ĐẶT VẤN ĐỀ Siêu âm là phƣơng pháp đƣợc sử dụng rộng rãi để chẩn đoán hình ảnh và hỗ trợ điều trị trong lĩnh vực y học hiện nay. Siêu âm mang lại rất nhiều lợi ích nhƣ: không xâm lấn nên rủi ro thấp, chi phí thấp và thời gian phù hợp. Tuy nhiên, gần đây siêu âm bị hạn chế do thiếu các tác nhân tƣơng phản hình ảnh hiệu quả. Tác nhân tương phản siêu âm đƣợc định nghĩa là tác nhân có thể làm thay đổi độ tƣơng phản của hình ảnh siêu âm một cách có ý nghĩa giúp các chẩn đoán có thể phân biệt đƣợc điều kiện bình thƣờng và bất thƣờng [43].
Hiện nay, vi bọt đã đƣợc sử dụng phổ biến ở các nƣớc phát triển làm tác nhân tƣơng phản lý tƣởng cho siêu âm và đang đƣợc nghiên cứu sử dụng làm tác nhân phân phối thuốc và gen. Tuy nhiên, ở nƣớc ta, vi bọt còn ít đƣợc biết đến, chƣa đƣợc đầu tƣ nghiên cứu và ứng dụng trên lâm sàng còn hạn chế. Từ những yêu cầu trên đặt ra bài toán cho các nhà bào chế là cần nghiên cứu và bào chế vi bọt trong điều kiện Việt Nam. Do vậy, đề tài: “Nghiên cứu bào chế vi bọt phospholipid dùng làm chất tƣơng phản trong siêu âm chẩn đoán” đƣợc thực hiện nhằm mục tiêu: 1.
Xây dựng công thức và xác định đƣợc một số thông số quy trình bào chế vi bọt vỏ phospholipid. Đánh giá một số đặc tính lý hoá của vi bọt vỏ phospholipid bào chế đƣợc. Luan van thac si 2 Chƣơng 1. Vài nét về vi bọt 1.
Định nghĩa vi bọt Vi bọt là một hình cầu nhỏ có kích thƣớc cỡ µm, bao gồm 2 phần cơ bản: lớp vỏ ngoài và lõi khí phía trong. Thực tế chúng có kích thƣớc trong khoảng 1-100 µm, nhƣng thƣờng chỉ sử dụng những vi bọt có đƣờng kính 1-10 µm do những vi bọt có đƣờng kính lớn hơn thƣờng không qua đƣợc các mao mạch. Cấu trúc một vi bọt điển hình với các loại vỏ khác nhau [46]. Vỏ ngoài Là lớp vỏ bao bên ngoài lõi khí, ngăn cách phần khí bên trong với môi trƣờng bên ngoài vi bọt.
Lớp vỏ có thể đƣợc tạo thành từ những thành phần khác nhau, tùy theo bản chất của các thành phần đó mà cơ chế tạo vỏ cũng khác nhau. Thông thƣờng, nguyên liệu để tạo vỏ là những chất có khả năng hoạt động bề mặt nhƣ: protein (vỏ dày 15-20 nm), lipid (vỏ dày ~ 3 nm), polymer (vỏ dày 100-200 nm), chất diện hoạt. Trong các nguyên liệu tạo vỏ đƣợc liệt kê ở trên thì vỏ vi bọt bằng lipid có nhiều ƣu điểm nổi trội hơn cả: vi bọt tạo thành ổn định hơn, hạn chế khả năng thấm khí từ bên trong ra ngoài môi trƣờng và đặc biệt là tính tƣơng thích sinh học cao. Lipid thƣờng dùng là loại có cấu trúc lƣỡng cực với một đầu thân dầu và một đầu thân nƣớc, trong đó hay dùng nhất là phosphotidylethanolamine (PE) và phosphotidylcholine (PC), chúng đƣợc dùng đơn độc hay đƣợc gắn thêm PEG.
