Nano medizin
Nanomedicine
Vật liệu nano được coi là vật liệu quan trọng mang lại hy vọng cho các phương pháp điều trị sáng tạo cho nhiều loại bệnh. Y học đã và đang sử dụng vật liệu nano để làm thuốc, chẩn đoán và cấy ghép. Nghiên cứu chuyên sâu đang được thực hiện đối với những cách sử dụng vật liệu nano khác trong lĩnh vực y tế, một lĩnh vực hiện đang trở thành tiêu đề chính là “nanomedicine”. Yêu cầu đối với vật liệu nano là chúng phải bám vào niêm mạc ruột và cũng có thể xuyên qua nó ở một mức độ nhất định. Điều này đảm bảo rằng càng nhiều hoạt chất càng tốt tích tụ tại vị trí bệnh. Ngoài ra, các hạt phải có khả năng phân hủy sinh học và các loại vật liệu nano mới được thiết kế và sản xuất theo cách mà chúng hòa tan và giải phóng thành phần hoạt tính Sau đó, thành phần hoạt tính có thể được kích hoạt và phát huy tác dụng gây độc của nó trên khối u.
Tại sao nanomedicines được sử dụng?
Một khía cạnh thiết yếu là kích thước của các hạt, có thể được lựa chọn để chúng có thể xâm nhập vào mô rất tốt, đặc biệt là trong các khối u có cấu trúc mô bị xáo trộn. Nếu thuốc điều trị ung thư xâm nhập vào khối u theo cách này, liều lượng cục bộ rất cao. Các vấn đề cũng có thể phát sinh nếu các phần tử không thể cung cấp đủ liều lượng thuốc đến vị trí bệnh hoặc nếu chúng bị đào thải quá nhanh, một nhiệm vụ mà gan đặc biệt đảm nhận. Đối với y học nano, công nghệ nano về cơ bản đang tạo ra các phương án điều trị hoàn toàn mới mà thực tế chỉ có thể đạt được với vật liệu nano.
Những tiến bộ đáng kể trong liệu pháp điều trị ung thư đã được thực hiện trong những năm gần đây. Tuy nhiên, ung thư tiếp tục là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất gây ra bệnh tật và tử vong trên toàn thế giới. Nhiều lựa chọn điều trị đã được phát triển và chấp thuận cho các khối u rắn, bao gồm các phân tử nhỏ, kháng thể và liệu pháp dựa trên tế bào. Tuy nhiên, các khối u rất không đồng nhất và trốn thoát ra hoặc ngăn chặn phản ứng miễn dịch chống lại khối u. Vì vậy, luôn luôn có sự đề kháng đối với việc điều trị.
Công nghệ Nanomedicine sử dụng các vectơ hóa học thâm nhập có chọn lọc vào các tế bào ung thư và đưa vào một loại hoạt chất cụ thể dẫn đến cái chết của tế bào và đồng thời kích thích phản ứng miễn dịch chống lại khối u. Hoạt chất được đóng gói bằng vector hóa học và tạo thành các hạt nano. Các hạt nano này phải ổn định và đảm bảo vận chuyển an toàn trong cơ thể mà không bị phân hủy bởi các enzym và tiếp cận các tế bào ung thư mục tiêu mà không ảnh hưởng đến các tế bào khỏe mạnh.
Các phương pháp điều trị hóa trị ung thư thường có tác dụng phụ nghiêm trọng, vì các loại thuốc được sử dụng gây độc cho các tế bào khỏe mạnh. Canxi photphat và citrat đã được thảo luận là những lựa chọn thay thế đầy hứa hẹn, bởi vì mặc dù chúng dẫn đến chết tế bào nếu chúng xâm nhập vào bên trong tế bào với nồng độ cao, nhưng ngược lại chúng vẫn được cơ thể dung nạp tốt. Các hạt nano vô định hình mới đã được phát triển bao gồm chính xác các chất mong muốn. Giờ đây, các hạt này có thể vượt qua các chướng ngại vật và tiêu diệt các tế bào ung thư một cách có mục tiêu.
