Tổng hợp hạt nano silica phân hủy sinh học và ứng dụng trong vận chuyển thuốc

Nghiên cứu luận án tiến sĩ về tổng hợp hạt nano silica phân hủy sinh học và ứng dụng kỹ thuật quang trong đặc trưng và khả năng vận chuyển thuốc.

• Tác giả: Mai Ngoc Xuan Dat
• Người hướng dẫn: Prof. Phan Bach Thang
• Trường học: Vietnam National University HCMC University of Science
• Chuyên ngành: Optics
• Đề tài: Nghiên Cứu Tổng Hợp Hạt Nano Silica Phân Hủy Sinh Học Và Ứng Dụng Trong Vận Chuyển Thuốc
• Loại tài liệu: PhD thesis
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Mục lục chi tiết

• ACKNOWLEDGEMENTS
• 1. CHƯƠNG 1: NANOPARTICLE-BASED DRUG DELIVERY IN CANCER TREATMENT
• 2. CHƯƠNG 2: SYNTHESIS OF BIODEGRADABLE PERIODIC MESOPOROUS ORGANOSILICA NANOPARTICLES
• 2.1. Synthesis of ethane-containing tetrasulfide-based biodegradable periodic mesoporous organosilica nanoparticles (E4S)
• 2.2. Synthesis of fluorescent ethane-containing tetrasulfide-based biodegradable periodic mesoporous organosilica nanoparticles (RTC-E4S)
• 2.3. Synthesis of phenylene-containing tetrasulfide-based biodegradable periodic mesoporous organosilica nanoparticles (P4S)
• 2.4. Synthesis of inorganic mesoporous silica nanoparticle
• 3. CHƯƠNG 3: PHYSICOCHEMICAL CHARACTERIZATION BY OPTICAL TECHNIQUES
• 3.1. Degradation and drug loading behavior experiments
• 3.2. Cytotoxicity of materials in biological models
• 3.2.1. Cell viability analysis
• 3.2.2. Uptake of nanoparticles by 3D tumor spheroid
• 3.2.3. Evaluation of 3D tumor spheroid growth
• 3.2.4. Ovarian cancer tumor formation on chorioallantoic membrane
• 3.2.5. Investigation of nanoparticles biodistribution on chicken egg model
• 3.2.6. Evaluation of tumor elimination effect of DNR-loaded nanoparticles
• 4. CHƯƠNG 4: TAILORING PARTICLE SIZE AND IN VITRO CYTOTOXICITY EVALUATION OF TETRASULFIDE-BASED PERIODIC MESOPOROUS ORGANOSILICA NANOPARTICLES
• 4.1. Synthesize and compare physicochemical properties of tailored particle size of tetrasulfide-based periodic mesoporous organosilica nanoparticles using Optical Methods
• 4.2. Comparative in vitro biodegradability of tetrasulfide-based BPMOs via transmission electron microscopy
• 4.3. Cordycepin loading capacity and release behavior of tetrasulfide-based nanoparticles
• 4.4. Cytotoxicity of tetrasulfide-based biodegradable mesoporous organosilica nanoparticles in 2D model
• LIST OF ABBREVIATIONS
• ABSTRACT

Tóm tắt

I. Tổng Quan Hạt Nano Silica Phân Hủy Sinh Học Vận Chuyển Thuốc

Hạt nano silica phân hủy sinh học đang nổi lên như một nền tảng đầy hứa hẹn trong lĩnh vực vận chuyển thuốc. Khả năng phân hủy sinh học của chúng giúp giảm thiểu độc tính và cho phép kiểm soát quá trình giải phóng thuốc. Ứng dụng hạt nano silica trong y học mở ra những hướng đi mới trong điều trị ung thư, bệnh tim mạch và tiểu đường. Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp hạt nano silica phân hủy sinh học và đánh giá khả năng vận chuyển thuốc của chúng. Điều này bao gồm việc biến tính bề mặt hạt nano silica để tăng cường khả năng tương thích sinh học và hiệu quả tải thuốc. Các kỹ thuật quang học được sử dụng rộng rãi để xác định đặc tính vật lý, hóa học của vật liệu nano và đánh giá khả năng ứng dụng trong các mô hình sinh học. Sự quan tâm đến vật liệu này ngày càng tăng do khả năng cải thiện hiệu quả điều trị và giảm tác dụng phụ so với các phương pháp truyền thống.

Trích dẫn từ tài liệu gốc: "As an outstanding and promising nanocarrier in drug delivery, biodegradable periodic mesoporous organosilica (BPMO) nanoparticles have been extensively attracted due to their specific biodegradability as well as high drug load capacities."

1.1. Lợi ích của silica nano porous trong vận chuyển thuốc

Silica nano porous mang lại nhiều ưu điểm vượt trội. Cấu trúc xốp cho phép tải một lượng lớn thuốc, trong khi khả năng biocompatibility hạt nano silica đảm bảo an toàn khi sử dụng trong cơ thể. Hiệu quả vận chuyển thuốc của hạt nano silica cao hơn so với các hệ thống khác. Hơn nữa, khả năng kiểm soát giải phóng thuốc từ hạt nano silica giúp duy trì nồng độ thuốc ổn định tại vị trí tác động, tăng cường hiệu quả điều trị và giảm thiểu tác dụng phụ. Cấu trúc này còn cho phép gắn các phân tử mục tiêu, giúp nhắm trúng đích tế bào bệnh.

1.2. Các loại silica nano phân hủy sinh học phổ biến

Có nhiều loại hạt nano silica phân hủy sinh học, mỗi loại có cấu trúc và đặc tính riêng. Các loại phổ biến bao gồm silica mesoporous tuần hoàn có chứa liên kết tetrasulfide (BPMO) Ethane (E4S) và Phenylene (P4S). BPMO có liên kết tetrasulfide có khả năng phân hủy trong môi trường khử, như môi trường bên trong tế bào ung thư. Việc lựa chọn loại silica nano phù hợp phụ thuộc vào loại thuốc, mục tiêu điều trị và các yếu tố sinh học khác. Khả năng cơ chế phân hủy sinh học của silica cũng cần được xem xét để đảm bảo loại bỏ vật liệu sau khi thuốc được giải phóng.

II. Thách Thức Độ Độc và Tính Ổn Định Của Hạt Nano Silica

Mặc dù có nhiều ưu điểm, việc sử dụng hạt nano silica phân hủy sinh học vẫn đối mặt với một số thách thức. Độ độc của hạt nano silica là một mối quan tâm lớn. Các nghiên cứu cần tập trung vào việc giảm thiểu độc tính và đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Tính ổn định của hạt nano trong môi trường sinh học cũng là một vấn đề cần giải quyết. Các hạt nano có thể kết tụ hoặc bị phân hủy trước khi đến được vị trí tác động. Cần có các phương pháp cải tiến để tăng cường tính ổn định và đảm bảo hiệu quả vận chuyển thuốc.

Trích dẫn từ tài liệu gốc: "The cellular uptake and biodistribution of materials in tumor spheroids and tumor-bearing chicken embryo models we..."

