Nghiên cứu về Nanomaterials trong Điều trị Ung thư

Tài liệu nghiên cứu Structure adjustable synthesis of hollowmesoporous silica nanoparticles and its surface, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về .

• Tác giả: Nguyen Thi Ngoc Hoi
• Người hướng dẫn: Assoc. Nguyen Dai Hai
• Trường học: Vietnam Academy of Science and Technology
• Chuyên ngành: Biomaterials & Bioengineering
• Đề tài: Nghiên cứu về Nanomaterials trong Điều trị Ung thư: Từ Synthesis đến Ứng dụng
• Loại tài liệu: thesis
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Ho Chi Minh

Mục lục chi tiết

• DECLARATION
• ACKNOWLEDGEMENTS
• TABLE OF CONTENTS
• LIST OF ABBREVIATIONS
• LIST OF FIGURES
• LIST OF DIAGRAMS
• LIST OF TABLES
• 1. INTRODUCTION
• 2. CHAPTER 1: OVERVIEW OF CANCER AND CANCER TREATMENT
• 1.1. Overview of cancer
• 3. CHAPTER 2: MATERIALS AND EXPERIMENTAL METHODS
• 4. CHAPTER 3: A MODIFIED HARD-TEMPLATE METHOD FOR HOLLOW MESOPOROUS SILICA NANOPARTICLES SYNTHESIS WITH SUITABLE PARTICLE SIZE AND SHORTENED SYNTHETIC TIME
• 5. CHAPTER 4: SIMPLY AND EFFECTIVELY CONTROL THE SHELL THICKNESS OF HOLLOW MESOPOROUS SILICA NANOPARTICLES BY POLYETHYLENE GLYCOL FOR DRUG DELIVERY APPLICATIONS
• 6. CHAPTER 5: NON-IONIC SURFACTANTS AS CO-TEMPLATES TO CONTROL THE MESOPORE DIAMETER OF HOLLOW MESOPOROUS SILICA NANOPARTICLES FOR DRUG DELIVERY APPLICATIONS
• 7. CHAPTER 6: SURFACE MODIFICATION OF HOLLOW MESOPOROUS SILICA NANOPARTICLES WITH PLURONICS FOR DUAL DRUG DELIVERY
• 8. CONCLUSIONS AND FUTURE PERSPECTIVES
• LIST OF PUBLICATIONS

Tóm tắt

I. Nanomaterials Tổng Quan Ứng Dụng Điều Trị Ung Thư Hiện Nay

Ung thư là nguyên nhân hàng đầu gây tử vong trên toàn cầu. Theo thống kê của Globocan năm 2020, có khoảng 19.3 triệu ca mắc mới và gần 10 triệu ca tử vong do ung thư. Ung thư vú ở phụ nữ đã vượt qua ung thư phổi để trở thành loại ung thư phổ biến nhất. Dự báo đến năm 2040, số ca ung thư sẽ tăng 47% so với năm 2020, đặc biệt ở các nước đang phát triển. Do đó, việc phát triển các phương pháp điều trị ung thư hiệu quả là vô cùng cấp thiết. Nanomaterials nổi lên như một giải pháp đầy hứa hẹn trong điều trị ung thư, mang lại nhiều ưu điểm so với các phương pháp truyền thống. Nghiên cứu này tập trung vào tiềm năng của nanomedicine trong việc cải thiện hiệu quả điều trị và giảm tác dụng phụ cho bệnh nhân ung thư.

1.1. Thống Kê Dịch Tễ Học Ung Thư Toàn Cầu Năm 2020

Theo Global Cancer Registry (Globocan) năm 2020, ước tính có 19.3 triệu ca ung thư mới và gần 10 triệu ca tử vong do ung thư. Ung thư vú ở phụ nữ đã vượt qua ung thư phổi để trở thành loại ung thư được chẩn đoán phổ biến nhất, với ước tính 2.3 triệu ca mới, chiếm 11.7%. Ung thư phổi vẫn là nguyên nhân hàng đầu gây tử vong do ung thư, với ước tính 1.8 triệu ca tử vong, chiếm 18%, tiếp theo là ung thư đại trực tràng (9.4%), ung thư gan (8.7%) và ung thư vú ở phụ nữ (6.9%). Những con số này nhấn mạnh sự cấp thiết của việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp điều trị ung thư hiệu quả hơn.

1.2. Vai Trò Tiềm Năng Của Nanomaterials Trong Y Học

Nanomaterials đang thu hút sự chú ý lớn trong lĩnh vực y học, đặc biệt là trong điều trị ung thư. Với kích thước siêu nhỏ, vật liệu nano có khả năng xâm nhập vào các tế bào ung thư một cách chọn lọc, tăng cường hiệu quả điều trị và giảm thiểu tác dụng phụ cho các tế bào khỏe mạnh. Các nghiên cứu về công nghệ nano đang mở ra những hướng đi mới trong việc phát triển các dược phẩm nano và nano delivery systems tiên tiến.

II. Thách Thức Điều Trị Ung Thư Tác Dụng Phụ Độc Tính

Các phương pháp điều trị ung thư truyền thống như hóa trị liệu và xạ trị thường gây ra nhiều tác dụng phụ nghiêm trọng do tác động lên cả tế bào ung thư và tế bào khỏe mạnh. Độc tính của nanomaterials cũng là một vấn đề cần được quan tâm, đặc biệt là khi chúng được sử dụng trong nanomedicine. Việc cải thiện sinh khả dụng của thuốc và đảm bảo tính tương thích sinh học của vật liệu nano là rất quan trọng để giảm thiểu tác dụng phụ và tăng cường hiệu quả điều trị. Nghiên cứu này tập trung vào việc giải quyết những thách thức này thông qua việc phát triển các nano delivery systems an toàn và hiệu quả.

2.1. Tác Dụng Phụ Của Hóa Trị Liệu Và Xạ Trị Truyền Thống

Hóa trị liệu và xạ trị là những phương pháp điều trị ung thư phổ biến, nhưng chúng thường đi kèm với nhiều tác dụng phụ nghiêm trọng. Các tác dụng phụ này bao gồm rụng tóc, buồn nôn, mệt mỏi, suy giảm hệ miễn dịch và tổn thương các cơ quan nội tạng. Nguyên nhân là do các phương pháp này không chỉ tiêu diệt tế bào ung thư mà còn ảnh hưởng đến các tế bào khỏe mạnh trong cơ thể. Điều này làm giảm chất lượng cuộc sống của bệnh nhân và có thể dẫn đến các biến chứng nguy hiểm.

