Ứng dụng của nano trong y sinh

L/O/G/O
Ứng dụng cuả Nano trong
y - sinh học
Nội dung bài báo cáo
4
Phân tách chọn lọc tế bào
1
2
3
5
Dẫn truyền thuốc
Phương pháp tăng nhiệt cục bộ
Tạo ảnh sinh học
Ứng dụng trong phẫu thuật thẩm mỹ
Các vật liệu Nano nhiều ứng dụng
6
4
I. Phân tách chọn lọc tế bào
•
Phân tách tế bào sử dụng các hạt nanô từ tính là một
trong những phương pháp thường được sử dụng.
•
Các hạt nano từ tính dùng trong y – sinh học thường
có dạng chất lỏng từ, còn gọi là nước từ, gồm 3 phần:
hạt nano từ tính, chất hoạt hóa bề mặt và dung môi
•
Ưu điểm của hạt nano từ tính:
+ Kích thước : 1-100nm
+ Bề mặt: có khả năng tương thích với các thực thể
sinh học
+ Tính chất vật lý: có thể thao tác bằng từ trường

(điều khiển bằng từ trường ngoài)
www.themegallery.com
I. Phân tách chọn lọc tế bào
•
Quá trình phân tách được chia làm
hai giai đoạn:
* Đánh dấu thực thế sinh học cần
nghiên cứu
* Tách các thực thể được đánh
dấu ra khỏi môi trường bằng từ
trường.
1. Quá trình đánh dấu
•
Các hạt nano từ được bao phủ bởi một loại
hóa chất (chất hoạt hóa) có tính tương hợp
sinh học như là polyvinyl alcohol (PVA),
•
Các hạt nano từ này sẽ có tính chất tương tự
các phân tử trong hệ miễn dịch, đã có thể tạo
ra các liên kết với các tế bào hồng cầu, tế
bào ung thư phổi, vi khuẩn, tế bào ung thư
đường tiết niệu.
2. Quá trình phân tách
•
Quá trình phân tách được thực hiện nhờ một
gradient từ trường ngoài.
•
Từ trường ngoài tạo một lực hút đối với các
hạt từ tính có mang các tế bào được đánh
dấu. Các tế bào không được đánh dấu sẽ

không được giữ lại và thoát ra ngoài.
•
Lực tác động lên hạt từ tính được cho bởi
phương trình sau:
vRF
m
∆=
πη
6
www.themegallery.com
Sơ đồ đơn giản về cơ phân tách tế bào
I. Phân tách chọn lọc tế bào
Tách ADN của siêu vi Herpes bằng hạt
nano từ tính
•
Hạt nano từ tính chức năng hóa amino còn
được sử dụng để tách ADN của siêu vi
Herpes gây bệnh ngoài da và bệnh đường
sinh dục. Bằng cách chức năng hóa amino
hạt nano ô-xít sắt để gắn kết với một đoạn
ADN dò đặc trưng cho siêu vi Herpes,
ADN đích trong bệnh phẩm cần xét
nghiệm sẽ gắn kết với hạt nano có
ADN dò được phân tách bằng một nam
châm
www.themegallery.com
II. Dẫn truyền thuốc
•
Dẫn truyền thuốc là việc dùng các hạt nano như là
hạt mang thuốc đến vị trí cần thiết trên cơ thể.

•
Cơ chế chung: Hạt nano có tính tương hợp sinh
học được gắn kết với thuốc điều trị.Thông thường
hệ thuốc/hạt tạo ra một chất lỏng và đi vào cơ thể
thông qua hệ tuần hoàn. Và khi các hạt tải được tập
trung tại vùng cần điều trị thì quá trình nhả thuốc
diễn ra thông qua cơ chế hoạt động của các enzym
hoặc các tính chất sinh lý học do các tế bào ung
thư, các khối u gây ra như độ pH, quá trình
khuyếch tán hoặc sự thay đổi của nhiệt độ.