2.1. Ảnh hưởng của kích thước hạt nano đến độ độc

Kích thước hạt nano silica có ảnh hưởng lớn đến độ độc của hạt nano silica. Các hạt nano nhỏ hơn có xu hướng xâm nhập vào tế bào dễ dàng hơn, nhưng cũng có thể gây ra các phản ứng viêm và độc tính cao hơn. Việc kiểm soát kích thước hạt nano là rất quan trọng để giảm thiểu độc tính và tối ưu hóa hiệu quả vận chuyển thuốc. Các phương pháp tổng hợp hạt nano silica cần được điều chỉnh để tạo ra các hạt nano có kích thước đồng đều và an toàn.

2.2. Cải thiện tính ổn định của hạt nano trong môi trường sinh học

Để cải thiện tính ổn định của hạt nano silica trong môi trường sinh học, có thể sử dụng các lớp phủ bảo vệ. Các lớp phủ này có thể là polymer, lipid hoặc các phân tử sinh học khác. Lớp phủ giúp ngăn chặn sự kết tụ của hạt nano và bảo vệ chúng khỏi sự phân hủy bởi các enzyme trong cơ thể. Việc chức năng hóa hạt nano silica với các phân tử mục tiêu cũng có thể giúp tăng cường tính ổn định và hiệu quả nhắm trúng đích.

III. Phương Pháp Tổng Hợp Hạt Nano Silica Phân Hủy Sinh Học Tối Ưu

Có nhiều phương pháp tổng hợp hạt nano silica phân hủy sinh học. Một phương pháp phổ biến là sử dụng kỹ thuật sol-gel với các tiền chất có khả năng phân hủy sinh học. Kỹ thuật này cho phép kiểm soát kích thước, hình dạng và cấu trúc của hạt nano. Một phương pháp khác là sử dụng khuôn mẫu (template) để tạo ra các hạt nano có cấu trúc xốp. Khuôn mẫu có thể là các phân tử hữu cơ hoặc các hạt nano khác. Sau khi tổng hợp, khuôn mẫu được loại bỏ để lại các hạt nano silica xốp.

Trích dẫn từ tài liệu gốc: "In this dissertation, I describe syntheses of a novel biodegradable tetrasulfide- based periodic mesoporous organosilica nanoparticles and apply optical methods including Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis to indicate the presence of biodegradable tetrasulfide linkers in the structure of BPMOs."

3.1. Kỹ thuật sol gel trong tổng hợp hạt nano silica

Kỹ thuật sol-gel là một phương pháp hiệu quả để tổng hợp hạt nano silica. Quá trình này bắt đầu bằng việc thủy phân và ngưng tụ các tiền chất silica, chẳng hạn như tetraethyl orthosilicate (TEOS). Điều kiện phản ứng, chẳng hạn như pH, nhiệt độ và nồng độ tiền chất, có thể được điều chỉnh để kiểm soát kích thước và hình dạng của hạt nano. Việc sử dụng các tiền chất phân hủy sinh học, chẳng hạn như các organosilane có chứa liên kết disulfua, cho phép tạo ra các hạt nano silica phân hủy sinh học.

3.2. Sử dụng khuôn mẫu để tạo cấu trúc xốp cho hạt nano silica

Việc sử dụng khuôn mẫu là một cách hiệu quả để tạo ra các hạt nano silica với cấu trúc xốp. Khuôn mẫu có thể là các phân tử surfactant, polymer hoặc các hạt nano khác. Trong quá trình tổng hợp, các tiền chất silica bao quanh khuôn mẫu để tạo thành cấu trúc xốp. Sau khi tổng hợp, khuôn mẫu được loại bỏ bằng cách nung hoặc hòa tan trong dung môi. Cấu trúc xốp này cho phép tải một lượng lớn thuốc và kiểm soát quá trình giải phóng.

3.3. Tổng hợp hạt nano silica từ tiền chất sinh học

Việc tổng hợp hạt nano silica từ tiền chất sinh học như acid silicic, là một hướng đi bền vững và thân thiện với môi trường. Các tiền chất này có nguồn gốc tự nhiên và có khả năng tương thích sinh học cao. Quá trình tổng hợp thường được thực hiện trong điều kiện ôn hòa, giảm thiểu việc sử dụng các hóa chất độc hại. Nano silica tái tạo từ nguồn này có tiềm năng lớn trong ứng dụng y sinh.

IV. Ứng Dụng Vận Chuyển Thuốc Chống Ung Thư Hiệu Quả với Silica Nano

Hạt nano silica phân hủy sinh học có tiềm năng lớn trong việc vận chuyển thuốc chống ung thư. Chúng có thể tải một lượng lớn thuốc và giải phóng thuốc một cách có kiểm soát tại vị trí khối u. Các nghiên cứu đã chứng minh rằng ứng dụng hạt nano silica trong điều trị ung thư có thể tăng cường hiệu quả điều trị và giảm tác dụng phụ so với các phương pháp truyền thống. Việc biến tính bề mặt hạt nano silica với các phân tử mục tiêu giúp nhắm trúng đích tế bào ung thư, tăng cường hiệu quả điều trị.

Trích dẫn từ tài liệu gốc: "Especially, the cellular uptake and biodistribution of materials in tumor spheroids and tumor-bearing chicken embryo models we..."

4.1. Tải và giải phóng Daunorubicin sử dụng silica nano E4S

Nghiên cứu sử dụng E4S BPMO để vận chuyển Daunorubicin (DNR), một loại thuốc chống ung thư. Các kết quả cho thấy E4S có khả năng tải DNR hiệu quả và giải phóng thuốc một cách có kiểm soát trong môi trường khối u. Động học giải phóng thuốc từ hạt nano silica được nghiên cứu kỹ lưỡng. Sự phân hủy sinh học của E4S trong môi trường khử giúp giải phóng DNR tại vị trí tác động, tăng cường hiệu quả điều trị. Dữ liệu chỉ ra rằng DNR-E4S có khả năng ức chế sự phát triển của khối u tốt hơn so với DNR tự do.

4.2. Sử dụng hạt nano silica để vận chuyển Cordycepin chống ung thư

Cordycepin, một hợp chất tự nhiên có hoạt tính chống ung thư, cũng được nghiên cứu để vận chuyển bằng hạt nano silica. Các hạt nano silica có thể tải Cordycepin và giải phóng thuốc một cách có kiểm soát tại vị trí khối u. Dược động học hạt nano silica chứa Cordycepin cũng được nghiên cứu, cho thấy khả năng hấp thụ và phân phối tốt trong cơ thể. Các nghiên cứu in vitro cho thấy Cordycepin được vận chuyển bằng silica nano có thể ức chế sự phát triển của tế bào ung thư.

V. Kết Luận Triển Vọng và Nghiên Cứu Tương Lai Về Nano Silica

Nghiên cứu về hạt nano silica phân hủy sinh học và vận chuyển thuốc bằng hạt nano đang phát triển mạnh mẽ. Các kết quả ban đầu cho thấy tiềm năng lớn của các hệ thống này trong việc cải thiện hiệu quả điều trị và giảm tác dụng phụ của thuốc. Nghiên cứu tương lai cần tập trung vào việc tối ưu hóa quá trình tổng hợp hạt nano silica, cải thiện tính ổn định và khả năng nhắm trúng đích của hạt nano. Việc nghiên cứu cơ chế phân hủy sinh học của silica cũng rất quan trọng để đảm bảo an toàn khi sử dụng trong cơ thể.

