nnv-3
October 27, 2017

Chữa ung thư bằng nano vàng: Phần 2 – Ứng dụng của nano vàng trong chẩn đoán và điều trị ung thư

Đã có một số sản phẩm nano vàng được cho phép sử dụng cho chẩn đoán y học, tuy nhiên số này còn rất ít. Và mối quan tâm hàng đầu của FDA là hệ quả lâu dài của nano vàng trên cơ thể con người.

Ví dụ trong chẩn đoán bệnh bằng CT, 1.35 g vàng /kg là rất nhiều và vượt ngưỡng cho phép. Trong khi đó sử dụng phương pháp quang âm chỉ cần 22.7 µg vàng/kg. Việc sử dung nano vàng trong lâm sàng cần được kết hợp chặt chẽ giữa các bác sỹ và nhà khoa học.

Mời xem: Chữa ung thư bằng nano vàng: Phần 1 – Lý thuyết và thực tiễn – TS Vũ Quang Hiếu

Ứng dụng của Nano vàng trong y học:

Có thể nói nano vàng được sử dụng trong 3 lãnh vực chính (hình 1):

  • Điều trị bệnh
  • Chẩn đoán bệnh bằng hình ảnh
  • Chẩn đoán bệnh ở mức độ phân tửnnv-1

Hình 1: Ứng dụng của nano vàng trong y học. Tùy vào kích thước , hình dạng của nano vàng mà chúng được dùng vào các mục đích khác nhau. 1: Điều trị bệnh như nhiệt hóa trị, kết hợp với xạ trị, kết hợp vận chuyển phân tử thuốc và vật liệu di truyền. 2: Chẩn đoán bệnh bằng hình ảnh: chụp X-quang, huỳnh quang, chụp phổ khuếch tán Raman (Surface enhanced Raman Spectroscopy), Chụp quang âm. 3: Chẩn đoán bệnh ở mức độ phân tử.

  1. Chữa trị ung thư

Có thể việc sử dụng vàng trong chữa trị ung thư được tóm gọn trong bảng dưới (hình 2): 1: Quang nhiệt trị, 2: Quang hóa trị, 3: Kết hợp với xạ trị, 4 : Kết hợp đưa thuốc trong điều trị trúng đích

nnv-2

Hình 2: Ứng dụng của nano vàng trong điều trị bệnh. Bao gồm quang nhiệt trị, quang hóa trị, kết hợp với xạ trị, kết hợp với chữa trị và đưa thuốc trúng đích (1).

1.1 : Quang nhiệt trị (Photo thermal therapy):

Cơ chế của phương pháp: Khi có ánh sáng chiếu vào nano vàng, các electron bề mặt hạt nano sẽ bị kích thích, cộng hưởng với nhau và biến đổi thành nhiệt năng trong vòng 1 ps (1 phần 1 tỷ của giây).

Cơ chế diệt tế bào ung thư: Sau khi tập trung ở trong tế bào ung thư (có thể tiêm trực tiếp hay điều trị trúng đích), các nano vàng này sẽ đươc kích thích tạo nhiệt trong khoảng 41oC đến 47oC và tiêu diệt các tế bào ung thư.

Điều kiện :

  • Phương pháp sử dụng ánh sáng trong vùng hồng ngoại có bước sóng trên 650nm. Vì các bước sóng trong phổ hồng ngoại có khả năng đi sâu vào cơ thể hơn những sóng ánh sáng bình thường (ánh sáng thấy được bằng mắt người).
  • Do đó hình dạng và kích thước của nano vàng phải được điều chỉnh sao cho thõa mãn điều kiện trên. Thông thường chúng phải có hình que, hình sao, hình nhẫn, hình hộp và hình cầu rỗng ruột.
  • Mật độ tập trung của nano vàng tại khối ung thư phải cao đủ để tạo nhiệt.

1.2: Quang hóa trị

Cơ chế: Các hạt nano vàng hoặc nano vàng kết hợp với các chất nhạy cảm ánh sáng (photosensitizer) tạo ra ra các Oxi nguyên tử sau khi bị kích thích bởi tia lazer.

