Chương I: TỔNG QUAN: 1. Công nghệ nano – liposome 1. Khái niệm công nghệ nano Công nghệ nano 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). 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.
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 tỷ của vật nào đó. Nanomet là một phần tỷ của met, tức là có kích cỡ khoảng 10 nguyên tử hydrogen [2]. 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 trong hóa dược phẩm. Trong ngành công nghiệp dược phẩm, hàng loạt phân 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], các nghiên cứu gần đây cho thấy áp dụng công nghệ nano có thể giải quyết được vấn đề này. Liposome: Khái niệm, thành phần, cấu trúc và điều chế 1. Thành phần cấu tạo Liposome Phospholipid Phospholipid (PL) có nhiều trong cơ thể của động vật và thực vật, có nhiều trong dầu thực vật (đậu nành, hạt bông, hạt hướng dương, hạt cải…) và các mô động vật (lòng đỏ trứng, não bò…).
PL là loại lipid chứa phospho với một đầu phân cực, một đầu không phân cực nên nó có khả năng tự tạo thành lớp màng kép trong môi trường nước. PL là nguyên liệu tách chiết từ tự nhiên hoặc tổng hợp, có cấu trúc tương đồng sinh học với tế bào sống do đó an toàn, tăng khả năng vận chuyển thuốc, dễ xâm nhập vào tổ chức đích. PL là thành phần chính của Liposome. Mục tiêu trong bào chế là sử dụng PL làm hệ mang thuốc có đặc tính tương hợp cao với mô và tế bào, vì vậy sự hình thành các dạng chất mang từ PL có ý nghĩa quan trọng để có thể mang thuốc và ổn định trong quá trình vận chuyển thuốc.
Tính lưỡng thân mang lại cho Phospholipid sự tự hình thành. 11 Cholesterol Ngoài Phospholipid, thành phần không thể thiếu được trong Liposome là các phân tử sterol. Các sterol là thành phần rất quan trọng trong màng tế bào tự nhiên, vì vậy khi đưa vào Liposome mang lại sự thay đổi về đặc tính rất lớn cho chất mang. Cholesterol (CHOL) có vai trò tăng độ cứng, giảm tính thấm của màng (giúp tránh rò rỉ dược chất trong thời gian bảo quản) và tăng khả năng chịu áp lực thẩm thấu của màng lipid kép.
CHOL đã được chứng minh trước đây có tính chất chống oxy hóa trong màng sinh học và Liposome gián tiếp qua cơ chế dehydrat làm giảm độ ẩm của lớp màng kép, do đó làm giảm hàm lượng nước trong màng khiến suy giảm lượng ion H+ và OH-, dẫn đến làm giảm trực tiếp phản ứng thủy phân PL [9,10,11]. Sara Zalba và các cộng sự (2012) đã nghiên cứu vai trò của CHOL trong cả 3 phương pháp bào chế Liposome Oxaliplatin khác nhau là: tráng phim, đông khô và bốc hơi pha đảo. Các sterol tăng sự ổn định của màng, hiệu suất gắn Oxaliplatin của Liposome có sử dụng CHOL cao hơn 10% so với không sử dụng CHOL trong thành phần vỏ. Tuy nhiên, việc giải phóng thuốc trong môi trường tế bào diễn ra chậm hơn khi có mặt CHOL.
Ngoài ra, các Liposome có CHOL cũng có giá trị PDI cao hơn các Liposome không có CHOL trong công thức thành phần [28]. Lượng CHOL dùng trong công thức Liposome phụ thuộc chủ yếu vào mục đích áp dụng. Với tỷ lệ CHOL cao (trên 40%), Liposome không liên kết được với phân tử DNA và khó tương hợp được với màng, do vậy không phù hợp với hệ phân phối gen trị liệu. Khi thiết kế công thức Liposome, thường căn cứ vào tỷ lệ mol giữa các thành phần lipid phối hợp với nhau và giữa dược chất với tổng lipid.
Liposome thường áp dụng cho hệ mang thuốc với hàm lượng dược chất không quá cao do nồng độ lipid trong hệ phân tán là có giới hạn, nên giới hạn khả năng mang thuốc [10,12,13,14]. Các loại Liposome biến đổi 12 Có thể phân loại Liposome biến đổi theo mục đích bào chế gồm các loại [9,15,16]: Liposome tuần hoàn lâu trong máu (tuần hoàn dài) (Long-circualating Liposome): Liposome loại này có bề mặt bao phủ một lớp polymer thân nước, tương hợp sinh học nhằm tạo ra một lớp áo bảo vệ cho Liposome tránh khỏi sự nhận diện của quá trình opsonin hóa và do đó làm giảm khả năng thải trừ Liposome khỏi hệ tuần hoàn. PEG là polymer hay được sử dụng để tạo ra Liposome tuần hoàn dài trong máu [5,139,140,141,30]. Liposome miễn dịch (Immuno Liposome): Bề mặt Liposome được gắn lên các phân tử có khả năng nhận biết và liên kết với tế bào đích (các nhóm nhận đích - target ligand).
