Tổng quan nghiên cứu

Công nghệ nano đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu trọng điểm trong khoa học vật liệu và dược phẩm hiện đại, đặc biệt trong việc phát triển các hệ mang thuốc có kích thước nano nhằm nâng cao hiệu quả điều trị và giảm tác dụng phụ. Theo ước tính, các hạt nano có kích thước từ 20 đến 200 nm có khả năng thấm qua màng tế bào tốt, giúp tăng sinh khả dụng của hoạt chất trong máu. Tuy nhiên, nhiều hoạt chất tự nhiên có tiềm năng chống ung thư như Apigenin, 6-Shogaol và Fucoidan lại gặp hạn chế về tính tan và khả năng hấp thu, dẫn đến hiệu quả điều trị chưa tối ưu.

Luận văn thạc sĩ này tập trung nghiên cứu công nghệ điều chế nano Apigenin, nano 6-Shogaol và nano Fucoidan từ các cao dược liệu truyền thống như cao cần tây, cao gừng và cao rong nâu. Mục tiêu cụ thể là phát triển quy trình tổng hợp hệ nano liposome chứa các hoạt chất này, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo hệ nano, đồng thời đánh giá hiệu suất nang hóa và độ ổn định của hệ nano. Nghiên cứu được thực hiện tại Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng, Việt Nam, trong giai đoạn từ năm 2018 đến 2021.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao sinh khả dụng và hiệu quả điều trị của các hoạt chất tự nhiên có tiềm năng chống ung thư, đồng thời góp phần làm chủ công nghệ nano liposome tại Việt Nam, mở ra hướng phát triển thuốc hướng đích giá thành thấp phục vụ bệnh nhân trong nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Công nghệ nano là ngành khoa học nghiên cứu và ứng dụng các vật liệu có kích thước từ 1 đến 100 nanomet, với khả năng điều khiển cấu trúc và tính chất vật liệu ở quy mô nguyên tử và phân tử. Trong lĩnh vực dược phẩm, liposome là hệ mang thuốc phổ biến, cấu trúc gồm lớp màng kép phospholipid và cholesterol, có khả năng bao gói hoạt chất thân nước hoặc thân dầu, giúp tăng tính ổn định và sinh khả dụng của thuốc.

Các khái niệm chính bao gồm:

  • Phospholipid (PL): Thành phần chính của liposome, có tính lưỡng thân giúp tự hình thành màng kép trong môi trường nước.
  • Cholesterol (CHOL): Tăng độ cứng màng, giảm tính thấm và tăng độ ổn định của liposome.
  • Liposome biến đổi: Bao gồm liposome tuần hoàn dài, liposome miễn dịch, liposome nhạy cảm pH, nhiệt, từ tính, giúp tăng hiệu quả phân phối thuốc đến tế bào đích.
  • Hiệu suất nang hóa (EE): Tỷ lệ phần trăm hoạt chất được bao gói thành công trong hệ nano so với tổng lượng hoạt chất sử dụng.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các cao dược liệu chứa hoạt chất Apigenin (cao cần tây), 6-Shogaol (cao gừng) và Fucoidan (cao rong nâu) được thu thập và đánh giá chất lượng với các chỉ tiêu độ ẩm, hàm lượng hoạt chất định lượng bằng HPLC. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm các mẻ tổng hợp quy mô phòng thí nghiệm từ 30 g/mẻ.

Phương pháp tổng hợp hệ nano liposome sử dụng kỹ thuật hydrat hóa màng mỏng lipid, kết hợp với các bước cô quay dung môi hữu cơ, hydrat hóa màng lipid với dung dịch chứa Tween 80, giảm kích thước tiểu phân bằng siêu âm và đồng hóa áp suất cao. Các yếu tố ảnh hưởng như dung môi hòa tan lipid, môi trường hydrat hóa, nhiệt độ, tỷ lệ lecithin:vitamin E, nồng độ chất hoạt động bề mặt và tỷ lệ lipid:cao dược liệu được khảo sát để tối ưu quy trình.

Phân tích cấu trúc hóa học của các sản phẩm trung gian như EDA-FA và Tween 80-EDA-FA được thực hiện bằng phổ FT-IR, 1H-NMR và 13C-NMR. Hàm lượng hoạt chất trong hệ nano được xác định bằng HPLC, hiệu suất nang hóa được tính toán dựa trên lượng hoạt chất toàn phần và hoạt chất tự do sau khi loại bỏ bằng màng lọc MWCO 3500 Dalton.

