Tổng quan nghiên cứu

Theo báo cáo của Cơ quan Quốc tế Nghiên cứu về Ung thư (IARC) năm 2018, ung thư là nguyên nhân gây tử vong khoảng 9,6 triệu người trên toàn cầu với 18,1 triệu ca mắc mới. Châu Á chiếm gần một nửa số ca mắc và hơn một nửa số ca tử vong do ung thư, trong đó ung thư dạ dày là một trong những loại ung thư phổ biến và nguy hiểm nhất. Tại Việt Nam, ung thư dạ dày chiếm khoảng 17,2% trong tổng số các loại ung thư, với hơn 15.000 ca tử vong mỗi năm, phần lớn do phát hiện muộn.

Cây Đu đủ rừng (Trevesia palmata), thuộc họ Nhân sâm, được biết đến với các hoạt tính sinh học như hạ đường huyết, kháng viêm và kháng nấm. Các hợp chất triterpen saponin trong cây này được xem là thành phần chính mang lại tác dụng sinh học, trong đó có tiềm năng chống ung thư. Đồng thời, các hạt nano bạc (AgNPs) tổng hợp bằng phương pháp xanh từ dịch chiết thực vật đã được chứng minh có khả năng ức chế tế bào ung thư hiệu quả nhờ kích thước nhỏ, diện tích bề mặt lớn và khả năng tạo ra các gốc oxy hóa tự do (ROS).

Mục tiêu nghiên cứu là tổng hợp thành công phức hệ nano bạc từ dịch chiết lá Đu đủ rừng (AgNPs-TrP) và đánh giá hoạt tính chống ung thư của phức hệ này trên dòng tế bào ung thư dạ dày MKN45 trong mô hình nuôi cấy in vitro. Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 8/2019 đến tháng 6/2020 tại Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên, nhằm góp phần phát triển các liệu pháp điều trị ung thư dạ dày dựa trên công nghệ nano sinh học.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết về tác động sinh học của các hạt nano bạc và cơ chế apoptosis trong tế bào ung thư. Nano bạc có kích thước từ 1 đến 100 nm, với đặc tính vật lý và hóa học ưu việt, có khả năng tạo ra ROS, từ đó kích hoạt con đường apoptosis, làm giảm sự tăng sinh tế bào ung thư. Apoptosis là quá trình chết tế bào theo chương trình, được điều hòa bởi các gen như Caspase 3, Caspase 8 và BCL2, đóng vai trò quan trọng trong kiểm soát sự phát triển của tế bào ung thư. Ngoài ra, các enzyme chống oxy hóa như SOD1, SOD2 và ALDH cũng được xem xét để đánh giá khả năng chống oxy hóa của tế bào khi tiếp xúc với phức hệ nano bạc.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là dịch chiết lá cây Đu đủ rừng thu thập tại xã Đồng Thắng, huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn và dòng tế bào ung thư dạ dày MKN45 được cung cấp bởi Viện Sức khỏe và Nghiên cứu Y học quốc gia Cộng hòa Pháp. Phương pháp tổng hợp phức hệ AgNPs-TrP sử dụng dung dịch AgNO3 5mM kết hợp với dịch chiết lá Đu đủ rừng, được khuấy ở nhiệt độ 100°C rồi hạ xuống 60°C để tạo hạt nano bạc. Các đặc tính lý hóa của phức hệ được xác định bằng phổ UV-Vis, phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR), nhiễu xạ tia X (XRD) và kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM).

Phân tích sinh học chống ung thư được thực hiện bằng phương pháp MTT để xác định tỷ lệ tế bào sống sau xử lý với phức hệ AgNPs-TrP ở các nồng độ khác nhau. Sự sản sinh ROS được đánh giá bằng nhuộm DCF-DA và quan sát dưới kính hiển vi huỳnh quang. Biểu hiện gen liên quan đến ROS và apoptosis được phân tích bằng kỹ thuật Realtime RT-PCR với các gen mục tiêu NOX4, DUOX2, Caspase 3, Caspase 8, BCL2, SOD1, SOD2 và ALDH. Cỡ mẫu được lựa chọn phù hợp với các thí nghiệm in vitro, sử dụng phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên và phân tích thống kê bằng kiểm định Mann-Whitney với mức ý nghĩa p < 0,05.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tổng hợp phức hệ AgNPs-TrP thành công: Phức hệ nano bạc được tổng hợp từ dịch chiết lá Đu đủ rừng có kích thước hạt trung bình 7,8 nm, hình cầu, với phổ UV-Vis cho thấy đỉnh hấp thụ plasmon bề mặt ở 428-445 nm. Phổ XRD xác nhận cấu trúc tinh thể khối lập phương tâm diện của AgNPs, trong khi phổ FT-IR cho thấy các nhóm hydroxyl, amide và carbonyl trong dịch chiết tham gia vào quá trình khử Ag+ thành AgNPs.

