MỞ ĐẦU Sự phát triển mạnh mẽ về khoa học công nghệ nhờ vào các kết quả nghiên cứu có tính đột phá trong lĩnh vực như vật liệu nano polymer. Các vật liệu từ nano polymer được quan tâm phát triển nghiên cứu như dendrimer, naonogel-nanocapsule, polymer micelle-liposome… đã được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực y dược và nghiên cứu vật liệu mới, tuy có nhiều hướng nghiên cứu khác nhau nhưng quan tâm nhiều nhất là hướng nghiên cứu: Nano polymer là thành phần gia cường do các hợp chất cao phân tử để tạo vật liệu mới và ứng dụng nano polymer làm chất dẫn thuốc, đưa thuốc đến đúng tế bào đích. Mặc dù các chất điều trị hiện nay như cisplatin hoặc 5-FU. cho thấy sự tiềm năng trong điều trị ung thư, tuy nhiên, liệu pháp điều trị bằng các thuốc này còn chưa phát huy được tính dược dụng quan trọng của nó.
Các triệu chứng phụ kèm theo như độc tủy, nhiễm độc thận thường xảy ra với gần 80% ca bệnh điều trị bằng cisplatin. Bên cạnh đó, sự phát triển của ngành hóa hợp chất thiên nhiên, rất nhiều hoạt chất có dược tính thú vị, tiềm năng làm thuốc điều trị như curcumin, quercetin,… Tuy vậy, các hợp chất này hầu hết chỉ dừng ở mức có hoạt tính dược do những hạn chế liên quan đến sinh khả dụng, đặc biệt là khả năng hòa tan. Bên cạnh đó, sự phát triển các hệ thuốc mới dựa trên gốc của thuốc cũ cũng cho thấy nhiều nhược điểm, ví dụ: công nghệ sử dụng để tổng hợp phức tạp, quá trình loại bỏ các dung môi hữu cơ và tinh sạch sản phẩm gặp nhiều khó khăn do sự có mặt các đồng phân hoặc các sản phẩm phụ và hiệu suất phản ứng thường không cao. Nhờ cách mạng về công nghệ nano, hệ thống mang thuốc nano đã được giới thiệu vào cuối những năm 1990, đã trở thành một trong những giải pháp tối ưu để nâng cao hiệu quả của sự dụng thuốc.
Thông qua việc gói thuốc vào hệ thống chất mang, tính sinh khả dụng của thuốc cải thiện rõ rệt, trong khi tính dược lý của thuốc không bị thay đổi. Bằng phương pháp trên, các triệu chứng phụ kèm theo khi sử dụng thuốc trong điều trị được giảm đáng kể. Đặc biệt, các hệ chất mang được phát triển đều dựa trên các tiêu chí về tương hợp sinh học cao, tránh các kích thích liên quan đến hệ miễn dịch; do đó, thay vì phát triển các loại thuốc mới dựa trên gốc của thuốc cũ, việc sử dụng hệ thống chất mang thuốc trở thành xu thế nóng trong lĩnh vực dược phẩm 3 ngày nay, đặc biệt là các nước có trình độ kỹ thuật chưa phát triển mạnh như Việt Nam. Hiện nay, nghiên cứu và phát triển của hệ chất mang thuốc đã phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây.
Do hệ chất mang có các ứng dụng điều trị vượt trội hơn rất nhiều so với cách điều trị thuốc thông thường ở đa dạng các bệnh. Tiêu biểu trong đó, có các hệ dẫn đã được cho phép của FDA, một tổ chức có nhiệm vụ kiểm tra và cấp phép các sản phẩm thương mại như là hệ dẫn thuốc dựa trên chất mang lipid (lipid-based drug delivery systems) - DaunoXome® (Gilead Sciences, Inc) hay như hệ dẫn thuốc trên cơ sở polymer. Trong nước, nghiên cứu về hệ dẫn truyền thuốc đang là lĩnh vực mới thu hút nhiều sự quan tâm. Nhóm nghiên cứu của PGS.