Trích dẫn từ tài liệu gốc: "Novelty of the dÏssS€rfAafÏOT.-"

5.1. Hướng phát triển hạt nano silica từ phế thải nông nghiệp

Việc sử dụng nano silica từ phế thải nông nghiệp là một hướng đi bền vững và kinh tế. Các nguồn phế thải nông nghiệp, chẳng hạn như vỏ trấu, có chứa một lượng lớn silica. Việc chiết xuất silica từ các nguồn này có thể giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tạo ra các vật liệu nano có giá trị. Các hạt nano silica từ phế thải nông nghiệp có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng, bao gồm cả vận chuyển thuốc.

5.2. Kinh tế tuần hoàn cho hạt nano silica và tính bền vững

Kinh tế tuần hoàn hạt nano silica là một khái niệm quan trọng trong việc đảm bảo tính bền vững của công nghệ này. Điều này bao gồm việc tái chế và tái sử dụng các hạt nano silica sau khi chúng đã hoàn thành chức năng. Việc phát triển các phương pháp tái chế hiệu quả có thể giúp giảm thiểu lượng chất thải và bảo vệ môi trường. Nano silica tái tạo có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, tạo ra một vòng tuần hoàn khép kín.

VI. Đánh Giá Khả Năng Ứng Dụng Thực Tiễn Của Hạt Nano Silica

Việc đánh giá khả năng ứng dụng thực tiễn của hạt nano silica phân hủy sinh học trong vận chuyển thuốc cần được thực hiện một cách cẩn thận. Các nghiên cứu lâm sàng là cần thiết để đánh giá hiệu quả và an toàn của các hệ thống này trên người. Việc sử dụng hạt nano silica trong điều trị ung thư, bệnh tim mạch và tiểu đường cần được nghiên cứu kỹ lưỡng để xác định liều lượng tối ưu và phương pháp sử dụng hiệu quả nhất. Việc phát triển các quy trình sản xuất hàng loạt cũng rất quan trọng để đưa các sản phẩm này ra thị trường.

Trích dẫn từ tài liệu gốc: "CONCLUSIONS AND FUTURE PERSPECTTIVES."

6.1. Ứng dụng hạt nano silica trong điều trị bệnh tim mạch

Sử dụng hạt nano silica trong điều trị bệnh tim mạch là một lĩnh vực đầy hứa hẹn. Các hạt nano có thể được sử dụng để vận chuyển thuốc đến vị trí tổn thương trong mạch máu, giúp giảm thiểu sự hình thành mảng bám và cải thiện lưu thông máu. Việc sử dụng các phân tử mục tiêu có thể giúp nhắm trúng đích các tế bào viêm trong mạch máu, tăng cường hiệu quả điều trị.

6.2. Tiềm năng sử dụng hạt nano silica trong điều trị tiểu đường

Sử dụng hạt nano silica trong điều trị bệnh tiểu đường cũng có tiềm năng lớn. Các hạt nano có thể được sử dụng để vận chuyển insulin hoặc các thuốc điều trị tiểu đường khác đến các tế bào đích. Việc kiểm soát quá trình giải phóng thuốc có thể giúp duy trì nồng độ glucose trong máu ổn định hơn. Các nghiên cứu cũng đang được tiến hành để sử dụng hạt nano silica để tái tạo các tế bào beta trong tuyến tụy, giúp sản xuất insulin tự nhiên.

6.3. Đánh giá độ an toàn của hạt nano silica trong thử nghiệm lâm sàng

Trước khi được ứng dụng rộng rãi, độ an toàn của hạt nano silica phải được kiểm tra kỹ lưỡng trong các thử nghiệm lâm sàng. Đánh giá này bao gồm đánh giá dược động học, độc tính và tác động lên hệ miễn dịch. Dược động học hạt nano silica cần được nghiên cứu để hiểu rõ quá trình hấp thụ, phân phối, chuyển hóa và thải trừ của hạt nano trong cơ thể.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Hóa trị liệu là một trong những phương pháp chính trong điều trị ung thư nhưng gặp phải nhiều rào cản lâm sàng nghiêm trọng, bao gồm độc tính toàn thân đối với mô lành, các tác dụng phụ cấp tính và mãn tính (như độc tính trên tim, suy tủy, viêm loét niêm mạc), hiện tượng kháng đa thuốc (MDR) của tế bào ác tính, cùng với độ hòa tan và sinh khả dụng thấp của các phân tử dược chất. Nhằm giải quyết các hạn chế này, các hệ dẫn truyền thuốc kích thước nano (nanocarriers) được phát triển để tăng cường tích tụ hoạt chất tại vi môi trường khối u thông qua hiệu ứng tăng cường tính thấm và lưu giữ (EPR). Trong số các vật liệu mang thuốc, hạt nano organosilica xốp tuần hoàn có khả năng phân hủy sinh học (Biodegradable Periodic Mesoporous Organosilica - BPMO) thu hút sự quan tâm lớn nhờ cấu trúc lai vô cơ - hữu cơ, diện tích bề mặt lớn, thể tích lỗ xốp có thể tinh chỉnh, khả năng nạp thuốc cao và tính tương thích sinh học vượt trội so với silica xốp vô cơ truyền thống (MSN).

Tuy nhiên, phần lớn các hạt BPMO được công bố trước đây có kích thước hạt tương đối lớn (thường vượt quá 200 nm), gây cản trở cho khả năng lưu thông máu kéo dài, thâm nhập sâu vào khối u và bài tiết an toàn qua thận. Đồng thời, việc khai thác phối hợp các phương pháp quang học hiện đại để phân tích toàn diện cấu trúc hóa lý, theo dõi quá trình phân hủy nhạy kích thích sinh học (redox-responsive) và giám sát sự phân bố không gian ba chiều trong các mô hình sinh học phức tạp vẫn cần những nghiên cứu thực nghiệm hệ thống. Luận án tiến sĩ vật lý chuyên ngành Quang học của tác giả Mai Ngọc Xuân Đạt, thực hiện tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia TP.HCM dưới sự hướng dẫn của Giáo sư Phan Bách Thắng, đã tập trung giải quyết các vấn đề trên.

Luận án xác định các mục tiêu nghiên cứu cụ thể sau:

1. Tổng hợp thành công loại vật liệu BPMO mới chứa các cầu nối tetrasulfide có khả năng phân hủy sinh học (ký hiệu là E4S) thông qua sự kết hợp của hai tiền chất organosilica.
2. Điều khiển kích thước hạt nano E4S thông qua việc điều chỉnh các thông số phản ứng nhằm thu được các hạt có đường kính dưới 100 nm, đáp ứng yêu cầu tối ưu hóa dẫn truyền thuốc.
3. Ứng dụng các phương pháp quang học và phổ nghiệm để khảo sát toàn diện đặc trưng hóa lý của vật liệu, bao gồm quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR), quang phổ quang điện tử tia X (XPS), kính hiển vi điện tử quét (SEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và tán xạ ánh sáng động (DLS).
4. Đánh giá khả năng phân hủy sinh học của hạt E4S trong môi trường khử mô phỏng sinh học (chứa glutathione - GSH) bằng kỹ thuật DLS và TEM.
5. Khảo sát dung lượng nạp thuốc của hạt E4S đối với hai hoạt chất kháng ung thư là Daunorubicin (DNR) và Cordycepin (Cor) bằng phép đo huỳnh quang và sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) đầu dò UV; đồng thời khảo sát hồ sơ giải phóng in vitro của cordycepin theo các điều kiện pH khác nhau.
6. Nghiên cứu độc tính tế bào của hạt nano E4S nạp hoạt chất trên dòng tế bào thường (293T) và các dòng tế bào ung thư phổi (A549), ung thư dạ dày (AGS) bằng kính hiển vi tương phản pha và thử nghiệm CCK-8.
7. Đánh giá sự hấp thu tế bào và phân bố sinh học của hạt nano E4S gắn nhãn huỳnh quang Rhodamine B trên mô hình khối u 3D dạng cầu (tumor spheroids) và mô hình màng niệu đệm phôi gà (CAM) mang khối u ung thư buồng trứng (OVCAR-8) bằng kính hiển vi đồng tiêu quét laser (CLSM).