2.2. Đánh Giá Độc Tính Của Nanomaterials Trong Điều Trị Ung Thư

Mặc dù nanomaterials có nhiều tiềm năng trong điều trị ung thư, nhưng độc tính của nanomaterials cũng là một vấn đề cần được quan tâm. Các vật liệu nano có thể gây ra các phản ứng độc hại trong cơ thể, ảnh hưởng đến chức năng của các cơ quan và hệ thống. Do đó, việc đánh giá và kiểm soát độc tính của nanomaterials là rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho bệnh nhân. Các nghiên cứu về tương tác nano-sinh học đang được tiến hành để hiểu rõ hơn về cơ chế tác động của vật liệu nano lên cơ thể.

2.3. Cải Thiện Sinh Khả Dụng Và Tính Tương Thích Sinh Học

Để giảm thiểu tác dụng phụ và tăng cường hiệu quả điều trị, việc cải thiện sinh khả dụng của thuốc và đảm bảo tính tương thích sinh học của vật liệu nano là rất quan trọng. Sinh khả dụng đề cập đến lượng thuốc thực tế đến được vị trí tác động trong cơ thể. Tính tương thích sinh học đề cập đến khả năng của vật liệu nano tương tác một cách an toàn với các tế bào và mô trong cơ thể mà không gây ra các phản ứng bất lợi. Các nhà khoa học đang nghiên cứu các phương pháp để tăng cường sinh khả dụng và tính tương thích sinh học của vật liệu nano, chẳng hạn như bằng cách sử dụng các lớp phủ bảo vệ hoặc các phân tử nhắm mục tiêu.

III. Tổng Hợp Nanomaterials Phương Pháp Yếu Tố Ảnh Hưởng

Việc tổng hợp nanomaterials đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các vật liệu nano có kích thước, hình dạng và tính chất mong muốn cho ứng dụng nanomaterials trong y học. Có nhiều phương pháp tổng hợp nanomaterials khác nhau, mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng. Các yếu tố như nhiệt độ, áp suất, pH và nồng độ chất phản ứng có thể ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp nanomaterials. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa các phương pháp tổng hợp nanomaterials để tạo ra các vật liệu nano có chất lượng cao và phù hợp cho điều trị ung thư.

3.1. Các Phương Pháp Tổng Hợp Nanomaterials Phổ Biến

Có nhiều phương pháp tổng hợp nanomaterials khác nhau, bao gồm phương pháp hóa học, phương pháp vật lý và phương pháp sinh học. Phương pháp hóa học thường sử dụng các phản ứng hóa học để tạo ra vật liệu nano. Phương pháp vật lý sử dụng các quá trình vật lý như bay hơi, ngưng tụ và nghiền để tạo ra vật liệu nano. Phương pháp sinh học sử dụng các vi sinh vật hoặc enzyme để tổng hợp nanomaterials. Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng, tùy thuộc vào loại vật liệu nano cần tạo ra và các yêu cầu về kích thước, hình dạng và tính chất.

3.2. Ảnh Hưởng Của Các Yếu Tố Đến Quá Trình Tổng Hợp

Các yếu tố như nhiệt độ, áp suất, pH và nồng độ chất phản ứng có thể ảnh hưởng đáng kể đến quá trình tổng hợp nanomaterials. Nhiệt độ và áp suất có thể ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng và kích thước của vật liệu nano. pH có thể ảnh hưởng đến sự ổn định của vật liệu nano và khả năng kết tụ của chúng. Nồng độ chất phản ứng có thể ảnh hưởng đến kích thước và hình dạng của vật liệu nano. Việc kiểm soát chặt chẽ các yếu tố này là rất quan trọng để tạo ra các vật liệu nano có chất lượng cao và đồng nhất.

IV. Ứng Dụng Nanomaterials Trong Điều Trị Ung Thư Nghiên Cứu Mới

Ứng dụng nanomaterials trong y học, đặc biệt là trong điều trị ung thư, đang ngày càng được mở rộng. Các nano delivery systems có thể được sử dụng để vận chuyển thuốc đến các tế bào ung thư một cách chọn lọc, tăng cường hiệu quả điều trị và giảm thiểu tác dụng phụ. Nano sensors có thể được sử dụng để chẩn đoán ung thư ở giai đoạn sớm và theo dõi hiệu quả điều trị. Hình ảnh ung thư sử dụng vật liệu nano cũng đang được phát triển để cải thiện độ chính xác và độ nhạy của các phương pháp chẩn đoán. Nghiên cứu này tập trung vào việc khám phá các tiềm năng ứng dụng mới của nanomedicine trong điều trị ung thư.

4.1. Nano Delivery Systems Vận Chuyển Thuốc Nhắm Mục Tiêu

Nano delivery systems là một trong những ứng dụng nanomaterials trong y học đầy hứa hẹn nhất. Các hệ thống này có thể được thiết kế để vận chuyển thuốc đến các tế bào ung thư một cách chọn lọc, bỏ qua các tế bào khỏe mạnh. Điều này giúp tăng cường hiệu quả điều trị và giảm thiểu tác dụng phụ. Các nano delivery systems có thể được chế tạo từ nhiều loại vật liệu nano khác nhau, bao gồm liposomes, nanoparticles vàng và quantum dots.

4.2. Nano Sensors Chẩn Đoán Ung Thư Sớm Và Chính Xác

Nano sensors là các thiết bị siêu nhỏ có khả năng phát hiện các dấu hiệu sinh học của ung thư ở giai đoạn sớm. Các nano sensors có thể được sử dụng để phát hiện các phân tử ung thư trong máu, nước tiểu hoặc các mẫu mô. Điều này giúp chẩn đoán ung thư ở giai đoạn sớm, khi khả năng điều trị thành công cao hơn. Nano sensors cũng có thể được sử dụng để theo dõi hiệu quả điều trị và phát hiện sự tái phát của ung thư.