Cơ chế tiêu diệt tế bào ung thư: Các oxy nguyên tử tạo ra sau quá trình trên có tính oxy hóa cao, do đó chúng sẽ oxy hóa các protein nội bào, thành tế bào từ đó tiêu diệt tế bào ung thư.

Điều kiện: Quang hóa trị được sử dụng để điều trị một số ung thư. Tuy bản thân nano vàng có khả năng tạo ra oxy nguyên tử sau khi bị kích thích, tuy nhiên, chúng có thể được kết hợp với các chất cảm biến ánh sáng khác để tạo ra oxy nguyên tử hiệu quả hơn.

  • Phương pháp này cần kết hợp điều trị trúng đích và phương pháp quang nhiệt trị ở trên để đạt hiệu quả cao hơn.
  • Ánh sáng sử dụng ở đây nằm trong vùng hồng ngoại (tương tự phương pháp trên)

Mời xem thêm: Tại sao điều trị ung thư cần phải Hóa trị? – BS Trần Hoàng Hiệp

1.3: Kết hợp với xạ trị

Cơ chế: Xạ trị là phương pháp sử dụng tia X hay tia Gamma , tia electron, proton v.v. với năng lượng cao để tiêu diệt tế bào ung thư từ đó làm chậm quá trình phát triển của khối ung thư. Cũng giống như quang hóa trị và quang nhiệt trị, xạ trị chỉ ảnh hưởng và tiêu diệt tế bào ung thư trong vùng được chiếu vào.  Tia X hay tia gamma có khả năng xuyên qua sâu hơn vào cơ thể so với tia hồng ngoại. Tuy nhiên, mặt trái của xạ trị là ngoài tiêu diệt tế bào ung thư, nó còn tiêu diệt luôn cả các mô khỏe mạnh xung quanh. Nhằm tăng cường hiệu quả tiêu diệt tế bào ung thư, các tia X này được thay đổi góc chiếu để chúng có thể tác động vào nhân tế bào ung thư, phá hủy các vật liệu di truyền của chúng.

Khác với xạ trị, phương pháp sử dụng chất nhạy với tia X, làm tăng khả năng tiêu diệt tế bào ung thư tại nơi nó lưu trú.

Có rất nhiều chất nhạy với tia phóng xạ (radio sensitizer) dùng kết hợp với xạ trị đươc phát triển, và nano vàng là 1 trong số đó.  Vì nano vàng có mật độ phân tử cao, mức hấp thụ năng lượng lớn và ít độc với cơ thể. Tại khối ung thư, vàng sẽ hấp thu và tán xạ tia X (thay đổi góc ánh sáng) ra xung quanh nó giúp tiêu diệt tế bào ung thư hiệu quả hơn.

Ví dụ: khoảng 2.7 gram nano vàng (1.9 nm) được tiêm vào tĩnh mạch chuột mang khối ung thư. Kết quả cho thấy,  chuột được xạ trị với nano vàng sống sót đến 86% so với (20%) chuột chỉ xạ trị hoặc tiêm nano vàng sau 1 năm.

Điều kiện:

Để sự dụng nano vàng như là chất bổ trợ cho quá trình xạ trị, nano vàng phải được biến đổi để có khả năng đi tới khối ung thư.

Cho đến nay, cơ chế tăng độ nhạy trong xạ trị vẫn chưa rõ, tuy nhiên, việc hấp thụ ánh sáng lượng tử của vàng là kV (kilovoltage), tuy nhiên trong điều trị cho người mức năng lượng được sử dụng ở MV (megavoltage), do đó cơ chế của hiện tượng này chưa rõ (1,2). Ngoài ra, kết quả còn phụ thuộc vào nồng độ của nano vàng, kích thước, khoảng cách từ mục tiêu đến nano vàng.