Trần Ngọc Quyển đã tạo ra nhiều hệ chất mang khác nhau như liposome, dendrimer, polymeric micelles …Để tạo được hệ chất mang có tiềm năng ứng dụng trong y học, các nguyên tắc cơ bản về tính tương hợp sinh học, độ ổn định, kích thước cũng như khả năng nang hóa thuốc là những cơ bản trong quá trình điều chế, khả năng kiểm soát tốc độ nhả thuốc của hệ chất mang là điều kiện tiên quyết cần phải đạt được trước khi tiến hành các thử nghiệm tiếp theo, đang thu hút sự quan tâm của giới khoa học trong lĩnh vực nghiên cứu này. Tuy nhiên, hiện tại việc nghiên cứu về khả năng nhả chậm của hệ chất mang còn nhiều hạn chế và thiếu thông tin khoa học đầy đủ trong việc lựa chọn môi trường tối ưu để nhả thuốc. Do đó, việc nghiên cứu và tìm hiểu về sự ảnh hưởng của môi trường dung dịch đệm lên quá trình nhả thuốc của hệ chất mang sẽ giúp cho việc nghiên cứu cũng như điều chế chất mang dễ dàng và thuận lợi hơn. Trên cơ sở đó, đề tài nghiên cứu luận văn thạc sĩ của tôi là “Tổng hợp dẫn xuất chitosan-pluronic và khảo sát ảnh hưởng của dung dịch đệm lên hiệu quả dẫn truyền paclitaxel và quercetin”.
TỔNG QUAN VỀ NANOGEL VÀ UNG THƯ 1. Tổng quan về nanogel Công nghệ nano (nanotechnology): là ngành công nghệ liên quan đến việc nghiên cứu, phân tích, thiết kế, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước của các hạt và vật liệu trên quy mô từ 1 đến 100 nanomet (nm). Sự phát triển mạnh mẽ công nghệ này đang được quan tâm, nghiên cứu và đã được ứng dụng trong các lĩnh vực mới như tổng hợp các vật liệu nano và phát hiện hoặc sử dụng tính chất hóa lý, tính chất quan và điện của chúng. Hiện nay, công nghệ nano được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi và nhanh chóng đạt được tầm quan trọng trong nhiều lĩnh vực của đời sống như: hóa học, sinh học, y học, xúc tác… đặc biệt hơn là trong hóa dược phẩm.
Trong ngành công nghiệp dược phẩm, hàng loạt phẩn tử mới có hoạt tính sinh học mạnh nhưng khả năng hòa tan trong nước kém, thời gian bán hủy ngắn, độ ổn định kém,… khả năng ứng dụng trong dược phẩm sẽ bị ảnh hưởng và sẽ đối mặt với nhiều thách thức khi muốn phát triển thành thuốc [1]. Kích thước nano: Nano (viết tắt là n) là một tiền tố được viết liền trước một đơn vị đo lường quốc tế để chỉ đơn vị nhỏ gấp 109 lần (1 nanomet =10-9 met). Độ lớn này được công nhận năm 1960. Thuật ngữ nano (có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp là nanos) dùng để chỉ một phần tỉ của vật nào đó.
Nanomet là một phần tỉ của met, tức là có kích cỡ khoảng 10 nguyên tử hydrogen [1]. Nanogel: Thuật ngữ nanogel được định nghĩa là những hạt gel có kích thước nano (1-100 nm), các hạt nanogel thường được tạo thành từ những polymer tổng hợp hoặc polymer sinh học có liên kết ngang. Cấu trúc nanogel thường có những khoảng không gian trống và các đặc tính như sự trương nở, phân hủy dần theo thời gian. Nên thích hợp cho việc tải và giải phóng phân tử các chất khác [2].