www.themegallery.com
II. Dẫn truyền thuốc
•
Có hai ưu điểm cơ bản là:
+ Thu hẹp phạm vi phân bố của các thuốc
trong cơ thể nên làm giảm tác dụng phụ của
thuốc.
+ Giảm lượng thuốc điều trị.
•
Phân loại hạt nano dẫn truyền thuốc vào tế bào:
1. Hạt nano từ tính sử dụng Gradient: hạt oxit
sắt
2. Hạt nano sử dụng liên kết hóa học:
liposome, polymer.
www.themegallery.com
II. Dẫn truyền thuốc
•
Hạt nano từ tính sử dụng gardient điều khiển
đến vùng cần điều trị:

www.themegallery.com
Chất lỏng từ
Hạt nano có
Tính tương hợp
Sinh học
Hệ tuần hoàn
Thuốc điều trị
cơ thể
Gardient từ trường ngoài
rất mạnh
Tế bào
Cần điều trị
II. Dẫn truyền thuốc
•
Hạt nano sử dụng liên kết hóa học để
đưa thuốc tới vùng điều trị:
www.themegallery.com
Hạt
nano
: Phân tử thuốc
kết hợp ở vỏ hạt
: Phân tử thuốc được
chứa bên trong hạt
: phân tử thuốc
II. Dẫn truyền thuốc
www.themegallery.com
Liposome: là một loại hạt có vỏ kép được thiết kế có
tính ưa nước ở bề mặt trong và ngoài để có thể di
chuyển trong môi trường sinh học và chứa phân tử
thuốc trong trạng thái dung dịch nước.

II. Dẫn truyền thuốc
Bề mặt vỏ liposome được thiết kế với thành phần hóa
học thích hợp sao cho hạt biết tránh các tế bào khoẻ
mạnh và chỉ có thể tác dụng với tế bào ung thư và
nhả thuốc khi gặp một môi trường có một nhiệt độ
hay pH nhất định.
Ngoài ra:
•
Liposome còn dùng trong trị liệu gen: nén nhỏ
các phân tử ADN hoặc plasmit cồng kềnh và vận
chuyển vào trong nhân tế bào.
•
Khả năng ứng dụng liposome như chất thay thế
hồng cầu nhằm vận chuyển oxy có rất nhiều triển
vọng.
www.themegallery.com
II. Dẫn truyền thuốc
•
Polymer cũng là vật tải thuốc có chức
năng tương tự liposome.
•
Vật liệu polymer thường được dùng
là polymer sinh học chitosan (chế biến
từ vỏ tôm) hay polymer tổng hợp.
www.themegallery.com
Polymer
Mixen
Polymer
Tế bào
Hạt tải

thuốc
Kết tụ
Kết hợp
phân tử
thuốc
Hệ thống tuần
hoàn qua
mạch máu
4 (nm) < Kích thước hạt nano <400 (nm)
•
Phương pháp này là quá trình điều trị sử dụng
các hạt nano từ tính để tăng nhiệt độ của một
vùng cơ thể có khối u ác tính hoặc các u khác.
•
Cơ chế: Các hạt nano từ tính có kích thước từ
20-100 nm được phân tán trong các mô mong
muốn. Sau đó tác dụng một từ trường bên ngoài
đủ lớn về cường độ và tần số để làm cho các hạt
nano hưởng ứng mà tạo ra nhiệt nung nóng
những vùng xung quanh. Nhiệt độ khoảng 42°C
trong khoảng 30 phút có thể đủ để giết chết các
tế bào ung thư.
www.themegallery.com
III. Phương pháp tăng nhiệt (gây sốt)
cục bộ
III. Phương pháp tăng nhiệt (gây sốt)
cục bộ
•
Phần lớn các thí nghiệm được tiến hành với
hạt siêu thuận từ. Với hạt siêu thuận từ, khi