  • Nano vàng có khả năng mang thuốc

Ngoài khả năng tiêu diệt các tế bào ung thư thông qua các kích thích quang học, nano vàng có thể gắn kết với một số loại thuốc, đưa chúng đến tế bào ung thư và phân phối thuốc theo ý đồ điều trị thông qua sóng hồng ngoại. Các phân tử thuốc có thể gắn lên nano vàng qua 4 cách khác nhau.

a: Thuốc nằm trong ma trận polimer xung quanh nano vàng. Khi đươc chiếu tia hồng ngoại, nano vàng sẽ nóng lên, phá hủy ma trận polymer và giải phóng thuốc.

b: Phân tử thuốc và nano vàng cùng nằm trong 1 nano liposome khác. Sau khi được kích thích bằng tia hồng ngoại, nano vàng tăng nhiệt độ gây vỡ liposome và giải phóng thuốc.

c: Các phân tử thuốc gắn kết với nano vàng qua liên kết hóa học, khi các nano vàng này bị kích thích, các liên kết hóa học sẽ đứt gãy và giải phóng thuốc.

d: Các phân tử thuốc nằm trong ma trận silica xung quanh nano vàng. Khi nano vàng nóng lên, nó sẽ đẩy các phân tử  thuốc ra khỏi lớp vỏ silica của nó.

1.5 Kết hợp giữa nano vàng và điều trị trúng đích:

Các tế bào ung thư rất bất thường, chúng tạo ra vô số thụ thể trên bề mặt tế bào nhằm hấp thu tối đa các chất dinh dưỡng hay hormone, cytokine (chất kích thích sinh trưởng.,.,), hoặc chỉ là những phân tử đánh dấu (marker) đặc biệt. Ví dụ thụ thể của Folic acid, thụ thể EGF (epidermal growth factor). Nhờ vào điều này, các nano vàng được gắn kết với các ligand(*), để chúng có thể tương tác với các thụ thể của tế bào ung thư và đưa thuốc vào tế bào này. Ví dụ, nano vàng được gắn kết với folic acid (folic acid) để tương tác với thụ thể folic acid. Tương tự chúng có thể gắn kết với các ligand khác như kháng thể đơn dòng, những đoạn protein nhỏ để tương tác với các thụ thể khác.

(*) ligand là thể liên kết đặc hiệu. Ví dụ: Ligand A  chỉ có thể nhận diện và liên kết đặc hiệu với thụ thể A giống như nguyên tắc chìa khóa và ổ khóa.

Mời xem thêm: Đột phá mới nhất trong điều trị ung thư: tế bào CAR-T – Tee Nguyễn

  1. Chẩn đoán bệnh bằng hình ảnh

Các nano vàng được sử dụng trong 5 lĩnh vực sau: chẩn đoán bệnh bằng X-ray, bằng phương pháp huỳnh quang, phương pháp khối phổ Raman và phản xạ ánh sáng.

2.1 Chẩn đoán bệnh bằng phương pháp chụp X-quang

Do mật độ nguyên tử trong vàng nói riêng và kim loại nói chung lớn, nên chúng có khả năng hấp thụ các tia X. Do đó chúng có khả năng thay thế các chất cảm quang Iodine truyền thống đang sử dụng trong lâm sàng (3). Bên cạnh đó, các nano vàng có thể được biến đổi cho phép chúng có khả năng tuần hoàn trong máu lâu hơn, gắn kết với các ligand. Từ đó cho phép việc chẩn đoán bệnh chính xác hơn.

Ngoài ra, các hạt nano vàng còn có khả năng kết hợp với Gd (chất cản từ sử dụng trong cộng hưởng từ hạt nhân) hoặc các chất phát huỳnh quang để nâng cao hiệu quả chẩn đoán.