Luan van thac si 3 Để tạo vỏ, các phân tử phospholipid tự sắp xếp thành một lớp bao xung quanh bọt khí, quay đầu ƣa nƣớc ra phía ngoài và đuôi thân dầu vào trong, các phân tử liên kết với nhau rất chặt chẽ với nhau nhờ tính kị nƣớc và lực Van der Waals giữa các chuỗi acyl, giúp vi bọt có sự đàn hồi tốt và giảm sự thoát khí ra bên ngoài [26]. Vỏ lipid với nhóm acyl mạch dài có độ cứng cao thì sự thấm khí kém, lực cắt lớn và sự giãn nở tốt hơn so với lipid có nhóm acyl mạch ngắn [7], [8]. Do vậy, vi bọt với lipid có nhóm acyl mạch dài có thời gian bán thải dài hơn. Đầu thân nƣớc của phospholipid có thể đƣợc gắn thêm DNA hoặc các poly ion tích điện trái dấu tạo thành cấu trúc đa lớp [6].
Lõi khí Là phần không gian đƣợc bao bọc bởi các lớp vỏ ngoài. Lõi khí có thể gồm một khí hoặc hỗn hợp của nhiều khí. Nếu trong lõi khí gồm hai khí thì khí chính gọi là khí sơ cấp, thƣờng là không khí, đôi khi là nitơ. Khí còn lại là khí thứ cấp, là một tác nhân khí thẩm thấu, khí này ít hòa tan trong máu và có áp suất riêng phần ở nhiệt độ cơ thể đủ để cung cấp một hiệu lực thẩm thấu mong muốn.
Lõi khí là phần quan trọng nhất của vi bọt vì nó quyết định mức độ phản xạ âm. Khi đƣợc siêu âm, vi bọt sẽ bị nén, dao động và sau đó phản xạ lại âm. Điều này tạo ra một hình ảnh có độ tƣơng phản cao hơn hẳn trong siêu âm. Lõi khí có thể là không khí, perfluorocarbon (PFC) hoặc nitơ [32].
Các dẫn chất PFC đƣợc dùng rất phổ biến trong bào chế vi bọt do tính tan trong nƣớc thấp và áp suất hơi cao, các khí này giúp vi bọt đạt đƣợc sự ổn định cần thiết khi làm tác nhân siêu âm tƣơng phản. Những khí kém tan trong nƣớc sẽ khó thoát khỏi vi bọt hơn và tồn tại lâu hơn trong tuần hoàn máu [35]. Áp suất hơi cao sẽ làm khí chậm hoá lỏng hơn khi mà áp lực Laplace không ngừng tăng lên do vi bọt bị co nhỏ theo thời gian, mà khí hoá lỏng là nguyên nhân vi bọt bị méo mó, nhăn nhúm hoặc biến mất. Do đó, độ tan thấp và áp suất hơi cao của khí sẽ kiểm soát chặt chẽ kích thƣớc, sự phồng lên của vi bọt và đặc biệt tạo vỏ có biến dạng đàn hồi cao tránh gây vỡ bọt khi siêu âm [43].
Ứng dụng của vi bọt. Tác nhân tƣơng phản trong siêu âm Luan van thac si 4 Vi bọt có khả năng phản âm cao do mức độ chịu nén ở các cƣờng độ siêu âm khác nhau là lớn hơn nhiều so với bất kì chất lỏng hoặc chất rắn nào khác nên vi bọt có thể cung cấp đƣợc cƣờng độ tán xạ cao [37]. Hơn nữa khi vi bọt chịu tác động của sóng âm tại một tần số phù hợp, chúng sẽ cộng hƣởng âm. Với các vi bọt có kích thƣớc cỡ vài µm cộng hƣởng với dải tần số thƣờng dùng trong siêu âm chẩn đoán thông thƣờng (1-3MHz).
Vi bọt có hai đặc tính độc đáo mà không có ở các tác nhân sử dụng trong kĩ thuật chụp X-quang hay chụp cộng hƣởng từ. Thứ nhất, vì vi bọt có kích thƣớc lớn hơn 1µm nên chúng bị giới hạn phân bố bên trong không gian mạch máu và chỉ phân bố đúng trong không gian mạch máu nên khi có bất kì một tín hiệu nào nhận đƣợc thì chắc chắn đó là tín hiệu đến từ không gian mạch máu. Thứ hai, vi bọt có thể bị phá hủy bởi chính sóng siêu âm [37]. Những vi bọt lý tưởng làm chất tương phản trong siêu âm Vi bọt khi sử dụng làm tác nhân tƣơng phản siêu âm thì thứ nhất kích thƣớc cần phải đƣợc kiểm soát trong giới hạn quy định (1- 10μm) và phân bố kích thƣớc càng hẹp càng tốt.
