô ung thư) và nhiệt độ mô phỏng điều kiện sinh lý nhằm đánh giá khả năng nhạy cảm và kiểm soát nhả thuốc của nanogel, dự kiến hoàn thành trong 3 tháng.

  3. Mở rộng thử nghiệm in vitro và in vivo: Khuyến nghị tiến hành các thử nghiệm tế bào ung thư và mô hình động vật để đánh giá hiệu quả điều trị và độc tính của hệ nanogel, nhằm xác nhận tính an toàn và hiệu quả trước khi ứng dụng lâm sàng, trong vòng 12 tháng tiếp theo.

  4. Phát triển quy trình sản xuất quy mô lớn: Đề xuất xây dựng quy trình tổng hợp và nang hóa copolymer trên quy mô bán công nghiệp, đảm bảo tính đồng nhất và ổn định của sản phẩm, đồng thời giảm chi phí sản xuất, hướng tới ứng dụng thực tiễn trong ngành dược phẩm trong 18 tháng tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa dược, Công nghệ sinh học: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về tổng hợp copolymer, kỹ thuật nang hóa thuốc và phương pháp phân tích hiện đại, hỗ trợ phát triển các đề tài nghiên cứu liên quan đến hệ dẫn thuốc nano.

  2. Chuyên gia phát triển thuốc và công nghiệp dược phẩm: Thông tin về quy trình tổng hợp, thẩm định phương pháp HPLC và đánh giá phóng thích thuốc giúp cải tiến công nghệ sản xuất thuốc nano, nâng cao hiệu quả và an toàn sản phẩm.

  3. Bác sĩ và nhà lâm sàng trong lĩnh vực ung thư: Hiểu rõ về các hệ dẫn thuốc mới giúp lựa chọn phương pháp điều trị phù hợp, giảm tác dụng phụ và tăng hiệu quả hóa trị liệu cho bệnh nhân.

  4. Cơ quan quản lý và kiểm định chất lượng dược phẩm: Cung cấp dữ liệu khoa học về thẩm định phương pháp phân tích và đánh giá chất lượng sản phẩm nanogel, hỗ trợ công tác kiểm tra, cấp phép và giám sát chất lượng thuốc.

Câu hỏi thường gặp

  1. Nanogel là gì và tại sao lại được sử dụng trong điều trị ung thư?
    Nanogel là các hạt gel kích thước nano có khả năng tải và phóng thích thuốc một cách kiểm soát. Chúng giúp tăng sinh khả dụng của thuốc, giảm tác dụng phụ và nhắm đúng tế bào ung thư nhờ kích thước nhỏ và tính tương hợp sinh học cao.

  2. Tại sao chọn Chitosan và Pluronic F127 làm vật liệu copolymer?
    Chitosan có tính tương hợp sinh học, khả năng phân hủy và nhiều tác dụng sinh học, còn Pluronic F127 có tính nhạy nhiệt và khả năng tạo gel. Sự kết hợp giúp tạo ra hệ nanogel ổn định, kiểm soát nhả thuốc hiệu quả.

  3. Phương pháp HPLC được sử dụng có ưu điểm gì?
    Phương pháp HPLC với đầu dò UV-Vis cho độ đặc hiệu và độ chính xác cao, khả năng định lượng chính xác Paclitaxel trong mẫu phức tạp, với giới hạn phát hiện thấp (0,15 ppm) và độ lặp lại tốt (RSD=0,19%).

  4. Quá trình phóng thích thuốc từ nanogel diễn ra như thế nào?
    Thuốc được giải phóng chậm và kiểm soát trong môi trường đệm PBS pH 7,4, với khoảng 60-70% lượng thuốc phóng thích sau 48 giờ, giúp duy trì nồng độ thuốc ổn định và giảm tác dụng phụ.

  5. Nghiên cứu này có thể ứng dụng thực tiễn như thế nào?
    Hệ nanogel có thể được phát triển thành các dạng thuốc điều trị ung thư hiệu quả hơn, giảm tác dụng phụ, đồng thời phương pháp thẩm định HPLC hỗ trợ kiểm soát chất lượng sản phẩm trong sản xuất và nghiên cứu.

Kết luận

  • Đã tổng hợp thành công hệ copolymer Chitosan-Pluronic F127 với hiệu suất hoạt hóa NPC đạt 97%, xác nhận bằng phổ 1H-NMR và FT-IR.
  • Nanogel có kích thước trung bình 100-150 nm, hình thái đồng nhất, phù hợp với yêu cầu vận chuyển thuốc đến mô ung thư.
  • Hệ nanogel nang hóa đồng thời Paclitaxel (2%) và Quercetin (10%) với khả năng phóng thích chậm, kiểm soát trong môi trường đệm PBS pH 7,4.
  • Phương pháp HPLC thẩm định đạt các tiêu chuẩn về độ đặc hiệu, độ tuyến tính (R²=0,9997), độ lặp lại (RSD=0,19%) và độ đúng (tỷ lệ phục hồi 90-107%).
  • Nghiên cứu mở ra hướng phát triển các hệ dẫn thuốc nano hiệu quả, an toàn, góp phần nâng cao chất lượng điều trị ung thư tại Việt Nam.

Hành động tiếp theo: Tiến hành thử nghiệm in vitro và in vivo để đánh giá hiệu quả điều trị, đồng thời tối ưu hóa công thức nanogel và quy trình sản xuất quy mô lớn. Các nhà nghiên cứu và chuyên gia trong lĩnh vực dược phẩm được khuyến khích áp dụng và phát triển thêm dựa trên kết quả này.