 

nnv-3

Hình 3:hình ảnh 3 chiều chụp CT của chuột mang khối ung thư. (A) chuột kiểm chứng, chỉ tiêm nước muối sinh lý, (B) Chuột tiêm với nano vàng (không có ligand), (C) Chuột tiêm với nano vàng mang ligand EGFR. Mũi tên chỉ vị trí khối ung thư.  (4)

2.2 Chẩn đoán bệnh bằng phát huỳnh quang

Các hạt nano vàng có khả năng phát huỳnh quang với những bước sóng khác nhau. Thông thường các nano vàng hình que và nano vàng phủ bề mặt được sử dụng vì chúng có khả năng phát huỳnh quang trong vùng hồng ngoại. Các hạt nano vàng hình que hay dạng vỏ thường được sử dụng trong trường hợp này. Chúng có thể được thay đổi để hấp thu và phát ra những bước sóng chuyên biệt khác nhau. Tuy nhiên chẩn đoán bằng huỳnh quang chỉ khả dĩ thực hiện trên các động vật nhỏ, và khó áp dụng cho người vì sóng hồng ngoại khó có khả năng xuyên qua các mô dày.

2.3 Chẩn đoán bằng khối phổ bề mặt Raman.

Khối phổ Raman là kỹ thuật nghiên cứu sự rung động, xoay , v.v. của các phân tử. Khối phổ Raman khá phức tạp, nhưng đặc trưng cho từng loại phân tử. Do đó chúng có khả năng cung cấp chính xác các thành phần hóa học có trong mẫu. Tuy có tính đặc hiệu cao, nhưng pp khối phổ Raman có tính nhạy thấp, chỉ có 1 trên 108 photon là phổ Raman. Hạt nano vàng có khả năng khuếch tán cộng hưởng khối phổ này từ đó tăng độ nhạy của chẩn đoán.

2.4 Chẩn đoán bằng quang âm (photo acoustic imaging)

Trong chẩn đoán bằng quang âm, sau khi vật thể được chiếu tia lazer, chúng sẽ nóng lên, giãn nở tạo âm thanh. Kích thích nhịp laser liên tục sẽ tạo ra sóng siêu âm. Ưu điểm của phương pháp này là chúng sử dung tia hồng ngoại để kích thích tạo sóng siêu âm. Vì các mô trong cơ thể là khác nhau nên các bước sóng này sẽ khác nhau. Vì nano vàng có khả năng hấp thu các bước sóng ánh sáng rất tốt, nên chúng được sử để tăng chất lượng hình ảnh chẩn đoán.

2.5 Chẩn đoán quang học

Nano vàng có khả năng phản xạ ánh sáng tốt hơn so với các nanoparticles khác. Việc thay đổi hình dạng và cấu trúc của nano vàng cũng có thể điều chỉnh mức độ phản xạ của chúng. Vàng được chuộng hơn so với những chất phát huỳnh quang khác do chúng không bị mờ theo thời gian. Ánh sáng sử dụng ở đây chủ yếu nằm trong vùng nhìn thấy được và phương pháp này cho đến nay chỉ áp dung chẩn đoán ở mức độ tế bào.

Mời xem thêm: Các xét nghiệm hình ảnh trong ung thư – BS Đặng Phước Hưng

 

Chịu trách nhiệm nội dung: TS Vũ Quang Hiếu

Góp ý nội dung: TS Nguyễn Hồng Vũ


Tài liệu tham khảo
:

  1. Mieszawska AJ, Mulder WJM, Fayad ZA, Cormode DP. Multifunctional Gold Nanoparticles for Diagnosis and Therapy of Disease. Molecular Pharmaceutics 2013;10(3):831-847.
  2. Yao C, Zhang L, Wang J, et al. Gold Nanoparticle Mediated Phototherapy for Cancer. Journal of Nanomaterials 2016;2016:29.
  3. Gold nanoparticles as contrast agents in x-ray imaging and computed tomography. Nanomedicine : nanotechnology, biology, and medicine 2015;10(2):321-341.
  4. Reuveni, T., Motiei, M., Romman, Z., Popovtzer, A., and Popovtzer, R. (2011). Targeted gold nanoparticles enable molecular CT imaging of cancer: an in vivo study. Int. J. Nanomed. 6, 2859–2864.
';
Hiếu Vũ

About Hiếu Vũ

TS Vũ Quang Hiếu
Interdisciplinary Nanoscience Center (iNANO)
Aarhus University, Denmark

  •  

Leave a Comment