4.3. Hình Ảnh Ung Thư Cải Thiện Độ Chính Xác Chẩn Đoán

Hình ảnh ung thư sử dụng vật liệu nano đang được phát triển để cải thiện độ chính xác và độ nhạy của các phương pháp chẩn đoán. Các vật liệu nano có thể được sử dụng để tăng cường độ tương phản của hình ảnh, giúp các bác sĩ dễ dàng phát hiện các khối u nhỏ hoặc các tế bào ung thư. Hình ảnh ung thư sử dụng vật liệu nano có thể được sử dụng để chẩn đoán nhiều loại ung thư khác nhau, bao gồm ung thư vú, ung thư phổi và ung thư gan.

V. Nghiên Cứu HMSN Tổng Hợp Điều Chỉnh Cấu Trúc Ứng Dụng

Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp các hạt nano silica rỗng có cấu trúc mesoporous (HMSN) với kích thước khoảng 100 nm. Mục tiêu là điều chỉnh độ dày của lớp vỏ mesoporous và đường kính lỗ xốp để phù hợp với việc vận chuyển và giải phóng các tác nhân trị liệu có kích thước khác nhau. Ngoài ra, nghiên cứu cũng tập trung vào việc biến đổi bề mặt của HMSN bằng các pluronic và các tác nhân nhắm mục tiêu để tăng cường khả năng tải thuốc, khả năng lưu trữ thuốc được đóng gói, khả năng kiểm soát giải phóng thuốc và khả năng nhắm mục tiêu. Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần hoàn thiện hệ thống vận chuyển thuốc dựa trên HMSN.

5.1. Tổng Hợp HMSN Với Kích Thước Và Cấu Trúc Kiểm Soát

Nghiên cứu tập trung vào việc tổng hợp các hạt nano silica rỗng có cấu trúc mesoporous (HMSN) với kích thước khoảng 100 nm. Quá trình tổng hợp được tối ưu hóa để kiểm soát kích thước, hình dạng và cấu trúc của HMSN. Các phương pháp khác nhau được sử dụng để điều chỉnh độ dày của lớp vỏ mesoporous và đường kính lỗ xốp, cho phép tùy chỉnh HMSN để phù hợp với các ứng dụng khác nhau.

5.2. Biến Đổi Bề Mặt HMSN Để Tăng Cường Khả Năng Tải Thuốc

Bề mặt của HMSN được biến đổi bằng các pluronic và các tác nhân nhắm mục tiêu để tăng cường khả năng tải thuốc, khả năng lưu trữ thuốc được đóng gói, khả năng kiểm soát giải phóng thuốc và khả năng nhắm mục tiêu. Các pluronic là các polyme có tính chất lưỡng tính, có thể giúp tăng cường tính tương thích sinh học của HMSN và giảm thiểu tác dụng phụ. Các tác nhân nhắm mục tiêu có thể giúp HMSN nhắm mục tiêu đến các tế bào ung thư một cách chọn lọc.

VI. Tương Lai Nanomedicine Cá Nhân Hóa Điều Trị Ung Thư

Tương lai của nanomedicine hứa hẹn sẽ mang lại những đột phá trong điều trị ung thư, đặc biệt là trong việc cá nhân hóa điều trị ung thư. Với sự phát triển của các nano delivery systems thông minh và các phương pháp chẩn đoán ung thư tiên tiến, các bác sĩ có thể đưa ra các phác đồ điều trị phù hợp với từng bệnh nhân, dựa trên đặc điểm di truyền và sinh học của khối u. Điều này sẽ giúp tăng cường hiệu quả điều trị và giảm thiểu tác dụng phụ, mang lại hy vọng cho hàng triệu bệnh nhân ung thư trên toàn thế giới. Các vấn đề về đạo đức trong nanomedicine cũng cần được xem xét để đảm bảo sự phát triển bền vững của lĩnh vực này.

6.1. Cá Nhân Hóa Điều Trị Ung Thư Với Nanomedicine

Cá nhân hóa điều trị ung thư là một xu hướng quan trọng trong nanomedicine. Với sự phát triển của các nano delivery systems thông minh và các phương pháp chẩn đoán ung thư tiên tiến, các bác sĩ có thể đưa ra các phác đồ điều trị phù hợp với từng bệnh nhân, dựa trên đặc điểm di truyền và sinh học của khối u. Điều này giúp tăng cường hiệu quả điều trị và giảm thiểu tác dụng phụ.

6.2. Vấn Đề Đạo Đức Trong Nanomedicine Cần Được Quan Tâm

Sự phát triển nhanh chóng của nanomedicine đặt ra nhiều câu hỏi về đạo đức trong nanomedicine. Các vấn đề như quyền riêng tư, bảo mật dữ liệu và khả năng tiếp cận điều trị cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo sự phát triển bền vững của lĩnh vực này. Cần có các quy định và hướng dẫn rõ ràng để đảm bảo rằng nanomedicine được sử dụng một cách có trách nhiệm và mang lại lợi ích cho tất cả mọi người.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Theo báo cáo của Tổ chức Y tế Thế giới và ghi nhận ung thư toàn cầu Globocan năm 2020, thế giới có khoảng 19,3 triệu ca mắc mới và gần 10 triệu trường hợp tử vong do bệnh lý ác tính. Tại Việt Nam, con số này cũng đạt mức đáng báo động với 182.563 ca mắc mới và 122.690 ca tử vong, tương đương tỷ lệ 159 người mắc và 106 người tử vong trên 100.000 dân. Hóa trị liệu truyền thống vẫn là giải pháp phổ biến nhất nhưng thường gây độc tính toàn thân nghiêm trọng do thiếu tính chọn lọc mô đích. Để giải quyết hạn chế này, công nghệ nano hướng đến tận dụng hiệu ứng tăng cường tính thấm và lưu giữ (EPR) tại các khe hở nội mô mạch máu khối u có kích thước từ 100 đến 800 nm.

Vấn đề then chốt đặt ra là các hạt nano mang thuốc phải đạt kích thước tối ưu xấp xỉ 100 nm để vừa tránh bị đào thải nhanh qua thận (đối với hạt dưới 10 nm), vừa không bị hệ thống thực bào bắt giữ sớm (đối với hạt trên 200 nm). Hạt nano silica rỗng có cấu trúc xốp trung bình (HMSN) nổi lên như một hệ mang thuốc lý tưởng nhờ thể tích khoang chứa lớn, diện tích bề mặt cao và khả năng tương thích sinh học tốt. Tuy nhiên, quy trình tổng hợp kinh điển bằng phương pháp khuôn cứng thường kéo dài hơn 21 giờ, đồng thời gặp khó khăn trong việc điều chỉnh linh hoạt độ dày vỏ xốp và kích thước lỗ mao quản.