Đối tượng nghiên cứu của luận án là hệ hạt nano organosilica xốp tuần hoàn chứa cầu nối tetrasulfide (E4S, RTC-E4S mang nhãn huỳnh quang, P4S chứa nhóm phenylene), hạt nano silica xốp vô cơ đối chứng (MSN), cùng hai hoạt chất Daunorubicin và Cordycepin. Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc tổng hợp hóa học, khảo sát quang lý - hóa lý tại phòng thí nghiệm, thử nghiệm trên các dòng tế bào nuôi cấy in vitro (2D và 3D spheroids) và mô hình in ovo trên màng niệu đệm phôi gà (CAM) tại Đại học Quốc gia TP.HCM và Viện iCeMS (Đại học Kyoto, Nhật Bản), trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu mã số NCM2019-50-01 (nghiệm thu năm 2022).

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã tổng thuật chi tiết các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về hệ dẫn truyền nano, vật liệu silica/organosilica xốp và các phương pháp quang học ứng dụng trong phân tích y sinh:

• Các hướng nghiên cứu về vật liệu organosilica phân hủy sinh học (BPMO):

  • Croissant và cộng sự: Đã tổng hợp các hạt BPMO dạng cầu và que bằng phương pháp đồng ngưng tụ giữa bis(3-triethoxysilylpropyl) disulfide và bis(triethoxysilyl)ethylene; ứng dụng TEM và CLSM để chứng minh sự phân hủy cấu trúc trong điều kiện sinh lý và khả năng nội bào hóa. Nhóm này cũng phát triển hạt BPMO gốc oxamide-phenylene có khả năng phân hủy nhờ enzyme trypsin.
  • Vu và cộng sự: Chế tạo hạt BPMO chứa liên kết tetrasulfide để mang nạp Doxorubicin (DOX) và đánh giá hiệu quả tiêu diệt khối u ung thư buồng trứng (OVCAR-8) trên mô hình màng niệu đệm phôi gà (CAM), đồng thời chứng minh hạt nano giúp giảm thiểu tổn thương các cơ quan nội tạng so với DOX dạng tự do.
  • Moghaddam và cộng sự: Tổng hợp hạt polysulfide silica có cấu trúc xốp đồng nhất với các cầu nối disulfide và tetrasulfide, làm rõ mối liên hệ giữa diện tích bề mặt riêng và tốc độ thoái hóa của vật liệu trong môi trường khử, cùng độc tính trên đại thực bào murine RAW264.7.
  • Chen và cộng sự: Phát triển tấm nano organosilica xốp rỗng gắn hạt nano đồng monosulfide và PEG (PCMON) đáp ứng ba tác nhân kích thích (pH, GSH và chiếu xạ laser) để ứng dụng trong hóa - nhiệt trị kết hợp.
  • Wu và cộng sự: Đưa liên kết disulfide vào khung viên nang nano organosilica xốp rỗng (HMONs), chứng minh qua TEM và DLS sự sụp đổ cấu trúc sau 3 đến 14 ngày trong dung dịch PBS chứa 10 mM GSH.

• Các nghiên cứu về phân phối hoạt chất Daunorubicin và Cordycepin:

  • Daunorubicin (DNR) là kháng sinh nhóm anthracycline hydro hóa có hiệu lực cao nhưng gây độc tính cơ tim và ức chế tủy xương. Các nghiên cứu của Ahmad và cộng sự (hạt PLGA-chitosan), Mohanta và cộng sự (hạt nano từ tính phủ PEG-400 nhạy pH) và các hệ hạt lõi-vỏ Fe3O4@SiO2 phủ polymer lưỡng cực PEI/MPC đã nỗ lực cải thiện sinh khả dụng và giảm độc tính của DNR trên dòng tế bào OVCAR-8.
  • Cordycepin (3'-deoxyadenosine) chiết xuất từ nấm Cordyceps có hoạt tính kháng u chọn lọc trên nhiều dòng tế bào (phổi, gan, dạ dày, tuyến tiền liệt), nhưng có thời gian bán hủy cực ngắn trong cơ thể do bị enzyme adenosine deaminase khử amin nhanh chóng thành chất không hoạt tính (3'-deoxy-hypoxanthinosine). Các nghiên cứu của Armwit và cộng sự (hạt gelatin nhóm A và B trên dòng A549), Marslin và cộng sự (hạt PLGA mang cordycepin) và Khuntawee và cộng sự (bao gói liposome trên dòng ung thư biểu mô ruột kết HT-29) đã chứng minh tiềm năng bảo vệ hoạt tính sinh học của cordycepin khi được nạp vào chất mang nano.

• Các kỹ thuật quang học trong nghiên cứu chất mang nano:

  • Luận án điểm lại các công trình sử dụng FT-IR để xác định nhóm chức vinyl hoặc phosphonate trong hạt nano (Huang et al., He et al., Nguyen-Thi et al., Gou et al.); sử dụng XPS để phân tích trạng thái oxy hóa và quá trình khử cầu nối disulfide thành nhóm thiol S-H (Mekaru et al., Beaux II et al., Karunakaran et al., Picchetti et al.); sử dụng DLS xác định đường kính thủy động (Gu et al., Sully et al., Zyuzin et al., Qian et al.); và áp dụng kính hiển vi điện tử (SEM, TEM) cùng kính hiển vi đồng tiêu quét laser (CLSM) để khảo sát trực tiếp hình thái, sự phân hủy và động học nội bào (Maggini et al., Lyles et al., Shakeran et al.).

Khoảng trống nghiên cứu được luận án giải quyết: Tại thời điểm thực hiện, các công bố tại Việt Nam về vật liệu silica xốp đa phần tập trung vào các hệ vô cơ thuần túy (như MCM-41) vốn không có khả năng tự phân hủy sinh học trong môi trường khử sinh lý. Luận án đã lấp đầy khoảng trống này khi tổng hợp hệ hạt organosilica xốp tuần hoàn chứa cầu nối hữu cơ tetrasulfide (-S4-) có kích thước kiểm soát dưới 100 nm, kết hợp sử dụng hệ thống các phương pháp quang học từ cấp độ phổ nghiệm (FT-IR, XPS) đến quang học cấu trúc (DLS, SEM, TEM) và hiển vi quang học huỳnh quang (CLSM) để đánh giá toàn diện khả năng mang - nhả thuốc, tương tác tế bào 3D và phân bố sinh học trên mô hình phôi gà CAM.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết

• Quá trình sol-gel tạo khung lai organosilica: Vật liệu organosilica xốp tuần hoàn (PMO) được hình thành qua phản ứng thủy phân và ngưng tụ của các tiền chất silsesquioxane có cầu nối hữu cơ $[(XO)_3Si]_n-R$ trong môi trường kiềm, dưới sự định hướng cấu trúc của chất hoạt động bề mặt cation hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB). Khi nồng độ CTAB vượt quá nồng độ micelle tới hạn (CMC), các micelle hình cầu và hình trụ được hình thành, tạo khuôn định hình cho mạng lưới siloxane $(Si-O-Si)$ và silsesquioxane phát triển.