Vì vậy, nanogel gây sự chú ý với sự vận chuyển thuốc và các chất sinh học, quá trình vận chuyển thuốc vào trong cơ thể mang hiệu suất cao và vận chuyển nhiều loại thuốc ung thư. Việc phân phối thuốc và các hạt nano polymer với polyethylene glycol (1990 và 1994) làm tăng thời gian lưu thông, duy trì thời gian điều trị hiệu quả, giảm thiểu thời gian hồi phục và giảm thiệt 5 hại cho các tế bào khỏe mạnh…Tại mô ung thư, sự phát triển của tế bào ung thư đòi hỏi sự tăng sinh mạch máu, các vi mạch máu mới được hình thành tại các mô ung thư và kích thước lên đến vài trăm nanomet. Do đó, kích thước nhỏ hơn 10 nm, khi biến tính với một số polymer tương hợp sinh học sẽ nhỏ hơn 50 nm, nên khả năng khuyết tán của chất mang thuốc đến vùng mô tập trung các tế bào ung thư nhanh và khá dễ dàng. Mặt khác với kích thước nano, nanogel có thể tải được hầu hết các loại thuốc đang điều trị nhiều loại ung thư hiện nay và đang được sử dụng rộng rãi làm chất mang nanogel trong lĩnh vực dược phẩm.
Chất mang nanogel: là một loại vật liệu nanogel được dùng như một phương tiện vận chuyển hợp chất khác, ví dụ như thuốc, phổ biến thường là polymer, micelles, liposome, dendrimer… có kích thước dao động trong khoảng 1-100 nm [4,5]. Do kích thước nhỏ nên chất mang nano có thể vận chuyển thuốc đến những vị trí đặc biệt, cho phép phân phối thuốc vào đúng các cơ quan hoặc tế bào mục tiêu mà không ảnh hưởng đến các tế bào khác [6]. Từ đó cho thấy lợi ích đầy tiềm năng trong phương pháp hóa trị liệu vì chúng làm giảm thiểu các độc tính trên tế bào lành. Đa số các thuốc chống ung thư không những gây độc cho tế bào bệnh mà còn tác động lên tế bào lành.
Hơn nữa, các dược chất này nhanh chóng bị miễn nhiễm bởi các tế bào ung thư. Việc dùng hóa trị liệu đưa vào trong cơ thể có tế bào ung thư thì làm tăng khả năng điều trị bệnh nhưng không làm giảm các tác dụng phụ của thuốc mang lại, vì vậy kết hợp hóa trị liệu với chất mang vận chuyển thuốc nhằm mục đích giải quyết các vấn đề nói trên. Sử dụng hệ chất mang thuốc trên cơ sở hạt kích thước nano có thể giảm thiểu các tác dụng phụ, tăng độ hòa tan, tăng hiệu quả điều trị của nhiều loại thuốc và kéo dài thời gian tồn tại của thuốc trong hệ tuần hoàn máu. Các hệ chất mang thuốc này có khả năng hướng đích, kiểm soát nhả thuốc tại tế bào ung thư dựa trên sự khác nhau về đặc điểm sinh học giữa các tế bào ung thư và tế bào lành, và quan trọng hơn là làm cho tế bào ung thư mất tính khả năng kháng thuốc [5].
6 Các tương tác tạo nanogel Trong chuỗi Pluronic có liên kết ngang vật lý có thể được tạo thành nhờ nhiều yếu tố môi trường tác động như pH, nhiệt độ, lực ion… và một loạt các tương tác hóa lý khác như tương tác kỵ nước, tương tác ion, liên kết hydro… [5]. Tương tác ion Sự nghiên cứu rộng rãi của tương tác tĩnh điện để tạo liên kết ngang trong quá trình gel hóa. Phương pháp này có một lợi thế là sự phân hủy sinh học có thể xảy ra như sự phân ly ion trong ngoại bào, phá vỡ mạng lưới liên kết ngang [5]. Tương tác ion xảy ra giữa một phân tử polymer và một phân tử nhỏ hoặc giữa hai phân tử polymer trái dấu để tạo liên kết ngang trong gel hạt nano, nhằm tạo ra chuỗi phân tử ba chiều thích hợp cho mang thuốc và nhả thuốc.
Ví dụ, vi cầu dextran được hình thành do tương tác phức tạp giữa các vi hạt tích điện trái dấu. Một ví dụ về liên kết ngang giữa một phân tử polymer và một phân tử nhỏ: liên kết polypeptide elastin được hình thành thông qua tương tác tĩnh điện giữa dư lượng ion dương lysine và ion âm phopho hữu cơ trong điều kiện sinh lý [5].