Kích thƣớc vi bọt quá nhỏ sẽ phản xạ âm kém và vi bọt không bền, kích thƣớc quá lớn vi bọt sẽ không đi qua đƣợc lòng mao mạch và có thể gây tắc mạch. Kích thƣớc vi bọt cần phải đƣợc kiểm soát tại cả hai thời điểm trƣớc khi tiêm và trong suốt thời gian lƣu thông trong cơ thể, cần phải hạn chế việc tăng kích thƣớc do hợp nhất các vi bọt. Thứ hai, vi bọt cần phải ổn định trong thời gian của một cuộc siêu âm chẩn đoán. Vì vậy, thời gian bán thải thích hợp của vi bọt trong cơ thể là một yêu cầu quan trọng [46].
Trên thực tế, vi bọt giúp cải thiện đáng kể chất lƣợng hình ảnh trong các trƣờng hợp sau đây: Hình ảnh buồng tim Sử dụng các tác nhân tƣơng phản vi bọt để lấp đầy buồng tim đã cho những tín hiệu nổi bật ở khoang thất trái giúp đánh giá chuyển động của nó trong quá trình tâm thu. Phân định rõ đƣợc biên giới của tâm thất còn giúp đánh giá toàn bộ chức năng tim bằng cách đo phân suất tống máu (tỷ lệ máu trong tâm thất trái đƣợc đẩy Luan van thac si 5 ra trong một nhịp tim) và theo dõi chuyển động của thành tim hay sự tƣới máu của động mạch vành để phát hiện bệnh thiểu năng mạch vành. Hình ảnh tƣới máu mô Khả năng nhận biết ra các mô đƣợc tƣới máu và tình trạng tƣới máu mô là vô cùng quan trọng để phát hiện ra các mô bệnh. Siêu âm tuy có thể cho phép quan sát mô cấu trúc của cơ tim và nội tạng nhƣng không nhạy cảm với những mô thiếu máu cục bộ, chẳng hạn nhƣ trong trƣờng hợp suy mạch vành hay thậm chí là những mô đang thay đổi trong giai đoạn đầu của tắc mạch cục bộ và nhồi máu mô [44].
Sử dụng tác nhân tƣơng phản để lấp đầy mạch máu trong các mô không chỉ giúp phát hiện tắc mạch ngay sau khi nó vừa xảy ra mà còn đánh giá đƣợc khả năng tƣới máu ở mô. Khối u sẽ đƣợc phát hiện dễ dàng hơn, đặc biệt là các khối u nhỏ khi có sự hỗ trợ của tác nhân tƣơng phản, do đó chúng ta có thể quan sát đƣợc các mạch máu nuôi mô ác tính, khác hẳn với mạch máu nuôi mô bình thƣờng, chúng thƣờng quanh co và phân nhánh lộn xộn, tập trung nhiều ở ngoại vi khối u và lƣu lƣợng máu ngoại vi khối u tăng hoặc giảm hay không có máu nuôi khu vực trung tâm. Phản xạ siêu âm giúp xác định số lƣợng vi tuần hoàn của khối u qua đó đánh giá việc hình thành mạch máu để nuôi khối u [53]. Hình ảnh mạch máu Khi tiến hành chụp ảnh mạch máu, tác nhân tƣơng phản siêu âm vi bọt giúp chúng ta dễ dàng đạt đƣợc các mục đích sau: Xác định đƣợc rằng các mạch máu có bị tắc hay không.
Đánh giá đƣợc những bất thƣờng của thành mạch máu: phát hiện các mảng xơ vữa và đánh giá ảnh hƣởng của chúng đến lƣu lƣợng dòng máu. Xác định hƣớng dòng chảy và vận tốc dòng máu thông qua chu kì tim ở trạng thái bình thƣờng. Thu đƣợc những hình ảnh chụp X-quang mạch máu giống nhƣ cây mạch máu trong các cơ quan. Luan van thac si 6 Một cục máu đông thƣờng rất khó phát hiện vì nó cũng tƣơng tự nhƣ máu, điều này làm cho mạch máu nhìn rất bình thƣờng trong khi nó có thể bị tắc hoàn toàn.
Sử dụng tác nhân tƣơng phản siêu âm sẽ cho phép chúng ta quan sát rõ ràng vị trí các cục máu đông và thu đƣợc hình ảnh bên trong động mạch, giúp phát hiện mảng xơ vữa [28], [45].