Nghiên cứu tổng hợp và đánh giá hoạt tính tiêu diệt tế bào ung thư của hệ nanogel Hep-P123 mang cisplatin hydrate
Đây là đề tài luận văn tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Xuân Ánh, Trường Trung học phổ thông Bến Cát thực hiện vào năm 2018 với mục tiêu điều chế thành công và đánh giá các đặc tính của nanogel nhạy nhiệt Hep-P123; ứng dụng làm chất mang nang hóa thuốc cisplatin và cisplatin hydrate nhằm tăng độ hòa tan và tăng sinh khả dụng của thuốc và đánh giá in vitro hoạt tính tiêu diệt tế bào ung thư phổi NCI-H460 của hệ chất mang Hep-P123 nang hóa cisplatin hydrate
Ngày nay, công nghệ nano được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: hóa học, sinh học, y học, quang học, điện tử, cơ khí…đặc biệt trong dược phẩm, có nhiều loại thuốc có những hạn chế như kém tan trong nước, nồng độ thuốc giảm nhanh khi vào cơ thể, thiếu chọn lọc đối với các mô bệnh. Những loại thuốc này khi được nano hóa mang lại hiệu quả cao, tăng khả năng sinh khả dụng. Nhiều loại polymer sinh học đã được kết hợp để nang hóa thuốc, tạo các hệ dẫn truyền các loại thuốc kém tan, tăng hoạt tính sinh học, tăng khả năng sinh khả dụng khi vào cơ thể, trong đó có heparin, copolymer khối pluronic.
Trong các thuốc điều trị ung thư thì cisplatin là một trong những thuốc có nhóm phức platinum (II) được sử dụng rộng rãi và làm nền tảng để kết hợp với các liệu pháp khác trong việc điều trị ung thư. Cisplatin được sử dụng rộng rãi trong điều trị ung thư buồng trứng, ung thư vú, ung thư phổi và một số loại ung thư khác. Tuy nhiên cisplatin cũng gây ra nhiều tác dụng phụ không mong muốn như độc thận, mất thính lực, gây tổn thương các tế bào thần kinh. Làm thế nào để giải quyết được các yếu điểm trên là một vấn đề đang được đặc biệt quan tâm. Do đó, các hướng nghiên cứu vận chuyển, nhả chậm thuốc đã được nghiên cứu và phát triển mạnh trong những năm gần đây. Việc sử dụng chất mang nano là một trong những giải pháp hiệu quả nhất vì chất mang nano có thể dễ dàng di chuyển trong hệ tuần hoàn máu và sau đó lưu trữ ở vị trí khối u thông qua hiệu ứng tăng cường thẩm thấu và lưu trữ.
Đề tài được tác giả thực hiện bằng cách tổng hợp copolymer ghép Hep-P123 nhạy nhiệt sử dụng để tạo phức với thuốc cisplatin hydrate với mục đích là tạo ra các hệ nanogel mang cisplatin hydrate nhằm cải thiện khả năng hòa tan trong nước của cisplatin, tăng thời gian lưu trữ thuốc ở trong mô tế bào ung thư và ức chế tế bào ung thư.
Như chúng ta biết, ung thư là một căn bệnh nguy hiểm, các loại thuốc điều trị ung thư có nhiều nhược điểm như phần lớn kém tan trong nước, có nhiều tác dụng phụ và thuốc tác dụng lên cả tế bào ung thư lẫn tế bào lành, để khắc phục các nhược điểm trên thì việc tổng hợp và nghiên cứu chất mang ở kích thước nano để mang thuốc đến đích là mục tiêu của các nhà khoa học hiện tại. Do đó, các hướng nghiên cứu vận chuyển, nhả chậm thuốc đã được nghiên cứu và phát triển mạnh trong những năm gần đây. Sử dụng chất mang nano là một trong những giải pháp hiệu quả nhất có thể giúp giảm các tác dụng phụ và tăng khả năng hòa tan để có thể đưa thuốc trực tiếp vào các khối u. Viện ung thư Quốc Gia (NCI) đã xác định tiềm năng công nghệ nano là tác động thay đổi mô hình vào việc phát hiện, điều trị và phòng ngừa ung thư, một lĩnh vực mà công nghệ nano thực hiện phân phối thuốc.