Nghiên cứu được thực hiện tại Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam nhằm tổng hợp thành công hạt HMSN kích thước dưới 100 nm với thời gian phản ứng rút ngắn đáng kể. Đề tài tập trung điều khiển độ dày vỏ xốp, mở rộng đường kính mao quản và gắn kết polymer Pluronic lên bề mặt hạt để mang đồng thời hai loại thuốc Doxorubicin và Quercetin. Hệ phân phối đa tác nhân này giúp nâng cao hiệu suất nạp thuốc lên trên 80%, ức chế bơm tống thuốc kháng đa thuốc và gia tăng đáng kể tỷ lệ tiêu diệt tế bào ung thư vú cũng như ung thư cổ tử cung.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng hóa học keo và vật liệu nano y sinh học, kết hợp bốn trụ cột lý thuyết chính:

1. Cơ chế Sol-Gel theo phương pháp Stöber cải tiến: Giải thích quá trình thủy phân và ngưng tụ của tiền chất Tetraethyl orthosilicate (TEOS) trong môi trường cồn - nước - amoniac để tạo mầm silica đặc (dSiO2) và lớp vỏ xốp trung bình Mobil Composition of Matter No. 41 (MCM-41).
2. Cơ chế tự lắp ráp micelle của chất hoạt động bề mặt: Quá trình các phân tử Cetyltrimethylammonium Bromide (CTAB) sắp xếp tạo khung định hướng mao quản khi vượt qua nồng độ micelle tới hạn (CMC).
3. Cơ chế ăn mòn chọn lọc bằng kiềm nhẹ: Sự hòa tan có kiểm soát của lõi silica đặc dSiO2 bởi dung dịch Na2CO3 0,6 M thông qua các kênh mao quản được bảo vệ bởi micelle CTAB để tạo cấu trúc khoang rỗng.
4. Hiệu ứng thâm nhập và lưu giữ tăng cường (EPR): Cơ sở sinh học phân tử cho phép các hạt nano kích thước khoảng 100 nm tích tụ chọn lọc tại mô ung thư.

Bên cạnh đó, nghiên cứu vận dụng các khái niệm cốt lõi bao gồm dung lượng tải thuốc (DLC), hiệu quả nạp thuốc (DLE), tính kháng đa thuốc (MDR) qua trung gian P-glycoprotein, và cơ chế giải phóng thuốc nhạy cảm kép theo pH và nhiệt độ.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thiết lập hệ thống thực nghiệm đồng bộ với cỡ mẫu gồm hơn 20 biến thể vật liệu được tổng hợp lặp lại tối thiểu 3 lần để đảm bảo độ tin cậy thống kê cao (p < 0,05). Phương pháp chọn mẫu phân tầng có chủ đích được áp dụng nhằm đánh giá độc lập từng biến số công nghệ:

• Khảo sát khối lượng phân tử Polyethylene Glycol (PEG 1000, 2000, 4000, 6000 Da) và nồng độ PEG từ 1% đến 5% (w/v) trong điều khiển độ dày vỏ xốp.
• Khảo sát tỷ lệ mol (0 đến 0,5) của các chất hoạt động bề mặt không ion (Tween 20, Tween 80, Brij S10) phối hợp với CTAB để mở rộng đường kính mao quản.
• Biến tính bề mặt bằng 3 loại polymer hoạt tính gồm Pluronic L64, F68 và F127 qua chất trung gian 3-Aminopropyltriethoxysilane (APTES) và 4-Nitrophenyl chloroformate (NPC).

Các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại được lựa chọn dựa trên tiêu chuẩn quốc tế:

• Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM) và kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) được dùng để quan sát trực tiếp hình thái, đo kích thước hạt và bề dày lớp vỏ.
• Tán xạ ánh sáng động (DLS) và đo thế Zeta xác định kích thước thủy động và điện thế bề mặt hạt.
• Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ khí Nitơ (Brunauer-Emmett-Teller - BET và Barrett-Joyner-Halenda - BJH) xác định diện tích bề mặt riêng và phân bố đường kính mao quản.
• Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR), nhiễu xạ tia X (XRD) và phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) dùng để định danh nhóm chức và lượng polymer gắn kết.
• Độc tính sinh học in vitro và khả năng tiêu diệt tế bào ung thư được đánh giá qua thử nghiệm MTT trên dòng tế bào ung thư vú MCF-7 và tế bào ung thư cổ tử cung HeLa theo chu kỳ nuôi cấy 24, 48 và 72 giờ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thực nghiệm đã ghi nhận bốn kết quả mang tính đột phá về cấu trúc và hoạt tính sinh học:

1. Tối ưu hóa và rút ngắn thời gian tổng hợp hạt HMSN: Bằng việc cải tiến phương pháp khuôn cứng, tổng thời gian phản ứng chính giảm từ 21 giờ xuống chỉ còn 3 giờ (tạo khuôn dSiO2 trong 60 phút, phủ lớp vỏ dSiO2@MSN trong 60 phút và ăn mòn lõi dSiO2 bằng dung dịch Na2CO3 trong 30 phút). Kích thước hạt thu được phân bố hẹp, dạng hình cầu đồng nhất với đường kính trung bình khoảng 85 đến 100 nm.
2. Kiểm soát chính xác độ dày vỏ xốp bằng PEG: Việc bổ sung PEG 6000 ở nồng độ 3% (w/v) trong giai đoạn phủ vỏ làm giảm độ dày vỏ xốp từ 28,4 nm xuống còn 14,2 nm (giảm tương đương 50% bề dày). Nhờ đó, thể tích khoang rỗng bên trong tăng lên rõ rệt, giúp gia tăng dung lượng nạp thuốc mà không làm sụp đổ cấu trúc hạt.
3. Mở rộng đường kính mao quản bằng hệ đồng micelle không ion: Sử dụng Tween 80 phối hợp cùng CTAB làm tăng đường kính mao quản của hạt từ 2,4 nm lên mức 4,8 nm (tăng 100%). Sự thay đổi này cho phép hệ vật liệu nạp hiệu quả các phân tử thuốc có khối lượng phân tử lớn như Rose Bengal và Quercetin.
4. Cải thiện khả năng nạp và giải phóng đồng thời hai loại thuốc: Hệ vật liệu biến tính Pluronic F127 (HMSN-F127) đạt dung lượng tải thuốc Doxorubicin là 28,5% và Quercetin là 14,2%, hiệu suất nạp thuốc tổng thể vượt mức 82,4%. Ở điều kiện sinh lý bình thường (pH 7,4 và 37°C), lượng thuốc rò rỉ sau 72 giờ dưới 18%, trong khi ở môi trường vi mô khối u (pH 5,0 và 42°C), lượng thuốc giải phóng đạt trên 78%.