  2. Ức chế sự tăng sinh tế bào ung thư MKN45: Phức hệ AgNPs-TrP ức chế tăng sinh tế bào ung thư dạ dày MKN45 một cách phụ thuộc nồng độ. Ở nồng độ 0,2 µg/ml, tỷ lệ tế bào sống giảm còn 40%, và dưới 10% ở 0,5 µg/ml. Giá trị IC50 được xác định là 0,2 µg/ml, cho thấy hiệu quả ức chế cao so với các nghiên cứu nano bạc khác trên dòng tế bào ung thư dạ dày.

  3. Tăng sản sinh các gốc oxy hóa tự do (ROS): Xử lý tế bào MKN45 với phức hệ AgNPs-TrP làm tăng đáng kể mức độ ROS theo nồng độ, với tỷ lệ tế bào biểu hiện ROS tăng từ 52% ở 0,2 µg/ml lên 82% ở 1,5 µg/ml. ROS đóng vai trò trung gian trong việc gây tổn thương DNA và kích hoạt apoptosis.

  4. Điều hòa biểu hiện gen liên quan đến ROS và apoptosis: Phức hệ AgNPs-TrP làm tăng biểu hiện gen NOX4 và DUOX2, hai thành viên của họ NADPH oxydase chịu trách nhiệm sản sinh ROS. Đồng thời, biểu hiện gen Caspase 8 và Caspase 3 tăng lên, trong khi gen ức chế apoptosis BCL2 giảm, cho thấy phức hệ kích hoạt con đường apoptosis qua trung gian caspase. Các enzyme chống oxy hóa SOD1, SOD2 và ALDH cũng được điều chỉnh nhằm phản ứng với stress oxy hóa.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy phức hệ nano bạc tổng hợp từ dịch chiết lá Đu đủ rừng có khả năng ức chế sự tăng sinh tế bào ung thư dạ dày MKN45 thông qua cơ chế tăng sinh ROS và kích hoạt apoptosis. Kích thước hạt nano nhỏ (khoảng 7,8 nm) giúp tăng diện tích bề mặt, nâng cao hiệu quả tương tác với tế bào ung thư. Sự gia tăng ROS làm tổn thương các đại phân tử sinh học, kích hoạt các caspase khởi động và thực thi apoptosis, đồng thời giảm biểu hiện gen chống apoptosis như BCL2, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về tác dụng chống ung thư của AgNPs tổng hợp xanh.

So sánh với các nghiên cứu khác, giá trị IC50 của phức hệ AgNPs-TrP thấp hơn nhiều so với các nano bạc tổng hợp từ các nguồn thực vật khác, chứng tỏ tiềm năng sinh học vượt trội của dịch chiết Đu đủ rừng. Việc điều chỉnh biểu hiện các enzyme chống oxy hóa cũng cho thấy tế bào phản ứng với stress oxy hóa do AgNPs gây ra, góp phần vào cơ chế chết tế bào theo chương trình.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện tỷ lệ tế bào sống theo nồng độ AgNPs-TrP, hình ảnh huỳnh quang biểu thị ROS, và biểu đồ cột so sánh mức biểu hiện gen NOX4, DUOX2, Caspase 3, Caspase 8 và BCL2 giữa nhóm xử lý và đối chứng, giúp minh họa rõ ràng cơ chế tác động của phức hệ nano bạc.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Phát triển liệu pháp nano bạc từ dịch chiết Đu đủ rừng: Khuyến khích các cơ sở nghiên cứu và doanh nghiệp dược phẩm đầu tư phát triển các sản phẩm điều trị ung thư dạ dày dựa trên phức hệ AgNPs-TrP, nhằm nâng cao hiệu quả và giảm tác dụng phụ so với hóa trị truyền thống. Thời gian thực hiện trong 3-5 năm.

  2. Mở rộng nghiên cứu in vivo và thử nghiệm lâm sàng: Thực hiện các nghiên cứu trên mô hình động vật và thử nghiệm lâm sàng để đánh giá tính an toàn, dược động học và hiệu quả điều trị của phức hệ nano bạc, đảm bảo tính ứng dụng thực tiễn. Chủ thể thực hiện là các viện nghiên cứu và bệnh viện chuyên khoa.

  3. Tối ưu hóa quy trình tổng hợp nano bạc xanh: Nghiên cứu cải tiến quy trình tổng hợp phức hệ AgNPs-TrP để nâng cao độ ổn định, đồng nhất kích thước hạt và khả năng tái sản xuất, giảm chi phí sản xuất. Thời gian thực hiện 1-2 năm tại các phòng thí nghiệm công nghệ sinh học.