Các chất hướng đích đầu tiên được sử dụng là các kháng thể IgG nên Liposome này được gọi là Liposome miễn dịch. Hiện nay đã phát triển thêm nhiều nhóm nhận đích khác mà không phải là các kháng thể nên các Liposome đều gọi tên theo nhóm hướng đích được gắn tuy nhiên vẫn được xếp vào loại Liposome miễn dịch như: Liposome hướng receptor Folate, Liposome hướng receptor Tranferin [139, 141]. Liposome miễn dịch tuần hoàn dài (Long-circualating ImmunoLiposome): Đây là loại Liposome kết hợp các ưu điểm của Liposome tuần hoàn dài và Liposome miễn dịch nhằm cải tiến hơn nữa khả năng mang thuốc tới đích của Liposome. Đặc điểm cấu tạo của Liposome này có lớp áo polymer bảo vệ ở bên ngoài và các chất hướng đích được gắn vào đuôi các phân tử polymer bảo vệ hoặc gắn lên vỏ Liposome [42,28] Liposome cảm ứng (Sensitive Liposome): Là các Liposome trong thành phần cấu tạo có chứa một tỉ lệ các chất có khả năng thay đổi cấu trúc vật lý hoặc hóa học dưới các điều kiện đặc biệt, có thể là các Phospholipid đặc biệt hoặc các polymer có khả năng bị phân giải cấu trúc về mặt vật lý hoặc hóa học khi nhận được tín hiệu kích thích tại mô đích.
Tác nhân gây kích thích có thể là thuộc tính đặc trưng tại mô bị bệnh như pH, tác nhân oxy hóa khử, tác nhân phân giải cấu trúc tại môi trường mô bệnh (tác nhân nội) hoặc có thể là do tác động từ bên ngoài như siêu âm, điện từ trường, nhiệt độ (tác nhân ngoại) như: - Liposome nhạy nhiệt (temperature sensitive Liposome): thành phần Phospholipid như phosphatidyl ethanolamine, dioleoyl phosphatidyl ethanolamine: Liposome nhạy nhiệt nhanh chóng giải phóng dược chất khi nung nóng đến 41,3 oC và do đó có khả năng nhắm mục tiêu phân phối hóa trị liệu toàn thể cho mô tế bào khi kết hợp với chứng tăng thân nhiệt [6,8,35,47]. - Liposome từ tính (magnetic Liposome): bề mặt Liposome được bao bởi một lớp vỏ polymer có gắn các hạt Nano từ tính như oxit sắt Fe3O4 hay sắt dạng oxy hóa như γ-Fe2O3. Trong một từ trường thay đổi, thay đổi hướng ngẫu nhiên từ hướng song song sang hướng đối cực, cho phép chuyển năng lượng từ thành dạng nhiệt, do đó làm tăng nhiệt độ tại các mô khối u. Các mô tại khối u thường nhạy cảm với sự gia tăng nhiệt độ hơn các mô lành, vì thế đây là một hướng điều trị ung thư mới [146,139].
13 - Liposome nhạy cảm pH (pH sensitive Liposome): là những Liposome có thành phần Phospholipid như DOPE, có khả năng hoạt động trong môi trường pH thấp như ở mô khối u khoảng 5,5 [4,142,144,145]. - Liposome tích điện dương (cationic Liposome): có khả năng liên hợp với tế bào, màng tế bào, thích hợp dùng làm hệ phân phối thụ động các đại phân tử tích điện như DNA, RNA [144,145]. - Lipoplexes: gồm Phospholipid cationic liên kết với AND (lipofectin) để chuyển gen, điều trị bệnh về gen, không bền và độc ở liều cao [144,145]. - Virosome: dùng vỏ virus làm chất mang đóng vai trò như một vaccin tạo đáp ứng miễn dịch cho cơ thể [4,6].
- ProLiposome: là Liposome ở dạng bột đông khô, khi dùng thêm pha nước hydrat hóa tạo hỗn dịch Liposome [145]. - Ethosome: ngoài thành phần Phospholipid còn chứa tỷ lệ lớn alcol (ethanol, isopropanol), bào chế với mục đích tăng thấm thuốc qua da [145]. - Liposome linh động (flexible Liposome): là Liposome đơn lớp nhỏ, được bào chế từ phosphatidylcholin với sự có mặt của chất diện hoạt (Tween 80, muối mật, natri cholat,…) và ethanol, có tác dụng tăng thấm thuốc qua da, được ứng dụng nhiều trong mỹ phẩm. Liposome linh động có khả năng thấm qua lớp sừng còn được gọi là transferosome [47].
- Niosome: sử dụng chất diện hoạt không ion hóa thay cho Phospholipid như Span 80, Span 60, Tween 80. Độ ổn định có thể cao hơn, hiệu suất gắn dược chất cao hơn, rẻ tiền hơn so với Liposome. Niosome gần đây được phát triển như một chất mang thuốc tương tự Liposome, cải thiện sinh khả dụng cho các dược chất ít tan, thấm kém, tăng độ ổn định cho các dược chất kém bền [35]. - ArsonoLiposome: là dạng Liposome sử dụng Arsonolipid thay cho Phospholipid, dùng trong điều trị ung thư và diệt ký sinh trùng vì khả năng tăng độc tính với tế bào ung thư và đơn bào [35].
Phương pháp điều chế Đến nay có rất nhiều phương pháp điều chế hệ Liposome. Tuy nhiên các phương pháp này đều bao gồm các giai đoạn cơ bản sau: (1) Làm khô lipid trong dung môi hữu cơ, (2) Phân tán lipid vào môi trường dung môi nước, (3) Làm tinh sạch và phân tích hệ Liposome thu được. Để điều chế Liposome, người ta thường sử dụng một số phương pháp sau: Phương pháp Bangham (hydrat hóa màng film) Phương pháp này do Bangham [22] đưa ra từ năm 1964 với các bước tiến hành: - Tạo film: hoà tan hỗn hợp lipid trong dung môi thích hợp. Thường sử dụng tỷ lệ 10-20 mg lipid/1mL dung môi, bốc hơi dung môi bằng thiết bị phù hợp để tạo thành màng mỏng lipid.
Thường dùng thiết bị cất quay chân không để loại dung môi (có thể thu hồi dung môi) hoặc đông khô lipid vào từng lọ nhỏ.