Thảo luận kết quả

Hình ảnh hiển vi điện tử TEM và FE-SEM thể hiện rõ ranh giới tương phản giữa khoang rỗng trung tâm và lớp vỏ xốp hai lớp, chứng minh sự thành công của cơ chế ăn mòn hóa học chọn lọc. Trên đồ thị đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ Nitơ, đường cong thuộc dạng Loại IV với vòng trễ H1 đặc trưng cho cấu trúc mao quản đồng đều, diện tích bề mặt riêng đo được đạt trên 750 m²/g.

Sự suy giảm độ dày lớp vỏ khi có mặt polymer PEG được giải thích do các chuỗi PEG mạch dài hấp phụ bao quanh mầm silica, làm chậm tốc độ ngưng tụ của tiền chất TEOS và giảm năng lượng bề mặt hạt. Đối với đường kính mao quản, các phân tử chất hoạt động bề mặt không ion chèn vào lõi kỵ nước của micelle CTAB, làm trương nở kích thước micelle định hình.

Đặc biệt, lớp phủ Pluronic F127 đóng vai trò như hệ van cơ học thông minh nhạy cảm nhiệt độ và độ pH. Khi gặp môi trường axit cục bộ tại tiêu thể tế bào ung thư, liên kết polymer giãn nở và phân cắt một phần, kích hoạt giải phóng ồ ạt cả hai hoạt chất. Biểu đồ đường cong sống sót của tế bào qua thử nghiệm MTT cho thấy hệ DOX.QUE@HMSN-F127 làm giảm giá trị nồng độ ức chế tối thiểu IC50 xuống khoảng 3,5 lần so với sử dụng Doxorubicin tự do. Quercetin được giải phóng đồng thời đã ức chế hoạt tính của bơm tống thuốc, ngăn chặn cơ chế kháng thuốc của tế bào ung thư MCF-7 và HeLa.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các phát hiện thực nghiệm, nghiên cứu đưa ra 4 nhóm giải pháp cụ thể:

1. Chuẩn hóa quy trình sản xuất nano ở quy mô pilot: Các viện nghiên cứu vật liệu và trường đại học cần mở rộng thể tích mẻ phản ứng từ 500 mL lên 10 đến 50 L trong giai đoạn 12 đến 18 tháng tới. Mục tiêu duy trì độ lệch chuẩn đường kính hạt dưới 5% và đảm bảo tính lặp lại của cấu trúc khoang rỗng.
2. Tích hợp các phối tử hướng đích chủ động: Nhóm tác giả và các cộng sự chuyên ngành y dược cần nghiên cứu gắn kết thêm thụ thể acid folic hoặc kháng thể đơn dòng lên lớp vỏ ngoài của HMSN-F127 trong lộ trình 2024–2026. Giải pháp này hướng tới tăng độ tập trung thuốc tại mô đích lên trên 45% so với phân bố tự do.
3. Thực hiện thử nghiệm tiền lâm sàng trên mô hình động vật in vivo: Các trung tâm nghiên cứu dược lý cần phối hợp đánh giá thời gian lưu thông máu, phân bố sinh học và độc tính trên chuột mang khối u dị ghép (xenograft) trong vòng 24 tháng. Target metric là đạt tỷ lệ ức chế khối u trên 70% và giảm tổn thương tế bào gan thận xuống dưới 10%.
4. Bảo hộ sở hữu trí tuệ và chuyển giao công nghệ: Chủ nhiệm đề tài và đơn vị quản lý cần hoàn thiện hồ sơ đăng ký sáng chế về quy trình điều khiển mao quản xốp trong vòng 12 tháng, tạo tiền đề liên kết với các doanh nghiệp dược phẩm trong nước nhằm thương mại hóa hệ dẫn thuốc nano thế hệ mới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung nghiên cứu mang giá trị học thuật và ứng dụng cao cho 4 nhóm đối tượng chính:

1. Nhà nghiên cứu và học viên sau đại học ngành Vật liệu Y sinh và Hóa Dược: Nắm bắt phương pháp cải tiến sol-gel, cơ chế ăn mòn kiềm có kiểm soát và các kỹ thuật phân tích hóa lý bề mặt hạt nano tiên tiến.
2. Kỹ sư và chuyên gia R&D tại các công ty dược phẩm: Tham khảo công thức bào chế hệ hạt nano mang đa hoạt chất, giải quyết triệt để vấn đề độ tan kém của dược chất kỵ nước và nâng cao hiệu quả điều trị.
3. Bác sĩ và dược sĩ lâm sàng chuyên ngành Ung bướu: Hiểu rõ cơ chế hướng đích thụ động theo hiệu ứng EPR và giải phóng thuốc có kiểm soát, từ đó định hướng xây dựng các phác đồ phối hợp thuốc hiệu quả cao và giảm thiểu tác dụng phụ.
4. Cơ quan quản lý và các hội đồng thẩm định tiêu chuẩn y tế: Tiếp cận cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về độ an toàn sinh học của vật liệu nano silica, phục vụ xây dựng tiêu chuẩn kiểm nghiệm dược phẩm nano tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

Kích thước hạt HMSN khoảng 100 nm mang lại lợi thế gì trong dẫn truyền thuốc ung thư?
Kích thước khoảng 100 nm là khoảng kích thước vàng giúp hạt nano thâm nhập hiệu quả qua khe hở nội mô mạch máu khối u (100–800 nm) theo hiệu ứng EPR. Đồng thời, kích thước này ngăn hạt bị bài tiết sớm qua cầu thận (dưới 10 nm) và tránh bị các đại thực bào gan, lách bắt giữ (trên 200 nm), kéo dài thời gian lưu thông trong tuần hoàn máu.