• Cơ chế phân hủy sinh học nhạy khử (Redox-Responsive Biodegradation): Tế bào ung thư sở hữu nồng độ tác nhân khử glutathione (GSH) nội bào cao gấp 100-1000 lần so với tế bào bình thường, và vi môi trường khối u có nồng độ GSH cao hơn khoảng 500 lần so với máu tuần hoàn. Liên kết tetrasulfide $(-S-S-S-S-)$ tích hợp bên trong khung silsesquioxane của hạt E4S bị cắt đứt bởi GSH, chuyển hóa thành các nhóm thiol tự do $(-SH)$. Quá trình này dẫn đến sự sụp đổ cấu trúc mạng lưới xốp của hạt nano, kích hoạt sự giải phóng thuốc có kiểm soát tại khối u và giảm thiểu tồn dư vật liệu trong cơ thể.

• Mô hình sinh học đánh giá độc tính và tương tác tế bào: Luận án sử dụng sự kết hợp giữa mô hình nuôi cấy 2D cổ điển, mô hình khối u đa bào 3D (spheroid) và mô hình màng niệu đệm phôi gà (CAM).

Đặc tính so sánh	Mô hình 2D (Monolayer)	Mô hình 3D (Tumor Spheroid)
Tiếp xúc giữa tế bào với tế bào	Hạn chế, chủ yếu bám dính đáy đĩa	Chiếm ưu thế, liên kết đa chiều
Tiếp xúc với cơ chất ngoại bào (ECM)	Tiếp xúc một bề mặt phẳng nhân tạo	Tế bào tiếp xúc hoàn toàn với mạng lưới ECM
Gradient nồng độ	Đồng nhất, không xuất hiện gradient	Xuất hiện gradient nồng độ oxy, dinh dưỡng và thuốc
Mô phỏng vi môi trường khối u	Không tái hiện được vi môi trường thực	Mô phỏng sát cấu trúc mô khối u in vivo
Độ nhạy đối với thuốc kháng ung thư	Độ nhạy cao nhân tạo, thiếu tính kháng	Tái hiện tính kháng thuốc tương tự khối u thực tế

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và quang học

1. Tổng hợp vật liệu:

   • Hạt E4S: Tổng hợp từ phản ứng đồng thủy phân - ngưng tụ giữa tiền chất chứa nhóm ethane và tiền chất chứa cầu nối tetrasulfide với chất hoạt hoạt bề mặt CTAB.
   • Hạt RTC-E4S: Gắn nhãn huỳnh quang thông qua phản ứng đồng hóa trị với Rhodamine B isothiocyanate (RBITC).
   • Hạt P4S: Tổng hợp từ tiền chất chứa nhóm phenylene kết hợp tetrasulfide.
   • Hạt MSN: Tổng hợp hạt silica vô cơ đối chứng bằng tiền chất tetraethoxysilane (TEOS).
   • Biến tính bề mặt hạt tích điện dương bằng $N$-(2-aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane.

2. Phương pháp quang học và phân tích hóa lý:

   • FT-IR: Xác định các dao động liên kết đặc trưng ($Si-O-Si$, dao động khung hữu cơ).
   • XPS: Phân tích trạng thái liên kết và thành phần nguyên tố bề mặt ($C\ 1s, S\ 2p, Si\ 2p, O\ 1s$).
   • DLS: Đo đường kính thủy động học, độ đa phân tán (PDI) và theo dõi biến đổi kích thước trong môi trường khử.
   • SEM & TEM: Quan sát trực tiếp hình thái hạt, kích thước, cấu trúc lỗ xốp và sự biến dạng sụp đổ cấu trúc sau khi ủ trong PBS chứa GSH (10 mM) hoặc dịch thể mô phỏng (SBF).
   • Đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ Nitơ (BET/BJH) & TGA: Xác định diện tích bề mặt riêng, kích thước/thể tích lỗ xốp và phần trăm khối lượng hữu cơ phân hủy nhiệt.

3. Thử nghiệm nạp và giải phóng thuốc:

   • Định lượng Daunorubicin nạp qua đo quang phổ huỳnh quang.
   • Định lượng Cordycepin nạp và phân tích hồ sơ giải phóng in vitro (ở pH 5.5 và pH 7.4) bằng hệ thống HPLC với đầu dò quang phổ hấp thụ tử ngoại (UV detector).

4. Đánh giá trên các mô hình sinh học:

   • Mô hình 2D: Đánh giá tỷ lệ sống sót của tế bào 293T, A549, AGS sau 48 giờ xử lý bằng thử nghiệm CCK-8 và chụp ảnh biến đổi hình thái tế bào chết qua kính hiển vi tương phản pha.
   • Mô hình 3D Spheroid: Khảo sát mức độ thâm nhập của hạt RTC-E4S vào khối cầu tế bào ung thư buồng trứng OVCAR-8 (biểu hiện GFP) và đo đạc thể tích khối cầu theo thời gian (đến 7 ngày) sau điều trị bằng kính hiển vi đồng tiêu (CLSM).
   • Mô hình phôi gà (CAM): Tiêm tĩnh mạch hạt nano vào phôi trứng gà mang khối u OVCAR-8, đánh giá phân bố sinh học huỳnh quang tại khối u và các cơ quan (gan, lách, tim, phổi) sau 2-3 ngày bằng kính hiển vi huỳnh quang nổi và CLSM; cân trọng lượng khối u để đánh giá hiệu quả triệt tiêu khối u.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan tài liệu (Literature review)

Chương này hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về hóa trị ung thư và các rào cản lâm sàng; nguyên lý hình thành và ưu thế vượt trội của vật liệu lai hữu cơ - vô cơ BPMO (tỷ lệ hữu cơ cao 30-80%, tính tương thích máu cao, ít gây tan máu hơn MSN thuần); cơ chế phân hủy sinh học nhạy nồng độ glutathione nội bào. Đồng thời, chương trình bày chi tiết về hai hoạt chất điều trị ung thư (Daunorubicin và Cordycepin), các phương pháp quang phổ và hiển vi quang học then chốt (FT-IR, XPS, DLS, SEM, TEM, CLSM), cùng các mô hình đánh giá độc tính sinh học in vitro 2D, 3D spheroids và mô hình in ovo màng niệu đệm phôi gà (CAM).