Canxi photphat và citrat tham gia vào quá trình điều chỉnh nhiều con đường truyền tín hiệu tế bào. Để tránh liều độc bên trong tế bào, tế bào kiểm soát chặt chẽ việc hấp thụ các chất này. các hạt nano do các nhà khoa học phát triển đã phá vỡ sự kiểm soát này: các hạt nano xốp, vô định hình từ canxi photphat và citrat được bao quanh bởi một lớp lipid. Lớp phủ cho phép các hạt xâm nhập vào tế bào mà cơ chế cảnh báo của nó không hoạt động. Ở đó chúng hòa tan rất hiệu quả và giải phóng một lượng lớn canxi và citrate.
Các thí nghiệm tế bào cho thấy rằng các hạt có thể tiêu diệt các tế bào ung thư một cách chọn lọc - mặt khác, các tế bào khỏe mạnh vẫn tồn tại mặc dù chúng cũng ăn phải các hạt. “Rõ ràng là các hạt có thể rất độc khi chúng đối phó với các tế bào ung thư. Và khối u càng hung hãn, các hạt càng hoạt động tốt ”. Khi chúng được hấp thụ vào tế bào, các hạt nano được bao phủ bởi một lớp màng bổ sung. có một cơ chế để các thành phần của các hạt có thể xâm nhập vào bên trong tế bào. Mặt khác, trong các tế bào khỏe mạnh, màng vẫn còn nguyên vẹn và các hạt nano được đào thải ra ngoài toàn bộ.
Những tiến bộ gần đây trong công nghệ hạt nano đã cho phép chế tạo các lớp hạt nano với kích thước, hình dạng và vật liệu độc đáo, do đó đã tạo điều kiện cho những tiến bộ lớn trong lĩnh vực y học nano. Cụ thể hơn, trong thập kỷ qua, các nhà khoa học nano đã nhận ra rằng nanomedicine thể hiện bản chất có thể thiết kế cao khiến nó trở thành một ngành khoa học chính thống được điều chỉnh bởi các nguyên tắc đặc biệt của riêng nó về tương tác với tế bào và vận chuyển nội mạch, xuyên mạch và kẽ. Tổng quan này tập trung vào những phát triển gần đây và hiểu biết về mối quan hệ giữa hình dạng của một hạt nano và sự chuyển hướng của nó thông qua các quá trình sinh học khác nhau. Nó cũng tìm cách minh họa rằng hình dạng của một hạt nano có thể chi phối quá trình in vivo của nó hành trình và điểm đến, quyết định sự phân phối sinh học, vận chuyển nội mạch và xuyên mạch, và cuối cùng là nhắm vào các vị trí ung thư khó tiếp cận.
Nhờ các đặc tính vật liệu độc đáo xuất hiện ở kích thước nano, nanomedicine cung cấp nhiều lợi ích và cơ hội mới để giải quyết sự phức tạp của bệnh ung thư. Thành công ban đầu này dựa trên một tính năng độc đáo xuất hiện ở kích thước nano. Trong khi các tác nhân phân tử nhỏ thông thường được phân phối trong ung thư và các mô khỏe mạnh theo cách không đặc hiệu, các hạt nano khai thác mạch máu bị rò rỉ của các khối u rắn để tăng cường phân phối thuốc trong khoang do tác dụng được gọi là 'tăng cường tính thẩm thấu và lưu giữ' (EPR), dẫn đến cải thiện hồ sơ an toàn thuốc và giảm phân phối thuốc không đúng mục tiêu. Ngoài việc kiểm soát kích thước của các hạt nano, bản chất có thể chế tạo được của các hạt nano đã dẫn đến các cấu trúc nano với nhiều hình dạng khác nhau và các đặc tính mới nanomedicine được điều chỉnh bởi các nguyên tắc đặc biệt của riêng nó về vận chuyển nội mạch, xuyên mạch và mô kẽ, quy định các quy tắc thiết kế một hạt nano để phân phối cụ thể tại vị trí cao để cho phép cải thiện điều trị đáng kể cho các bệnh ung thư khó điều trị.