Polyethylene Glycol kiểm soát độ dày vỏ xốp HMSN theo cơ chế nào?
Các chuỗi PEG hoạt động như chất phân tán và điều hòa bề mặt. Khi có mặt PEG 6000 ở nồng độ 3%, các phân tử polymer hấp phụ lên mầm silica và làm chậm tốc độ polymer hóa của TEOS xung quanh micelle CTAB. Cơ chế này giúp thu mỏng bề dày lớp vỏ từ 28,4 nm xuống 14,2 nm, làm tăng dung tích chứa của khoang rỗng.

Vì sao cần tải đồng thời Doxorubicin và Quercetin vào hệ hạt nano?
Doxorubicin là hoạt chất hóa trị mạnh nhưng dễ bị tế bào ung thư bơm ngược ra ngoài qua kênh P-glycoprotein, dẫn đến hiện tượng kháng đa thuốc. Quercetin đóng vai trò là chất ức chế tự nhiên bơm P-glycoprotein. Khi được giải phóng đồng thời, Quercetin ngăn chặn việc tống thuốc ra ngoài, nâng cao hiệu lực tiêu diệt tế bào ung thư của Doxorubicin lên gấp hơn 3 lần.

Phương pháp ăn mòn bằng Na2CO3 có làm vỡ lớp vỏ xốp của hạt không?
Không. Các phân tử micelle CTAB nằm bên trong các ống mao quản xốp tạo ra lớp bảo vệ kỵ nước tạm thời. Tác nhân ăn mòn Na2CO3 0,6 M chỉ khuếch tán qua các kênh này để hòa tan phần lõi dSiO2 đặc bên trong. Quá trình chỉ loại bỏ CTAB sau khi cấu trúc khoang rỗng đã hoàn thiện, đảm bảo lớp vỏ luôn nguyên vẹn.

Hạt nano silica xốp trung bình có an toàn sinh học đối với cơ thể người không?
Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) đã công nhận silica là vật liệu an toàn (GRAS) trong công thức dược phẩm. Dữ liệu thực nghiệm in vitro cho thấy hạt HMSN dung nạp tốt trên tế bào ở nồng độ dưới 100 µg/mL và an toàn trên mô hình động vật ở liều lượng dưới 200 mg/kg, có khả năng tự phân hủy sinh học thành acid silicic hòa tan và đào thải tự nhiên.

Kết luận

Luận văn đã giải quyết trọn vẹn bài toán chế tạo hệ dẫn truyền thuốc nano cấu trúc rỗng xốp trung bình, ghi nhận 5 đóng góp học thuật và công nghệ cốt lõi:

• Tổng hợp thành công hạt nano silica rỗng (HMSN) có kích thước dưới 100 nm với thời gian phản ứng chính rút ngắn kỷ lục còn 3 giờ.
• Làm chủ phương pháp điều chỉnh độ dày vỏ xốp (từ 14,2 đến 28,4 nm) thông qua khối lượng phân tử và tỷ lệ polymer PEG.
• Mở rộng đường kính mao quản xốp từ 2,4 nm lên 4,8 nm bằng hệ chất hoạt động bề mặt không ion, gia tăng tối đa sức chứa dược chất.
• Chức hóa bề mặt thành công với Pluronic F127, tạo hệ nano thông minh có khả năng mang đồng thời Doxorubicin và Quercetin với hiệu suất trên 82%.
• Chứng minh hiệu quả vượt trội trong việc khắc phục tính kháng thuốc và gia tăng tỷ lệ ức chế tế bào ung thư MCF-7 và HeLa theo cơ chế nhạy nhiệt và pH.

Công trình tạo tiền đề vững chắc cho việc phát triển các dạng thuốc nano điều trị đích tại Việt Nam. Kế hoạch tiếp theo hướng đến hoàn thiện các thử nghiệm tiền lâm sàng in vivo trong giai đoạn 2025–2026. Các nhà khoa học, chuyên gia y dược và doanh nghiệp quan tâm có thể kết nối để cùng hợp tác, thử nghiệm và thúc đẩy ứng dụng hệ vật liệu HMSN vào thực tiễn điều trị ung thư.

Trích đoạn nội dung tài liệu

– DECLARATION The work was carried out at the Department of Biomaterials & Bioengineering - Institute of Applied Materials Science (IAMS) - Vietnam Academy of Science and Technology (VAST) in Ho Chi Minh City. I hereby declare that this is my research work under the scientific guidance of Assoc. Nguyen Dai Hai. The research contents and results presented in this thesis are honest and completely based on my research results.

The results of this study have not been published on any thesis of the same level. Ho Chi Minh, December 30th 2022 NGUYEN THI NGOC HOI ii ACKNOWLEDGEMENTS First of all, I would like to express my most profound gratitude to my supervisor Assoc. Nguyen Dai Hai - Vice Director of the Institute of Applied Materials Science, and Head of Department of Biomaterials and Bioengineering. He has given me the delightful lessons, inspiration, constant motivation and enthusiasm that have surely encouraged and helped me to overpass the difficulties encountered, and exerted great aids for my accomplishment of this thesis research.

Secondly, my sincere gratitude also goes to the enthusiastic help and favorable supports during my PhD course from Graduate University of Science and Technology (GUST) and the Institute of Applied Materials Science (IAMS) - Vietnam Academy of Science and Technology (VAST). Furthermore, it is impossible not to mention the valuable support from MSc. Nguyen Dinh Tien Dung and BS. Truong Thi Ngoc Hang.

They contributed great help during the experiments at IAMS. Last but not least, I am grateful to have my family and friends, who always encourage and support all over time that makes my thesis experience more meaningful. Ho Chi Minh, December 30th 2022 NGUYEN THI NGOC HOI iii TABLE OF CONTENTS Page DECLARATION. ii TABLE OF CONTENTS.

iii LIST OF ABBREVIATIONS. vii LIST OF FIGURES. ix LIST OF DIAGRAMS. xiv LIST OF TABLES.

Overview of cancer and cancer treatment. Overview of cancer. Common cancer treatment therapies. Nanomaterials in cancer treatment.

Nanomaterials in anti-cancer drug delivery applications. Silica nanomaterials in anti-cancer drug delivery applications. Recent progress of nano silica particle applications in drug delivery. Hollow mesoporous silica nanoparticles (HMSN).

Structure of HMSN. Synthesis methods of HMSN. Reaction mechanisms in the synthesis of HMSN by silica based hard- template method. Modular factors in HMSN fabrication.

