MỞ ĐẦU Serotonin là chat dẫn truyền tín hiệu cho các tế bao thần kinh, điều chỉnh khả năng nhận thức, vận động, cảm xúc, duy trì tâm trạng và cảm giác thèm ăn. Serotonin còn tham gia vào việc câu thành những cục máu đông, do tiêu cầu giải phóng ra khi cơ thé bị thương. Sự bất thường về mức độ serotonin có liên quan chặt chẽ với các rối loạn thần kinh và tâm thần khác nhau như trầm cảm, rối loạn lo âu và rối loạn ám ảnh cưỡng chế. Việc phát hiện và định lượng chính xác serotonin cung cấp thông tin chính xác về sự mat cân bang của các chất nội sinh trong não, cho phép đưa ra pháp đồ điều trị hiệu qua với từng cá nhân.
Việc theo doi mức độ chất chuyển hóa serotonin cũng rat cần thiết dé đánh giá hiệu quả của các liệu trình tri liệu. Hiện nay, việc phân tích serotonin thường yêu cầu các thiết bị phân tích hiện đại với thời gian phân tích dài. Các kỹ thuật được sử dụng phổ biến như sắc ký lỏng (LC), xét nghiệm miễn dich (Immunoassay) và khối phố (MS) yêu cầu đội ngũ kĩ thuật viên có tay nghề cũng như trang thiết bị, hóa chất và cơ sở vật chất hiện đại. Những yêu cầu này khó có thê đáp ứng được tại tất cả các bệnh viện và cơ sở y tế.
Đây là rào cản đặc biệt lớn đối với việc điều trị bệnh nhân tại bệnh viện cấp cơ sở, tại nhà, hoặc tại những nơi hạn chế về nguôn nhân lực và cơ sở vật chât. Trong khi đó, cảm biến sinh học có thé khắc phục những nhược điểm của các phương pháp nêu trên một cách đơn giản, nhanh chóng, hiệu quả và có thê phát triển thành công cụ cầm tay cho việc xác định nồng độ thuốc trong điều trị. Aptasensors là loại cảm biến linh hoạt có thể phát hiện các chất phân tích khác nhau, trong đó aptamer đặc hiệu được sử dụng như các yếu tố nhận dạng sinh học. Aptamer là phân tử oligonucleotide đơn SỢI ngắn có độ đặc hiệu cao và ái lực liên kết mạnh với phân tử đích.
Do đó, các cảm biến từ aptamer không chỉ có độ chon lọc cao ma còn có độ nhạy tốt, giới hạn phát hiện chất có thé đạt đến dưới nM. Liên hợp hạt nano vàng (AuNPs) và aptamer có thé được tạo ra bằng cách hấp phụ aptamer lên trên bề mặt AuNPs hoặc thông qua liên kết với nhóm thiol. Về cơ bản, sự thay đổi màu của liên hợp Apt-AuNPs phụ thuộc vào sự kết tụ của các hạt nano vàng trong dung dịch. Khi không có chất phân tích, các Apt-AuNPs bị kết tụ và khiến dung dịch chuyển từ màu đỏ sang màu xanh lam/tím.
Sau khi tạo liên kết với chất phân tích, aptamer sẽ thay đổi cau trúc và làm thay đổi bề mặt của hạt nano vàng và dung dịch có màu đỏ. Theo tìm hiểu của chúng tôi, hiện tại Việt Nam chưa có nhiều nghiên cứu về ứng dụng và phát triển aptasensor, đặc biệt trong việc theo dõi thuốc điều trị. Do đó, trong nghiên cứu này, chúng tôi sẽ thực hiện dé tài “Nghiên cứu phát hiện chon lọc và chính xác các chất dẫn truyền thần kinh serotonin trong mẫu sinh học bằng hạt nano vàng (AuNPs) và aptamer ”, góp phần nhỏ vào xây dung tạo tiền dé cho việc phát triển một công cụ mới trong xét nghiệm lâm sàng, giúp tăng hiệu quả và giảm tác dụng phụ của thuốc cũng như cá nhân hóa điều tri. CHUONG 1: TONG QUAN 1.