áp dụng một từ trường xoay chiều thì hạt sẽ
hưởng ứng dưới tác dụng của từ trường đó.
Sự hưởng ứng được thể hiện bằng chuyển
động quay vật lý và quay mô men từ của hạt.
Lượng nhiệt thoát ra được cho bởi phương
trình sau:
P = m
0
π f c H
2
www.themegallery.com
•
Ưu điểm là cho phép chỉ làm nóng
trực tiếp khối u.
•
Để tăng hiệu quả của phương pháp
này, người ta tránh sử dụng các hạt
nano hấp thụ nhiều năng lượng
trong từ trường xoay chiều. Nhiệt
năng phụ thuộc rất nhiều vào kích
thước và hình dạng của hạt
www.themegallery.com
III. Phương pháp tăng nhiệt (gây sốt)
cục bộ
IV. Tạo ảnh sinh học
Cơ chế : Khi được kích hoạt bằng sóng có
năng lượng cao như tia tử ngoại, hạt nano
phát huỳnh quang cho nhiều màu sắc khác
nhau tùy vào kích cỡ của hạt theo qui luật
lượng tử. Đặc tính phát quang của hạt nano

đã được tận dụng một cách linh hoạt trong
việc tạo ảnh, thắp sáng các tế bào trong
nhiều ứng dụng y sinh học.
www.themegallery.com
Phương pháp
Hạt nano
Phát huỳnh quang
Tế bào
Tạo ảnh
Năng lượng cao
hv
Bảng 1 : Bước sóng và năng lượng sóng.
Ánh sáng
Bước sóng (nm) Năng lượng sóng (eV)
Tia tử ngoại ngắn hơn 380 lớn hơn 3,3
Tím 380 3,3
Xanh 450 2,8
Xanh lục 530 2,3
Vàng 580 2,1
Đỏ 720 1,7
Tia hồng ngoại dài hơn 720 nhỏ hơn 1,7


Đặc điểm và ứng dụng
•
Dựa trên nguyên tắc phát quang theo qui luật
lượng tử, hạt nano được chế tạo với nhiều kích cỡ
và bề mặt được cải biến với kháng thể hay phân
tử sinh học. Hạt sẽ kết hợp với các loại tế bào
khác nhau và dưới kính hiển vi các tế bào sẽ rực

sáng như bầu trời đầy sao giúp ta thu được hình
ảnh sinh học của các tế bào được đánh dấu.
•
Đồng thời, hạt nano phát quang còn được kết hợp
với dẫn truyền thuốc. Vừa có thể phát quang tạo
ảnh, vừa tìm và kết nối với tế bào ung thư và nhả
thuốc tấn công mục tiêu.
Vật liệu
•
Hạt nano của một số hợp chất bán dẫn chẳng
hạn như CdS, CdSe có đặc tính phát huỳnh
quang. Tuy nhiên, cadmium mang độc tính
không thích hợp cho việc ứng dụng trong cơ
thể. Để khắc phục khuyết điểm này, một lớp
ZnS được phủ lên bề mặt CdSe ngăn chận sự
rò rỉ của cadmium. Sau đó, các loại nhóm
chức, phân tử sinh học, kháng thể, protein,
được kết hợp trên bề mặt hạt cho từng ứng
dụng khác nhau.
•
Kết hợp phân tử sinh học (□) và hạt
nano phát quang (o) vào bề mặt
liposome để cho ra một vật liệu đa năng
www.themegallery.com
Vật liệu
Trong phẩu thuật thẩm mĩ đang hình thành ngành Cosmetic
Nano Surgery (tạm dịch Nano phẫu thuật thẩm mỹ). KTN (kĩ
thuật nano) liên quan đến những chất liệu nhỏ hơn 100 nanomét
(1nanomét = 1/triệu mm).
V. Phẫu thuật thẩm mỹ

Hạt nano bạch kim :
Đặc điểm: Bạch kim là kim loai quý hiếm,
không độc, không mùi và an toàn, có thể dùng theo
đường ăn uống.
V. Phẫu thuật thẩm mỹ