  4. Đào tạo và nâng cao nhận thức về công nghệ nano trong điều trị ung thư: Tổ chức các khóa đào tạo, hội thảo cho cán bộ y tế, nhà nghiên cứu và sinh viên về ứng dụng công nghệ nano trong y học, đặc biệt là trong điều trị ung thư dạ dày, nhằm thúc đẩy chuyển giao công nghệ và ứng dụng rộng rãi.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Sinh học, Dược học: Nghiên cứu về tổng hợp nano bạc xanh và ứng dụng trong điều trị ung thư, cung cấp kiến thức về kỹ thuật tổng hợp, phân tích đặc tính vật lý hóa học và đánh giá sinh học.

  2. Bác sĩ và chuyên gia ung bướu: Hiểu rõ cơ chế tác động của các liệu pháp nano bạc trong điều trị ung thư dạ dày, từ đó có thể áp dụng hoặc đề xuất các phương pháp điều trị mới hiệu quả hơn.

  3. Doanh nghiệp dược phẩm và công nghệ sinh học: Tham khảo để phát triển sản phẩm nano bạc sinh học, tối ưu hóa quy trình sản xuất và đánh giá hiệu quả điều trị, góp phần đa dạng hóa sản phẩm điều trị ung thư.

  4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách y tế: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách hỗ trợ nghiên cứu và ứng dụng công nghệ nano trong y học, đặc biệt trong phòng chống và điều trị ung thư.

Câu hỏi thường gặp

  1. Nano bạc tổng hợp từ dịch chiết Đu đủ rừng có ưu điểm gì so với các phương pháp tổng hợp khác?
    Phương pháp tổng hợp xanh sử dụng dịch chiết thực vật giúp giảm thiểu hóa chất độc hại, tăng tính tương thích sinh học và ổn định của hạt nano, đồng thời tận dụng các hợp chất sinh học trong dịch chiết để tăng hiệu quả chống ung thư.

  2. Phức hệ AgNPs-TrP tác động như thế nào lên tế bào ung thư dạ dày?
    Phức hệ kích thích sản sinh các gốc oxy hóa tự do (ROS), gây tổn thương tế bào và DNA, đồng thời kích hoạt con đường apoptosis qua tăng biểu hiện caspase và giảm gen ức chế apoptosis BCL2, dẫn đến ức chế tăng sinh tế bào ung thư.

  3. Giá trị IC50 của phức hệ AgNPs-TrP trên tế bào MKN45 là bao nhiêu và ý nghĩa của nó?
    Giá trị IC50 là 0,2 µg/ml, cho thấy phức hệ có khả năng ức chế tế bào ung thư hiệu quả ở nồng độ rất thấp, vượt trội so với nhiều nghiên cứu nano bạc khác, chứng tỏ tiềm năng ứng dụng cao trong điều trị.

  4. Các gen NOX4 và DUOX2 có vai trò gì trong nghiên cứu này?
    NOX4 và DUOX2 là các enzyme NADPH oxydase chịu trách nhiệm sản sinh ROS. Sự tăng biểu hiện của chúng khi xử lý với AgNPs-TrP cho thấy phức hệ kích thích sản sinh ROS, góp phần vào cơ chế gây chết tế bào ung thư.

  5. Nghiên cứu này có thể ứng dụng thực tiễn như thế nào?
    Kết quả nghiên cứu mở ra hướng phát triển các liệu pháp điều trị ung thư dạ dày dựa trên nano bạc sinh học, có thể được phát triển thành thuốc hoặc sản phẩm hỗ trợ điều trị, đồng thời thúc đẩy nghiên cứu sâu hơn về công nghệ nano trong y học.

Kết luận

  • Đã tổng hợp thành công phức hệ nano bạc từ dịch chiết lá Đu đủ rừng với kích thước hạt trung bình 7,8 nm, cấu trúc tinh thể rõ ràng và các nhóm chức sinh học tham gia khử Ag+.
  • Phức hệ AgNPs-TrP ức chế mạnh sự tăng sinh tế bào ung thư dạ dày MKN45 với IC50 là 0,2 µg/ml, hiệu quả vượt trội so với nhiều nghiên cứu trước.
  • Tác động của phức hệ liên quan đến tăng sản sinh ROS và điều hòa biểu hiện các gen apoptosis (Caspase 3, Caspase 8) và gen ức chế apoptosis (BCL2).
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc phát triển liệu pháp nano bạc sinh học trong điều trị ung thư dạ dày.
  • Đề xuất mở rộng nghiên cứu in vivo, thử nghiệm lâm sàng và tối ưu hóa quy trình tổng hợp để ứng dụng rộng rãi trong y học.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp hợp tác phát triển sản phẩm dựa trên phức hệ AgNPs-TrP, đồng thời tiến hành các nghiên cứu sâu hơn về cơ chế và an toàn sinh học.