Chương 2: Phương pháp thực nghiệm (Experimental methods)

Chương 2 mô tả toàn bộ quy trình thực nghiệm:

• Quy trình tổng hợp các hệ hạt nano E4S, RTC-E4S, P4S và hạt MSN vô cơ đối chứng;
• Quy trình phân tích hóa lý thông qua các kỹ thuật quang học;
• Quy trình thử nghiệm suy thoái sinh học trong dung dịch đệm phosphat (PBS) có bổ sung 10 mM GSH hoặc trong dịch thể mô phỏng sinh học (SBF);
• Quy trình nạp hoạt chất Daunorubicin và Cordycepin, khảo sát ảnh hưởng của nồng độ hoạt chất ban đầu và dung môi nạp;
• Quy trình đánh giá độc tính tế bào trên mô hình 2D (tế bào 293T, A549, AGS) bằng chỉ thị CCK-8;
• Quy trình nuôi cấy khối u 3D dạng cầu (OVCAR-8) và đánh giá sự hấp thu hạt nano qua kính hiển vi CLSM;
• Quy trình thiết lập mô hình khối u OVCAR-8 trên màng niệu đệm phôi gà (CAM), kỹ thuật tiêm tĩnh mạch vi mô, quy trình thu thập khối u/nội tạng (gan, lách, tim, phổi) và đánh giá phân bố sinh học huỳnh quang.

Chương 3: Tổng hợp và khảo sát đặc trưng hạt nano organosilica xốp tuần hoàn phân hủy sinh học chứa liên kết tetrasulfide bằng các phương pháp quang học (Synthesis of tetrasulfide-based biodegradable periodic mesoporous organosilica nanoparticles and their characterization using optical methods)

Chương 3 tập trung trình bày các kết quả chế tạo và khảo sát tính chất của hạt E4S:

• Phổ FT-IR xác nhận sự hiện diện của các liên kết khung hữu cơ và mạng lưới siloxane.
• Phổ XPS mức năng lượng cao của các vạch $C\ 1s, S\ 2p, Si\ 2p$ và $O\ 1s$ khẳng định sự tồn tại bền vững của các liên kết tetrasulfide $(-S4-)$ trong cấu trúc khung.
• Ảnh SEM và TEM chứng minh các hạt E4S có dạng hình cầu đồng đều, cấu trúc xốp trật tự; phân tích bản đồ nguyên tố (elemental mapping) chỉ rõ sự phân bố đồng nhất của silic (Si) và lưu huỳnh (S).
• Thử nghiệm phân hủy sinh học in vitro cho thấy sau 3 ngày ủ trong môi trường PBS chứa 10 mM GSH hoặc SBF, hạt E4S bắt đầu suy thoái cấu trúc và mất dần tính trật tự của lỗ xốp (quan sát qua TEM và DLS), trong khi hạt MSN vô cơ đối chứng không có sự biến đổi đáng kể.
• Trên mô hình 3D spheroids (OVCAR-8 gắn GFP), ảnh hiển vi đồng tiêu CLSM sau 18 giờ ủ cho thấy hạt RTC-E4S gắn Rhodamine B thâm nhập sâu vào khối u; phức hợp E4S nạp Daunorubicin (DNR-BPMO) ức chế và làm giảm thể tích khối u 3D rõ rệt sau 7 ngày điều trị so với nhóm chứng và nhóm chỉ dùng E4S trống.
• Trên mô hình phôi gà CAM, hạt E4S gắn huỳnh quang tích tụ ưu tiên tại khối u OVCAR-8 mà không phát hiện tín hiệu huỳnh quang tại gan, lách, tim sau 2 ngày tiêm. Hạt DNR-BPMO loại bỏ khối u hiệu quả sau 3 ngày tiêm và hạn chế tối đa tổn thương mô phổi so với Daunorubicin tự do.

Nhóm mẫu điều trị (Mô hình CAM)	Trọng lượng khối u trung bình sau 3 ngày tiêm (g)	Mức độ tổn thương mô lành (Phổi)
Đối chứng (Không tiêm - Control)	Duy trì kích thước khối u ban đầu	Không tổn thương
DNR tự do (Free DNR)	Giảm trọng lượng khối u	Xuất hiện tổn thương diện rộng trên phổi
Hạt nano mang thuốc (DNR-BPMO)	Triệt tiêu khối u đáng kể	Không ghi nhận tổn thương mô phổi

Chương 4: Điều khiển kích thước hạt và đánh giá độc tính tế bào in vitro của hạt nano organosilica xốp tuần hoàn chứa liên kết tetrasulfide (Tailoring particle size and in vitro cytotoxicity evaluation of tetrasulfide-based periodic mesoporous organosilica nanoparticles)

Chương 4 mở rộng nghiên cứu sang việc tối ưu hóa các thông số tổng hợp để kiểm soát kích thước hạt E4S xuống dưới 100 nm (kết quả so sánh với mẫu E4S-150, P4S và MSN):

• Phân tích DLS, SEM và TEM cho thấy việc thay đổi nồng độ chất phản ứng và điều kiện khuấy cho phép thu được các phân bố kích thước hạt khác nhau mà vẫn duy trì diện tích bề mặt riêng và thể tích lỗ xốp lớn.
• Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) và đẳng nhiệt hấp phụ Nitơ xác nhận độ xốp cao, cấu trúc mesoporous và tỷ lệ thành phần hữu cơ trong các mẫu kích thước khác nhau.
• Thử nghiệm suy thoái qua TEM khẳng định hạt E4S kích thước nhỏ và hạt P4S đều có khả năng phân hủy trong môi trường GSH 10 mM.
• Khảo sát dung lượng nạp Cordycepin (Cor) cho thấy dung môi nạp và nồng độ dung dịch hạt ban đầu có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất nạp; phức hợp nạp Cor@E4S đạt dung lượng mang tải cao.
• Đường cong giải phóng in vitro bằng HPLC-UV chứng minh Cordycepin được giải phóng chọn lọc và nhanh hơn ở môi trường pH acid yếu (pH 5.5 - tương ứng môi trường nội bào khối u/lysosome) so với môi trường sinh lý (pH 7.4).
• Thử nghiệm độc tính in vitro trên mô hình tế bào 2D: Hạt E4S trống biểu hiện tính tương thích sinh học cao, không gây độc đáng kể trên tế bào thận phôi người 293T. Phức hợp Cor@E4S thể hiện độc tính tế bào phụ thuộc nồng độ (0 - 80 $\mu$g/mL) trên hai dòng tế bào ung thư dạ dày (AGS) và ung thư phổi (A549). Ảnh hiển vi tương phản pha ghi nhận rõ rệt các tế bào ung thư bị chết, biến đổi hình thái và co cụm khi xử lý với Cor@E4S ở nồng độ 80 $\mu$g/mL trong 48 giờ.

Chương 5: Kết luận và hướng nghiên cứu tương lai (Conclusions and future perspectives)

Chương 5 tóm tắt các kết luận chính của luận án, khẳng định việc tổng hợp thành công hạt BPMO chứa liên kết tetrasulfide có kích thước dưới 100 nm, làm sáng tỏ cơ chế phân hủy nhạy khử bằng quang phổ và hiển vi quang học, chứng minh hiệu quả dẫn truyền hai loại hoạt chất Daunorubicin và Cordycepin trên các mô hình sinh học 2D, 3D và CAM phôi gà.