Thời gian nghiên cứu kéo dài khoảng 3 năm, từ khảo sát nguyên liệu, xây dựng quy trình tổng hợp đến đánh giá đặc tính hệ nano và ổn định sản phẩm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tổng hợp EDA-FA và Tween 80-EDA-FA:

    • Hiệu suất tổng hợp EDA-FA đạt tối ưu 78,97% ở nhiệt độ 60 ℃, thời gian 12 giờ, tỉ lệ mol EDA/FA 1,5:1.
    • Hiệu suất tổng hợp Tween 80-EDA-FA đạt trên 80% với điều kiện tương tự.
    • Phân tích phổ FT-IR, 1H-NMR và 13C-NMR xác nhận cấu trúc hóa học đúng theo lý thuyết.

  2. Điều chế hệ nano liposome:

    • Dung môi hòa tan lipid tối ưu là hỗn hợp chloroform:methanol (2:1).
    • Môi trường hydrat hóa phù hợp là đệm pH 7,4 chứa Tween 80 1,5% (w/v).
    • Nhiệt độ hydrat hóa 60 ℃ cho kết quả hệ phân tán đồng nhất, ổn định.
    • Tỷ lệ lecithin:vitamin E tối ưu là 7:3 (w/w) giúp tăng độ ổn định và giảm kích thước hạt.
    • Tỷ lệ lipid:cao dược liệu 4:1 cho hiệu suất nang hóa cao nhất, đạt trên 75% cho cả ba hoạt chất.

  3. Đặc tính hệ nano:

    • Kích thước trung bình của liposome chứa cao gừng, cao rong nâu và cao cần tây lần lượt là khoảng 180 nm, 190 nm và 170 nm với PDI dưới 0,3, cho thấy phân bố kích thước hạt đồng đều.
    • Thế zeta của các hệ nano dao động từ -30 mV đến -40 mV, đảm bảo tính ổn định keo học cao.
    • Hệ nano liposome gắn tác nhân hướng đích Tween 80-EDA-FA tăng khả năng nhắm đích tế bào ung thư, giảm lượng hoạt chất tự do, kéo dài thời gian lưu hành trong cơ thể.

  4. Hiệu suất nang hóa hoạt chất:

    • Hiệu suất nang hóa đạt khoảng 78% cho 6-Shogaol, 80% cho Fucoidan và 75% cho Apigenin.
    • So với hoạt chất tự do, hệ nano liposome cải thiện sinh khả dụng gấp 2-3 lần theo các nghiên cứu in vitro và in vivo tham khảo.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng công nghệ liposome hydrat hóa màng mỏng kết hợp với tác nhân hướng đích Tween 80-EDA-FA là phương pháp hiệu quả để nâng cao sinh khả dụng và ổn định của các hoạt chất tự nhiên có hoạt tính chống ung thư. Kích thước hạt nano dưới 200 nm và chỉ số PDI thấp giúp hệ nano dễ dàng thấm qua màng tế bào, tăng hiệu quả phân phối thuốc.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, hiệu suất nang hóa và độ ổn định của hệ nano trong luận văn tương đương hoặc vượt trội, đặc biệt là khả năng gắn tác nhân hướng đích giúp tăng cường tính chọn lọc tế bào ung thư, giảm tác dụng phụ. Việc khảo sát kỹ lưỡng các yếu tố ảnh hưởng như dung môi, nhiệt độ, tỷ lệ thành phần lipid giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, phù hợp với quy mô phòng thí nghiệm và có tiềm năng mở rộng quy mô công nghiệp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ hiệu suất tổng hợp EDA-FA theo nhiệt độ, thời gian và tỉ lệ mol; bảng kích thước hạt, PDI và thế zeta của các hệ nano; biểu đồ so sánh hiệu suất nang hóa hoạt chất giữa các công thức khác nhau.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Ứng dụng công nghệ liposome hydrat hóa màng mỏng:

    • Đẩy mạnh nghiên cứu và phát triển quy trình sản xuất liposome chứa hoạt chất tự nhiên để nâng cao sinh khả dụng thuốc chống ung thư.
    • Thời gian thực hiện: 1-2 năm; Chủ thể: Viện nghiên cứu và doanh nghiệp dược phẩm.

  2. Phát triển hệ nano liposome gắn tác nhân hướng đích:

    • Tăng cường nghiên cứu các tác nhân hướng đích khác ngoài Tween 80-EDA-FA để nâng cao tính chọn lọc và hiệu quả điều trị.
    • Thời gian: 2-3 năm; Chủ thể: Các nhóm nghiên cứu chuyên sâu về dược liệu và công nghệ nano.

  3. Mở rộng quy mô sản xuất và thử nghiệm lâm sàng:

    • Triển khai sản xuất quy mô pilot và tiến hành thử nghiệm tiền lâm sàng, lâm sàng để đánh giá hiệu quả và an toàn.
    • Thời gian: 3-5 năm; Chủ thể: Doanh nghiệp dược phẩm phối hợp viện nghiên cứu.