Người ta kết luận rằng kích thước hạt nano là một yếu tố quan trọng quyết định sự lưu thông của nó trong máu, do đó liên quan đến sự tích tụ khối u, duy trì khối u và giải phóng thuốc. Các liposome có kích thước từ 40 đến 700 nm đã được đánh giá; người ta phát hiện ra rằng liposome lớn hơn 200 nm thường không thoát ra ngoài thành khối u. Hơn nữa, các nghiên cứu này kết luận rằng một liposome đơn lớp PEGyl hóa có đường kính từ 5 đến 150 nm hiển thị thời gian lưu thông lâu nhất (thời gian bán hủy của máu ∼55 giờ) và kết quả là làm tăng sự tích tụ trong các khối u và hoạt động chống khối u. Tuy nhiên, phạm vi kích thước này là sự thỏa hiệp giữa hiệu quả tải của liposome (tăng khi tăng kích thước), sự thanh thải của hệ thống lưới nội mô (tăng khi tăng kích thước) và khả năng thoát mạch (giảm khi tăng kích thước). Tuy nhiên, thỏa hiệp này đã không tính đến các đặc tính riêng biệt của từng khối u. Việc kiểm tra cho thấy có sự sai lệch đáng kể so với giá trị trung bình in vivo hiệu suất dẫn đến sự chồng chéo đáng kể giữa các hạt nano có kích thước khác nhau. Điều quan trọng là sự phụ thuộc của hành vi in vivo vào kích thước hạt nano tuân theo các mô hình có thể dự đoán được không chỉ dựa trên các đặc điểm riêng lẻ của từng khối u mà còn trên các vùng khác nhau trong cùng một khối như khối u nguyên phát hoặc di căn, giai đoạn và độ hung hăng của khối u, cơ quan vật chủ, đặc điểm mạch máu vùng và huyết động).
Để một hạt nano có thể di chuyển thành công và liên kết với mục tiêu sinh học của nó, trước tiên nó phải có khả năng di chuyển trong máu trong khi tránh sự hấp thu của các đại thực bào, đặc biệt là trong hệ thống lưới nội mô. Kích thước hạt nano lần đầu tiên được xác định là một thông số quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ hấp thụ của đại thực bào. Các hạt nhỏ hơn 5 nm nhanh chóng bị loại bỏ khỏi vòng tuần hoàn thông qua thoát mạch hoặc thanh thải ở thận và khi kích thước hạt tăng từ phạm vi nanomet lên khoảng 15 µm, sự tích tụ chủ yếu xảy ra ở gan và lá lách.
Công nghệ nano đã cung cấp khả năng phân phối thuốc đến các tế bào cụ thể bằng cách sử dụng các hạt nano. Việc tiêu thụ thuốc tổng thể và các tác dụng phụ có thể giảm đáng kể bằng cách chỉ đưa hoạt chất vào vùng bệnh và không dùng liều cao hơn mức cần thiết. Phân phối thuốc đúng mục tiêu nhằm giảm tác dụng phụ của thuốc với việc giảm tiêu thụ và chi phí điều trị đồng thời. Phân phối thuốc tập trung vào việc tối đa hóa khả dụng sinh học ở cả những vị trí cụ thể trong cơ thể và trong một khoảng thời gian. Điều này có thể đạt được bằng cách nhắm mục tiêu phân tử bởi các thiết bị được kỹ thuật hóa nano. Lợi ích của việc sử dụng kích thước nano là thời gian phản ứng sinh hóa cũng ngắn hơn nhiều. Công nghệ Nanomedicine nhanh hơn và nhạy hơn so với phân phối thuốc thông thường. Hiệu quả của việc phân phối thuốc thông qua nanomedicine chủ yếu dựa trên: bao gói thuốc hiệu quả, phân phối thuốc thành công đến vùng được nhắm mục tiêu của cơ thể, và giải phóng thuốc thành công.
Hệ thống phân phối thuốc cũng có thể ngăn ngừa tổn thương mô thông qua việc giải phóng thuốc có quy định; giảm tỷ lệ thanh thải thuốc; hoặc giảm thể tích phân phối và giảm tác dụng trên mô bình thường. Kích thước của các hạt nano cho ứng dụng lâm sàng trải dài từ 5 đến 200 nanomet. Kích thước là một yếu tố quyết định chính trong việc bố trí các hạt nano cho phép chúng tích tụ ưu tiên ở các vị trí khối u rắn, được đặc trưng bởi tính thấm mao mạch máu được tăng cường và giảm dẫn lưu bạch huyết. Phân phối thuốc đến đúng mục tiêu thay vì các cơ quan ngoài mục tiêu là một trong những tính năng hấp dẫn nhất.