Modifications of HMSN. Multiple-Drug Loading HMSN. MATERIALS AND EXPERIMENTAL METHODS. Synthesis of HMSN.

The effect of PEG on the mesoporous shell thickness of HMSN. The effect of non-ionic surfactants on the mesopore diameter of HMSN. Surface Modification Method of HMSNs with Pluronics. The effect of Pluronics on dual-drugs delivery characteristics of HMSN- Plu.

Physicochemical Analysis Methods. Drug loading and in vitro release study. Cell culture and MTT assay. A MODIFIED HARD-TEMPLATE METHOD FOR HOLLOW MESOPOROUS SILICA NANOPARTICLES SYNTHESIS WITH SUITABLE PARTICLE SIZE AND SHORTENED SYNTHETIC TIME.

Synthesis of silica hard-template. Etching over time of silica hard-template in the synthesis of HMSN. Characterizations of synthesized HMSN. Cytotoxicity of synthesized HMSN.

SIMPLY AND EFFECTIVELY CONTROL THE SHELL THICKNESS OF HOLLOW MESOPOROUS SILICA NANOPARTICLES BY POLYETHYLENE GLYCOL FOR DRUG DELIVERY APPLICATIONS. Effect of PEG molecular weight on the mesoporous shell thickness of dSiO2@MSN. Effect of PEG weight percentage on the mesoporous shell thickness of dSiO2@MSN. Characterizations of the synthesized HMSNs.

Drug loading and in vitro drug release study of the synthesized HMSN. Cytotoxicity of the synthesized HMSN. NON-IONIC SURFACTANTS AS CO-TEMPLATES TO CONTROL THE MESOPORE DIAMETER OF HOLLOW MESOPOROUS SILICA NANOPARTICLES FOR DRUG DELIVERY APPLICATIONS. Preparation of mixed micelles of non-ionic surfactants with CTAB.

Effect of non-ionic surfactants on the mesoporous shell thickness of dSiO2@MSN. Effect of non-ionic surfactants on the mesopore diameter of dSiO2@MSN. Characterizations of the synthesized HMSNs. Drug loading and in vitro drug release study of the synthesized HMSNs.

Cytotoxicity of the synthesized HMSNs. SURFACE MODIFICATION OF HOLLOW MESOPOROUS SILICA NANOPARTICLES WITH PLURONICS FOR DUAL DRUGS DELIVERY. Activation Pluronic with NPC. Amination of HMSNs’ surface.

Modification of HMSNs’ surface with Pluronics via amine intermediate 96 6. Dual-drug loading capacity and in vitro release behavior of HMSN-Plu. In vitro drug release behavior of HMSN-Plu. Cytotoxicity of HMSN-Plu.

Characterizations of HMSN-F127. Cancer cell killing ability of DOX.QUE@HMSN-Plu. 109 CONCLUSIONS AND FUTURE PERSPECTIVES. 111 Novelty of the thesis.

112 LIST OF PUBLICATIONS. 115 vii LIST OF ABBREVIATIONS APTES (3-Aminopropyl)triethoxysilane BET Brunauer-Emmett-Teller BJH Barret Joyner and Halenda BTES Bis (triethoxysilylpropyl) disulfide C18TMS n-octadecyltrimethoxysilan CMC Critical micelle concentration CTAB Cetyltrimethylammonium Bromide CTAC Cetyltrimethylammonium Chloride DI Deioned water DLC Drug loading capacity DLE Drug loading efficiency DLS Dynamic Light Scattering DOX Doxorubicin dSiO2 dense Silicone dioxide EDX Energy Dispersive X-ray EPR Enhanced Permeability and Retention FDA Food and Drug Administration FE-SEM Field Emission Scanning Electron Microscope FT-IR Fourier Transform Infrared GPC Gel Permeation Chromatography HMSN Hollow Mesoporous Silica Nanoparticles HPLC High Performance Liquid Chromatography MCM-41 Mobil Composition of Matter No. 41 MCM-48 Mobil Composition of Matter No. 48 MCM-50 Mobil Composition of Matter No.

50 MDR Multidrug Resistance MON Mesoporous Organosilica Nanoparticle MSN Mesoporous Silica Nanoparticles PAA Poly (Acrylic Acid) PBS Phosphate Buffered Saline PEG Polyethylene Glycol PEO Poly(Ethylene Oxide) PPO Poly(Propylene Oxide) PMMA Polymethylmethacrylate viii PS Polystyrene PVP Polyvinylpyrolidone QUE Quercetin RB Rose Bengal SBA-15 Santa Barbara Amorphous-15 SEM Scanning electron microscope TGA Thermogravimetric analysis TEA Triethanolamine TEM Transmission electron microscopy TEOS Tetraethyl orthosilicate XRD X-ray Diffraction ix LIST OF FIGURES Figure 1. Global cancer data in 2020: a) Female, b) Male [1]. Common treatments for cancers [2]. Popular nanomaterials applied in drug delivery [6].

Members of the M41S family [8]. Structural classification of Mesoporous Silica Nanoparticles [9]. Structure of Hollow Mesoporous Silica Nanoparticle (HMSN): a) 2D radial section; b) 3D model; and c) Mesoporous structure of the shell. Synthesis methods of HMSN.

Hydrolysis and condensation of TEOS precursors in alcohol-water- ammonia medium. Multistage growth diagram of silica particles by hydrolysis of TEOS in alcohol-water-ammonia medium [62]. Illustration of the formation mechanism of the mesoporous shell (MCM-41) [18]. Etching process of hard template dSiO2 by Na2CO3 [64].

Etching mechanism of hard template dSiO2 to form HMSN by Na2CO3: a) Etching process with the presence of CTAB micelles, and b) Etching process without CTAB micelles [64]. Modular factors of the HMSN. Adjustable shell thickness of microporous hollow core@shell silica nanoparticles for controlled release of doxorubicin [70]. The size of biodegradable silica nanoparticles was reduced for efficient curcumin loading [74].

The effect of polyethylene glycol on shape and size of SrTiO3 nanoparticles [83]. Self-assembly of mixed micelle of CTAB and P123 used as mesoporous templates in MSN particle synthesis [96]. Aminated HMSN using 3-Aminopropyl)triethoxysilane for better DOX loading capacity and controlled release [40]. Molecular structure of Pluronics.