Tổng quan về Serotonin 1. Giới thiệu về Serotonin Serotonin được Rapport Green và Page phân lập lần đầu tiên từ huyết thanh vào năm 1948, đến năm 1951 đã được tổng hợp bởi Hamelin va Fischer. Trong cơ thé, serotonin là một trong những chất hóa học trung gian quan trọng của hệ thần kinh trung ương và có nhiều vai trò quan trọng trong sinh bệnh lý [52,17]. Serotonin được tổng hợp ở tế bào ưa Crôm của ruột và trong tô chức thần kinh từ tryptophan [74, 88].
Serotonin tạo thành do các nhân ở não giữa và nhiều vùng của não bài tiết, đặc biệt là được giải phóng ở sừng sau tủy sống và ở vùng dưới đôi. Nó có tác dụng ức chế lên đường dẫn truyền đau ở tủy sống, có vai trò trong các hoạt động xúc cảm và gây ngủ. Serotonin có nhiều trong thực vật (chuối), nhưng khó hấp thu qua ruột và bị chuyên hóa nhanh nên không bị ngộ độc khi ăn thức ăn có nhiều serotonin. Với động vật có vú, 90% serotonin có trong tế bào ưa Crôm của ruột, 8% ở tiểu cầu, 2% ở thần kinh trung ương (đặc biệt ở tuyến tùng và vùng dưới đồi).
Công thức cau tạo và tính chất hóa lý Tên khoa học: 5-Hydroxytryptamine( 5-HT) or 3-(2-aminoethyl)-1H-indol-5-ol. NH; HO N H Hình 1. Công thức cấu tạo của Serotonin Công thức phân tử: CioH12N20 Khối lượng phân tử: 176,215 g/mol Nhiệt độ nóng chảy: 167 - 168°C. Moment lưỡng cực: 2,98 D.
Dạng muối serotonin hydroclorid(C¡oH:2N:O.HC]) là tinh thể, hút âm, nhạy cảm với ánh sáng. Muối tan nhiều trong nước, tạo dung dịch ồn định ở pH= 2 - 6,4; không tan trong các dung môi hữu cơ thông thường. Sinh tong hợp Serotonin Serotonin được sản xuất trong não, với nguyên liệu ban đầu là amino acid tryptophan (xuất hiện nhiều trong hoa quả như chuối, đứa, mận hay thức ăn như thịt và sữa. Quá trình dién ra qua hai giai đoạn như sau [81]: Bước 1.
Enzym trytophan hydroxylase gắn một nhóm hydroxy vào tryptophan, tạo thành 5-hydroxytryptophan. \~0H trytophan hydroxylase by clea NH> HE if NHp2 | ae Bước 2. 5-hydroxytryptophan được decarboxyl hóa nhờ enzym amino acid decarboxylase, chuyên thành 5-hydroxytryptamine (hay serotonin). O ‘OH 8 aa amino acid decarboxylase Hồ.
-=c J NH» lR ⁄ a sa N Vai trò và ảnh hưởng đến sinh lý cơ thể: Khoảng 80% lượng serotonin trong cơ thể được tìm thấy trong các tế bào enterochromaffin đường ruột [60]. Tại đây serotonin có vai trò điều hòa nhu động ruột. Phần còn lại được tổng hợp trong các noron serotonergic ở hệ thần kinh trung ương và có chức năng như một chất hóa học dẫn truyền thần kinh. Serotonin giúp con người nhận thức được mình phải phan dau dé phát triển và sức mạnh từ đâu dé phát triển và khiến mỗi người hiểu rõ tầm quan trọng của cộng đồng trong sự phát triển của mình.
Trong đường tiêu hóa Serotonin điều hòa chức năng đường tiêu hóa, ruột được bao quanh bởi các tế bào enterochromaffin, giải phóng serotonin dé đáp ứng với thức ăn trong lòng ruột. Tiểu cầu trong tĩnh mạch dẫn lưu ruột thu thập serotonin dư thừa. Sự bat thường serotonin gây ra các rồi loạn tiêu hóa như táo bón và hội chứng ruột kích thích. Tương tự như vậy, serotonin đã được mô tả như là một bộ chuyển đôi quan trọng của thông tin về ruột, tạo ra các phản xạ giãn mạch máu, bài tiết và mạch máu.