---

Kết quả và những đóng góp mới

1. Đóng góp mới về mặt khoa học và phương pháp:

   • Luận án là công trình nghiên cứu hệ thống đầu tiên tại Việt Nam về tổng hợp và điều khiển kích thước hạt nano organosilica xốp tuần hoàn phân hủy sinh học (BPMO) chứa cầu nối tetrasulfide (E4S).
   • Thiết lập quy trình tinh chỉnh thông số phản ứng sol-gel để thu hẹp đường kính hạt nano E4S xuống dưới 100 nm, khắc phục nhược điểm kích thước hạt lớn (>200 nm) của các công bố quốc tế trước đó.
   • Ứng dụng thành công chuỗi kỹ thuật quang học đa cấp độ (FT-IR, XPS, DLS, SEM, TEM, huỳnh quang, HPLC-UV, CLSM) để làm sáng tỏ cơ chế cắt đứt liên kết tetrasulfide bởi glutathione (GSH), sự sụp đổ cấu trúc xốp và động học nhả thuốc nhạy pH/khử.

2. Đóng góp mới về mặt thực tiễn ứng dụng:

   • Nạp thành công hoạt chất thiên nhiên kém bền Cordycepin vào hạt nano E4S, giúp bảo vệ hoạt chất và tạo cơ chế giải phóng kiểm soát phụ thuộc pH, mở ra hướng ứng dụng mới cho các hợp chất tự nhiên trong điều trị ung thư phổi (A549) và dạ dày (AGS).
   • Chứng minh phức hợp DNR-BPMO có khả năng thâm nhập sâu vào mô hình khối u 3D spheroid (OVCAR-8) và triệt tiêu khối u trên mô hình phôi gà (CAM) mà không gây độc tính phân tán lên các cơ quan nội tạng chính (gan, lách, tim, phổi) như Daunorubicin tự do.

3. Kiến nghị và đề xuất:

   • Đề xuất ứng dụng mô hình màng niệu đệm phôi gà (CAM) kết hợp hiển vi đồng tiêu huỳnh quang như một phương pháp sàng lọc tiền lâm sàng trung gian hiệu quả, chi phí thấp trước khi tiến hành trên động vật bậc cao.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế:

  • Các thử nghiệm sinh học của luận án chủ yếu dừng lại ở mức độ in vitro (tế bào 2D, 3D spheroids) và mô hình in ovo màng niệu đệm phôi gà (CAM), chưa được mở rộng đánh giá đầy đủ trên các mô hình động vật có vú (in vivo murine/chuột) về dược động học, thời gian lưu thông máu và thải trừ hoàn toàn qua thận.
  • Số lượng hoạt chất kháng ung thư được thử nghiệm nạp và đánh giá giải phóng tập trung vào hai đại diện là Daunorubicin và Cordycepin.

• Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Tiếp tục thực hiện các thử nghiệm in vivo tiền lâm sàng trên mô hình động vật có vú nhằm khảo sát chi tiết dược động học và độ an toàn dài hạn của hạt E4S.
  • Nghiên cứu gắn các phân tử định vị mục tiêu (targeting ligands) lên bề mặt hạt nano E4S biến tính chức năng để tăng cường tính hướng đích chủ động đối với từng loại tế bào ung thư đặc hiệu.
  • Mở rộng tích hợp các liệu pháp phối hợp như quang nhiệt (photothermal therapy) hoặc liệu pháp quang động (photodynamic therapy) kết hợp hóa trị dựa trên nền tảng hạt BPMO.

---

Giá trị tham khảo

• Đối tượng thụ hưởng:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên thuộc các chuyên ngành Vật lý (Quang học, Vật lý y sinh), Hóa học vật liệu, Khoa học vật liệu nano, Công nghệ sinh học và Dược học.
  • Các nhóm nghiên cứu trong lĩnh vực phát triển hệ mang dẫn thuốc nano (nanomedicine) và công nghệ vật liệu y sinh học.

• Nội dung tham khảo giá trị:

  • Quy trình thực nghiệm tổng hợp và tinh chỉnh kích thước hạt nano organosilica xốp tuần hoàn chứa liên kết tetrasulfide dưới 100 nm (Chương 2 và Chương 4).
  • Phương pháp luận phối hợp các kỹ thuật quang phổ (FT-IR, XPS) và hiển vi quang học hiện đại (CLSM) trong khảo sát phân bố sinh học 3D và in ovo (Chương 3).
  • Dữ liệu thực nghiệm về dung lượng nạp, hồ sơ nhả thuốc và độc tính tế bào của Cordycepin và Daunorubicin (Chương 3 và Chương 4).

---

Câu hỏi thường gặp

1. Cầu nối tetrasulfide trong khung hạt nano E4S đóng vai trò gì trong cơ chế phân hủy sinh học và giải phóng thuốc?

Cầu nối tetrasulfide $(-S-S-S-S-)$ đóng vai trò là liên kết nhạy khử (redox-responsive linker) tích hợp trực tiếp trong khung silsesquioxane. Khi hạt nano đi vào vi môi trường khối u hoặc nội bào tế bào ung thư - nơi có nồng độ glutathione (GSH) cao gấp hàng trăm lần so với máu và mô bình thường - liên kết tetrasulfide bị GSH khử chọn lọc thành các nhóm thiol tự do $(-SH)$. Quá trình này phá vỡ cấu trúc khung xốp của hạt nano, dẫn đến sự sụp đổ hình thái vật liệu và giải phóng nhanh chóng dược chất được bao gói bên trong.

2. Các kỹ thuật quang học nào đã được sử dụng để phân tích cấu trúc hóa học và liên kết của hạt nano E4S?

Luận án đã sử dụng quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) để xác định các nhóm dao động chức năng đặc trưng của khung siloxane và các nhóm hữu cơ. Đồng thời, quang phổ quang điện tử tia X (XPS) với các phổ vạch $C\ 1s, S\ 2p, Si\ 2p, O\ 1s$ được sử dụng để phân tích trạng thái liên kết hóa học, xác nhận sự hiện diện của cầu nối tetrasulfide và quá trình chuyển hóa liên kết lưu huỳnh trong quá trình phân hủy.

3. Việc kiểm soát kích thước hạt nano E4S xuống dưới 100 nm mang lại ưu thế gì?

Các hạt nano có kích thước lớn (>200 nm) thường dễ bị đại thực bào bắt giữ và đào thải sớm khỏi hệ tuần hoàn, đồng thời gặp khó khăn khi khuếch tán sâu vào tổ chức mô khối u dày đặc. Việc điều khiển kích thước hạt E4S xuống dưới 100 nm giúp hạt lưu thông kéo dài trong máu, tối ưu hóa hiệu ứng tăng cường tính thấm và lưu giữ (EPR), dễ dàng thâm nhập qua các khe hở nội mô mạch máu khối u và tăng cường hiệu quả nội bào hóa.

4. Mô hình 3D tumor spheroid và mô hình phôi gà (CAM) có ưu điểm gì so với nuôi cấy tế bào 2D truyền thống?

Mô hình 2D dạng đơn lớp không tái hiện được sự tiếp xúc đa chiều giữa tế bào với tế bào, tương tác với cơ chất ngoại bào (ECM) và thiếu gradient nồng độ oxy/chất dinh dưỡng/dược chất, dẫn đến kết quả đáp ứng thuốc thường sai lệch so với thực tế lâm sàng. Mô hình 3D spheroid tái tạo cấu trúc khối u thực tế và tính kháng thuốc tự nhiên. Trong khi đó, mô hình phôi gà (CAM) cung cấp mạng lưới mạch máu phong phú, hệ miễn dịch chưa hoàn thiện cho phép ghép dị chủng khối u OVCAR-8, hỗ trợ theo dõi trực tiếp phân bố sinh học và hiệu quả triệt tiêu u qua kính hiển vi huỳnh quang mà không vướng các rào cản đạo đức phức tạp như mô hình động vật có vú.