Conjugation of polyamidoamine dendrimer and pluronics for hydrophobic drug delivery [108]. Molecular formulas of the used non-ionic surfactants versus CTAB. Characterizations of the synthesized hard-template dSiO2: a) Zeta potential; b) DLS particle size distribution; c) SEM image; d) TEM image. SEM and TEM images of HMSN over etching time.

a) TEM image of dSiO2@MSN; b) TEM image of HMSN, c) N2 adsorption-desorption isotherms of HMSN and d) Pore size distributions of HMSN. Characterizations of the synthesized HMSN: a) FT-IR spectrum; b) EDX parttern; c) Zeta potential; d) DLS particle size distribution; e) XRD pattern; and f) TGA graph. a) Cell viability assay by MTT assay with variable concentrations of HMSN on MCF-7 cells; b) Morphology of MCF-7 cells treated by HMSN at different concentrations. Size dispersion by DLS measurement and field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM) images of (a, a’)dSiO2, (b, b’) dSiO2@MSN, (c, c’) dSiO2@MSN-P1k, (d, d’) dSiO2@MSN-P2k, (e, e’) dSiO2@MSN-P4k and (f, f’) dSiO2@MSN-P6k.

Size dispersion by DLS measurement and field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM) images of (a, a’) dSiO2@MSN-P1%, (b, b’) xi dSiO2@MSN-P2%, (c, c’) dSiO2@MSN-P3%, (d, d’) dSiO2@MSN-P4% and (e, e’) dSiO2@MSN-P5%. The structure of PEG changes from a) zigzag chains to b) ordered net structure in the solution. Characterizations of the synthesized silica nanoparticles: a) TEM images of dSiO2@MSN-0 and a’) dSiO2@MSN-P; TEM images of b) HMSN-0 and b’) HMSN-P; Size distribution of c) HMSN-0 and c’) HMSN-P; Zeta potential of d) HMSN-0 and d’) HMSN-P. The N2 adsorption-desorption isotherms and pore size distributions of dSiO2@MSN (a and b) and dSiO2@MSN-P (a’ and b’).

Characterizations of the synthesized HMSN-0 (square dot) and HMSN- P (solid): a) EDX patterns; b) FT-IR spectra. DOX loading capacity (DLC - grey) and DOX loading efficiency (DLE - black) of HMSN-0 and HMSN-P (a); In vitro release profile of Dox@HMSN-0 (empty circle) and Dox@HMSN-P (solid circle) (b). The marked points correspond to 0, 1, 3, 6, 9, 12, 24, 36 and 48 h, respectively. Cell viability by MTT assay with variable concentrations of HMSN-0 and HMSN-P on MCF-7 cells (a); MCF-7 cells treated by HMSN-0 and HMSN-P at different concentrations (b).

a) Viscosity of mixed micelles versus molar ratio of non-ionic surfactants and CTAB. Molar concentration of CTAB remained constantly at 0. b) Hydrodynamic diameter of mixed micelles versus molar ratio. Molar concentration of CTAB in each mixture was 50 mM in the presence of 1 mM KBr.

Size distribution by DLS measurement of a) dSiO2@MSN-T20, b) dSiO2@MSN-T80, and c) dSiO2@MSN-BS10. Illustration of the effect of non-ionic surfactants in mixed micelles on the mesoporous shell thickness of dSiO2@MSN. The N2 adsorption-desorption isotherms and pore size distributions of a) dSiO2@MSN, b) dSiO2@MSN-T20, c) dSiO2@MSN-T80 and d) dSiO2@MSN- BS10. SEM images, TEM images, Size distribution and Zeta potential of HMSN, HMSN-T20, HMSN-T80 and HMSN-BS10.

a) XRD patterns and b) FT-IR spectra of HMSN, HMSN-T20, HMSN- T80 and HMSN-BS10. (a) Rose bengal (RB) loading capacity (DLC - grey) and loading efficiency (DLE - black) of HMSN, HMSN-T20, HMSN-T80 and HMSN-BS10; (b) In vitro release profile of RB from HMSN, HMSN-T20, HMSN-T80 and HMSN- BS10. The marked points correspond to 0, 1, 3, 6, 9, 12, 24, 36, 48, 60 and 72 h, respectively. a) Cell viability by MTT assay on MCF-7 cells; and b) MCF-7 cells treated by HMSN, HMSN-T20, HMSN-T80 and HMSN-BS10 at different concentrations.

FT-IR spectra of NPC-Plu-OH. 1H-NMR spectra of NPC-Plu-OH: a) NPC-L64-OH, b) NPC-F68-OH, c) NPC-F127-OH, d) Annotation the molecular structure of NPC-Plu-OH. Characterizations of HMSN and HMSN-NH2: a) Zeta potential; b) Hydrodynamic particle diameter; c) FT-IR spectra; and d) EDX patterns. Characterizations of HMSN-L64, HMSN-F68 and HMSN-F127: a) Zeta potential; b) Hydrodynamic particle diameter; c) FT-IR spectra; and d) TGA graphs.

In vitro release behaviour of free drugs and loaded drugs in different conditions of temperatures and pH values. Illustration of release behavior of HMSN-Plu in different conditions 103 xiii Figure 6. a) Cytotoxicity by MTT assay of HMSN-Plu on Hela cells; b) Morphology of Hela cells treated by HMSN at different concentrations. TEM images and Size distribution of a), a’) HMSN and b), b’) HMSN- F127.

The N2 adsorption-desorption isotherms and pore size distributions of HMSN (a, a’) and HMSN-F127 (b, b’). a) Cell viability and b) Mophorlogy of Hela cells treated by Free DOX, Free QUE and DOX. 108 xiv LIST OF DIAGRAMS Diagram 1. Sol-Gel synthesis of a) hard template dSiO2 and b) mesoporous shell MSN.

The preparation of the hard template dSiO2. The preparation of core@shell structure dSiO2@MSN. The selective etching of dSiO2@MSN to form HMSN. Mesoporous silica layer coating step in HMSN synthesis process with the presence of PEG.

Mesoporous silica layer coating step in HMSN synthesis process with the presence of non-ionic surfactants as co-templates. The surface activation of HMSN with APTES. The activation of Pluronic with NPC. The preparation of HMSN-Plu from HMSN-NH2 and NPC-Plu-OH .