  4. Đào tạo và chuyển giao công nghệ:

    • Tổ chức các khóa đào tạo về công nghệ nano liposome cho cán bộ nghiên cứu và kỹ thuật viên trong ngành dược.
    • Thời gian: liên tục; Chủ thể: Học viện, viện nghiên cứu và doanh nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà nghiên cứu và giảng viên ngành Hóa dược, Công nghệ sinh học:

    • Lợi ích: Nắm bắt công nghệ điều chế hệ nano liposome, ứng dụng trong phát triển thuốc mới.
    • Use case: Phát triển đề tài nghiên cứu, giảng dạy chuyên sâu về công nghệ nano.

  2. Doanh nghiệp dược phẩm và công ty công nghệ sinh học:

    • Lợi ích: Áp dụng quy trình sản xuất nano liposome chứa hoạt chất tự nhiên, nâng cao giá trị sản phẩm.
    • Use case: Đầu tư phát triển thuốc hướng đích, thực phẩm chức năng chống ung thư.

  3. Sinh viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Dược học, Hóa học:

    • Lợi ích: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật phân tích và tổng hợp hệ nano.
    • Use case: Học tập, làm luận văn, nghiên cứu khoa học.

  4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách y tế:

    • Lợi ích: Hiểu rõ tiềm năng công nghệ nano trong phát triển thuốc chống ung thư, hỗ trợ chính sách phát triển ngành dược.
    • Use case: Xây dựng chương trình hỗ trợ nghiên cứu và ứng dụng công nghệ cao trong y tế.

Câu hỏi thường gặp

  1. Nano liposome là gì và tại sao lại quan trọng trong điều trị ung thư?
    Nano liposome là các hạt nano có cấu trúc màng kép phospholipid, có khả năng bao gói và vận chuyển thuốc đến tế bào đích. Chúng giúp tăng sinh khả dụng, giảm tác dụng phụ và cải thiện hiệu quả điều trị ung thư nhờ khả năng thấm qua màng tế bào và nhả thuốc có kiểm soát.

  2. Tại sao chọn Apigenin, 6-Shogaol và Fucoidan làm hoạt chất nghiên cứu?
    Ba hoạt chất này có nguồn gốc tự nhiên, được chứng minh có tác dụng chống ung thư mạnh mẽ, ít tác dụng phụ và giá thành thấp. Tuy nhiên, chúng có hạn chế về tính tan và sinh khả dụng, do đó cần công nghệ nano để cải thiện hiệu quả.

  3. Phương pháp hydrat hóa màng mỏng có ưu điểm gì trong điều chế liposome?
    Phương pháp này đơn giản, hiệu quả cao trong việc tạo liposome có kích thước đồng đều và khả năng bao gói hoạt chất tốt. Nó cũng dễ dàng điều chỉnh các thông số để tối ưu hóa đặc tính hệ nano.

  4. Hiệu suất nang hóa hoạt chất được xác định như thế nào?
    Hiệu suất nang hóa được tính bằng tỷ lệ phần trăm hoạt chất được bao gói trong liposome so với tổng lượng hoạt chất sử dụng, dựa trên định lượng bằng HPLC sau khi loại bỏ hoạt chất tự do qua màng lọc.

  5. Làm thế nào để hệ nano liposome gắn tác nhân hướng đích giúp tăng hiệu quả điều trị?
    Tác nhân hướng đích như Tween 80-EDA-FA giúp liposome nhận diện và liên kết đặc hiệu với tế bào ung thư, từ đó tăng cường vận chuyển thuốc đến đúng vị trí, giảm liều dùng và tác dụng phụ không mong muốn.

Kết luận

  • Đã xây dựng thành công quy trình tổng hợp EDA-FA và Tween 80-EDA-FA với hiệu suất trên 78% ở quy mô phòng thí nghiệm.
  • Phát triển hệ nano liposome chứa cao gừng, cao rong nâu và cao cần tây với kích thước hạt nano đồng đều, ổn định và hiệu suất nang hóa cao (trên 75%).
  • Hệ nano liposome gắn tác nhân hướng đích Tween 80-EDA-FA cải thiện khả năng nhắm đích và sinh khả dụng của hoạt chất.
  • Nghiên cứu góp phần làm chủ công nghệ nano liposome tại Việt Nam, mở ra hướng phát triển thuốc chống ung thư từ dược liệu bản địa.
  • Đề xuất tiếp tục mở rộng quy mô sản xuất, thử nghiệm lâm sàng và đào tạo chuyển giao công nghệ trong 3-5 năm tới.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các viện nghiên cứu và doanh nghiệp dược phẩm phối hợp triển khai ứng dụng công nghệ nano liposome trong phát triển thuốc chống ung thư, đồng thời đào tạo nguồn nhân lực chuyên sâu để nâng cao năng lực nghiên cứu và sản xuất trong nước.