Nếu có các chất kích thích trong thực phẩm, các tế bào enterochromaffin sẽ giải phóng nhiều serotonin dé làm ruột di chuyền nhanh hơn, gây ra tiêu chảy và giải phóng các chất độc hại ra khỏi ruột. Nếu serotonin được giải phóng trong máu nhanh hơn mức độ tiêu cầu có thể hấp thụ, mức độ serotonin tự do trong máu sẽ tăng lên làm kích hoạt thụ thể 5-HT3 trong vùng kích hoạt chemoreceptor gây nôn mửa. Do đó, thuốc và độc tố kích thích giải phóng serotonin từ các tế bào enterochromaffin trong thành ruột. Các tế bào enterochromaffin không chỉ phản ứng với thực phẩm xấu mà còn rất nhạy cảm với chiếu xạ và hóa trị ung thư.
Thuốc chặn 5-HT3 rất hiệu quả trong việc kiểm soát buồn nôn và nôn do điều trị ung thư và được coi là tiêu chuân vàng cho mục dich này. Chuyển hóa xương Ở chuột và người, sự thay đôi nồng độ serotonin va tín hiệu đã được chứng minh là điều chỉnh khối lượng xương. Những con chuột thiếu serotonin trong não bị loãng xương, trong khi những con chuột thiếu serotonin trong ruột có mật độ xương cao. Ở người, nồng độ serotonin trong máu tăng đã được chứng minh là yếu tố dự báo tiêu cực đáng kể về mật độ xương thấp.
Serotonin cũng có thé được tông hợp, mặc dù ở mức rat thấp, trong các tế bào xương. Những nghiên cứu này đã mở ra một lĩnh vực nghiên cứu mới về chuyền hóa xương có thé được khai thác dé điều trị rối loạn khối xương [26]. 5 Phát triển cơ quan Serotonin ảnh hưởng đến sự phát triển của cơ quan. Nhiều nghiên cứu trên người và động vật đã chỉ ra rằng dinh dưỡng ở giai đoạn đầu đời có thê ảnh hưởng đến mỡ cơ thể, mỡ mau, huyết áp, xơ vữa động mạch, hành vi, học tập va tuổi thọ khi đến tuôi trưởng thành.
Bằng cách điều trị chuột bình thường và chuột bị thiếu chất vận chuyền serotonin bang fluoxetine, các nhà khoa học cho thấy các phan ứng cảm xúc bình thường ở tuổi trưởng thành, như thiên hướng khám phá môi trường mới phụ thuộc vào lượng chất vận chuyền serotonin hoạt động trong thời kỳ sơ sinh. Serotonin của con người cũng có thê hoạt động như một yếu tố tang trưởng trực tiếp. Serotonin có trong máu kích thích tăng trưởng tế bao dé sửa chữa ton thương gan, kích hoạt các tế bào xương, tạo ra xương. Tuy nhiên, serotonin cũng ức chế các nguyên bào Xương.
Yếu to tăng trưởng tim mach Trong máu, serotonin hoạt động ở bat cứ nơi nào tiểu cầu liên kết trong các mô bị tốn thương, với vai trò chất co mạch dé cam máu, và với vai trò nguyên bào sợi (yếu tố tăng trưởng), đề hỗ trợ chữa lành. Serotonin có lẽ là chất dẫn truyền thần kinh quan trọng nhất ở người, thực hiện một SỐ lượng lớn các hoạt động và các chức năng có tầm quan trọng sống còn cho sự 6n định và hạnh phúc. Tuy nhiên, mặc dù thường được gọi là chất của tình yêu và hạnh phúc, các chức năng của serotonin không chỉ giới hạn trong việc điều chỉnh tâm trạng mà còn thể hiện trên nhiều hành động khác có tầm quan trọng sống còn đôi với hoạt động tôi ưu của não và cơ thê. Đông mau Một trong những chức năng vật lý quan trọng nhất của serotonin là hình thành cục máu đông.
Khi chúng ta bị thương, tiểu cầu sẽ tự động giải phóng serotonin đề bắt đầu các quá trình tái tạo nội sinh có liên quan. Khi serotonin được giải phóng, sự co mạch xảy ra, nghĩa là các tiéu động mạch (động mạch nhỏ) hẹp hơn bình thường. Việc thu hẹp này cho phép giảm lưu lượng máu, góp phần hình thành cục máu đông, giúp giảm chảy máu và mắt ít máu. Nếu không có serotonin trong cơ thé, chúng ta sẽ không bị co mạch khi bị thương và có thê mat mau một cách nguy hiêm.