Theo báo cáo, cơ sở khoa học để nghiên cứu chất mang nanogel là do nhiều kết quả thử nghiệm đã chỉ ra rằng thuốc khi được nang hóa trong các hệ chất mang nano thì kéo dài thời gian tuần hoàn trong máu và tích lũy nhiều trong khối u ung thư vì chất mang nano có thể dễ dàng tuần hoàn trong máu và sau đó lưu trú ở vị trí khối u thông qua hiệu ứng tăng cường thẩm thấu và lưu trữ (EPR). Hiệu ứng này bắt nguồn từ sự khác nhau giữa mạch máu ở mô thường và mô ung thư.
Sự vận chuyển thụ động xuất phát từ hiện tượng tăng tính thấm và tăng hiệu quả lưu giữ đặc trưng ở các mô ung thư. Tại hầu hết các mô khỏe mạnh, kích thước các khe hở lớp nội mô thành mạch máu thường nhỏ hơn 2 nm. Phân tử thuốc vẫn có thể lọt qua các khe hở này làm hại tế bào lành. Tuy nhiên chất mang thuốc nanogel với kích thước 10 - 100 nm thì không lọt qua được các khe hở này để gây độc cho tế bào lành.
Còn tại mô ung thư, do sự phát triển của tế bào ung thư đòi hỏi sự tăng sinh mạch máu, các vi mạch máu mới được hình thành tại các mô ung thư có kích thước lớn từ 100 nm đến 800 nm. Do đó các phức hợp chất mang thuốc dendrimer tồn tại trong tuần hoàn máu có thể vượt qua dễ dàng và đi vào mô ung thư. Hơn nữa, sau khi xâm nhập vào, các phức hợp này sẽ tập trung ở dịch gian bào bao quanh các tế bào ung thư bởi 2 yếu tố: không gian và áp suất thẩm thấu lớn hơn tại các khe giữa ở các tế bào ung thư so với ở các tế bào bình thường. Các phức hợp chất mang - thuốc sau khi đã đi vào các khe hở tế bào này sẽ bị kẹt giữ lại khi các tế bào ung thư phát triển. Thêm vào đó, do không có hệ bạch huyết cần thiết, tốc độ đào thải các phức hợp này ra khỏi mô ung thư là rất hạn chế…
Cisplatin là loại thuốc chống ung thư kim loại thế hệ đầu tiên đã được đưa vào sử dụng. Các nghiên cứu trên động vật đã cho thấy rằng nồng độ cao nhất Cisplatin nằm trong các cơ quan bài tiết, buồng trứng, tử cung; trong khi đó nồng độ thấp nhất Cisplatin nằm trong não. Các nghiên cứu ở người với bạch cầu phóng xạ cho thấy sự tăng hấp thu ở thận, gan và ruột.
Mặc dù cơ chế hoạt động vẫn chưa chắc chắn, nhưng cisplatin được cho là gây độc tế bào bằng cách liên kết trực tiếp với DNA, ức chế quá trình sửa chữa DNA gây chết tế bào. Cisplatin nên được pha loãng với dung dịch muối sinh lí vì Cisplatin không ổn định và độc hơn khi pha loãng với dung dịch không chứa ion clorua. Trong môi trường có nồng độ ion clorua tương đối cao thì Cisplatin giữ lại cấu trúc trung tính của nó và có thể qua màng tế bào. Nồng độ ion clorua trong nhân tế bào thấp giúp xảy ra quá trình hydrate hóa Cisplatin dễ dàng, từ đó giúp phản ứng dễ xảy ra hơn với các tác nhân trong tế bào…
Qua thời gian nghiên cứu với sự hướng dẫn tận tình của các Thầy, Cô đang công tác tại Viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng - Viện Khoa Học và Công nghệ Việt Nam, tác giả đã tổng hợp thành công 4 hệ copolymer ghép trên cơ sở heparin liên hợp pluronic P123 (Hep-P123) với 4 tỉ lệ ghép khác nhau là 1 : 3, 1 : 7, 1 : 10, 1 : 14; đánh giá được hiệu quả nang hóa thuốc cisplatin và cisplatin dạng hydrate của 4 hệ nanogel Hep-P123 và xác định được hệ nanogel Hep-P123 (1:3) mang được hàm lượng cisplatin dạng hydrate nhiều nhất (26,77 % w/w); khảo sát được hiệu quả giải phóng thuốc của hệ chất mang nanogel Hep-P123- CisOH (1:3) ở điều kiện pH = 7,4 và pH = 5,5; đánh giá được hiệu quả tiêu diệt tế bào ung thư phổi NCI-H460 của hệ chất mang nanogel Hep-P123-CisOH (1:3) thông qua giá trị IC50 (IC50 = 1,265 ± 0,069 µg/ml).
Trường Hải