5. Hoạt chất Cordycepin được nạp và giải phóng qua hạt E4S như thế nào?

Cordycepin được nạp thành công vào hệ lỗ xốp của hạt E4S với dung lượng nạp cao phụ thuộc vào nồng độ hoạt chất ban đầu và loại dung môi nạp. Thử nghiệm in vitro bằng kỹ thuật HPLC-UV cho thấy phức hợp Cor@E4S có khả năng giải phóng cordycepin nhanh và nhiều hơn ở môi trường acid nhẹ (pH 5.5 - tương đương môi trường nội bào khối u/lysosome) so với pH sinh lý 7.4, đồng thời gây độc tế bào rõ rệt trên các dòng ung thư phổi A549 và ung thư dạ dày AGS.

---

Kết luận

Luận án của tác giả Mai Ngọc Xuân Đạt đã nghiên cứu và phát triển thành công hệ hạt nano organosilica xốp tuần hoàn phân hủy sinh học chứa cầu nối tetrasulfide (E4S) với kích thước được kiểm soát dưới 100 nm. Bằng việc kết hợp chặt chẽ các phương pháp quang phổ (FT-IR, XPS), quang học tán xạ (DLS) và hiển vi quang học huỳnh quang (CLSM), công trình đã chứng minh rõ cơ chế phân hủy nhạy khử GSH, khả năng mang nạp - giải phóng có kiểm soát hai loại hoạt chất Daunorubicin và Cordycepin, cùng hiệu quả ức chế khối u trên mô hình 3D spheroid và mô hình phôi gà CAM. Kết quả đạt được cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm quan trọng cho định hướng ứng dụng vật liệu nano BPMO trong y sinh và quang học y sinh tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY HCMC UNIVERSITY OF SCIENCE MAI NGOC XUAN DAT SYNTHESIS OF BIODEGRADABLE POROUS SILICA NANOPARTICLES AND THE USE OF OPTICAL TECHNIQUES FOR CHARACTERIZING THE MATERIALS PROPERTIES AND ITS DRUG DELIVERY CAPABILITY PhD THESIS OF PHYSICS HOCHIMINH CITY - 2022 VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY HCMC UNIVERSITY OF SCIENCE MAI NGOC XUAN DAT SYNTHESIS OF BIODEGRADABLE POROUS SILICA NANOPARTICLES AND THE USE OF OPTICAL TECHNIQUES FOR CHARACTERIZING THE MATERIALS PROPERTIES AND ITS DRUG DELIVERY CAPABILITY Speciality: Optics Code: 62440109 Reviewer 1: Assoc. Huynh Dai Phu Reviewer 2: Assoc. Nguyen Dai Hai Reviewer 3: Assoc. Nguyen Manh Tuan Independent reviewer 1: Assoc.

Tran Ngoc Quyen Independent reviewer 2: Assoc. Huynh Dai Phu Supervisor: Prof. Phan Bach Thang HOCHIMINH CITY - 2022 ACKNOWLEDGEMENTS First of all, I would like to thank Faculty of Physics and Engineering Physics, University of Science, VNU-HCM, for support of my PhD course. I would like to thank my supervisor, Professor Phan Bach Thang, for his support of my doctoral program with his supervision and guidance during the whole period.

He always supports the best conditions for me to finish this thesis and improve my research. I would like to especially thank my group leader, Dr. Doan Le Hoang Tan. He helped me build up strong foundations and develop ideas when I started this new field.

In addition, he always was willing to give me profound comments, insightful discussions, and encouragement to complete all projects. I greatly appreciate all your help. Also, I want to thank Professor Tamanoi, Dr. Kotaro Matsumoto, and all members of his group in iCeMS, Kyoto University.

It was my great honor to have a chance to attend his group. I would like to thank Dr. Uyen-Chi Nguyen Le, Dr. Lien-Thuong Thi Nguyen, Dr.

Long Binh Vong, Dr. Thi-Hiep Nguyen, Dr. Tri Minh Le, Mr. Ha Van Nguyen for their collaboration in my research.

I also thank Dr. Kim Ngoc Pham, Ms. Hanh Kieu Thi Ta, and Dr. Tran Thi Nhu Hoa for their encouragement and support whenever I feel depressed.

I also thank all members of INOMAR for their friendship and help during my research. Special thanks to Nhoi Nhoi group, Thieu, Tay Ninh for their kind inspiration to help me relieve stress. Finally, I would like to thank my family and my parents for their encouragement in my life. I greatly acknowledge my parents for giving me invaluable things and always believing in me.

This dissertation was supported by VietNam National University Ho Chi Minh City (NCM2019-50-01). TABLE OF CONTENTS LIST OF 0902. vi LIST OF FIGURES 115. Nanoparticle-based drug delivery in cancer treafmenf.

Application of biodegradable periodic mesoporous organosilicas as nanocarriers and optical methods in anticancer drug delivery. Biodegradable periodic mesoporous organosilica nanoparticles as 40091900 58i1/101966 51T. Effective anticancer drugs in cancer freatmehI. Efficient optical methods in the study of nanocarriers in drug delivery.

Fourier transform infrared spectrOSCOpy. X-ray photoelectron spectrOSCOpy. Dynamic light MicrOSCOPY. Confocal laser scanning MICTOSCOPE.

Biological models for evaluation of the cytotoxicity of nanoparticles. Spheroids - Jn vitro three-dimensional (3D) cell model. Tumor-bearing chicken embryo model. - G0 ng nh HH Hàng 34 ii PIN.

Synthesis of biodegradable periodic mesoporous organosilica nanoparticles 35 2. Synthesis of ethane-containing tetrasulfide-based biodegradable periodic mesoporous organosilica nanoparticles (E4S). Synthesis of fluorescent ethane-containing tetrasulfide-based biodegradable periodic mesoporous organosilica nanoparticles (RTC-E4S). Synthesis of phenylene-containing tetrasulfide-based biodegradable periodic mesoporous organosilica nanoparticles (P4S).

Synthesis of inorganic mesoporous silica nanopartIcÌe. Physicochemical characterization by optical techniques. Degradation and drug loading behavior experiments.scscscssssssseseees 42 J SP ái o9on. Anticancer drug ÏOaHIng.

In Vitro TÏ©fAS€. SH HT HH TH HT HT HT HH HH 45 2. Cytotoxicity of materials in biological models. Cell viability analysis.

Uptake of nanoparticles by 3D tumor spheroid. Evaluation of 3D tumor spheroid ØørOW(H. Ovarian cancer tumor formation on chorioallantoic membrane. Investigation of nanoparticles biodistribution on chicken egg model.

Evaluation of tumor elimination effect of DNR-loaded nanoparticles. SYNTHESIS OF TETRASULFIDE-BASED BIODEGRADABLE PERIODIC MESOPOROUS ORGANOSILICA NANOPARTICLES AND THEIR CHARACTERIZATION USING OPTICAL METHODS.1 Synthesis, physicochemical characterization of tetrasulfide-based biodegradable periodic mesoporous organosilica nanoparticles by optical 3. Evaluation of biodegradability of synthesized tetrasulfide-based BPMO .