Nghiên cứu tác dụng chống ung thư của dung dịch hoạt hóa điện hóa và hạt

Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Thực nghiệm

Phí Thị Xuyến Cao học 16 (2007-2009)
1

MỞ ĐẦU

Ung thư hiện đang là mối đe dọa trên toàn cầu, thách thức hệ thống y tế của
mọi quốc gia với hàng chục triệu trường hợp mắc bệnh, khoảng 7 triệu người chết
mỗi năm. Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) khuyến cáo rằng đây là bệnh có khả năng
gây tử vong hàng đầu thế giới trong thế kỷ XXI.
Chạy đua cùng với sự gia tăng nhanh chóng của số người mắc bệnh ung thư,
các nhà khoa học ở các phòng thí nghiệm khắp nơi trên thế giới cũng đang gấp rút
tìm ra phương pháp chữa trị ung thư mới không những có hiệu quả cao mà còn ít
gây hại đối với cơ thể. Ngoài các hợp chất tự nhiên có nguồn gốc từ động vật và
thảo dược được chú trọng tìm kiếm, khai thác và tách chiết và chế biến làm thuốc
chữa ung thư, các nhà khoa học còn quan tâm đến một số vật liệu khác được chế tạo
bằng công nghệ hóa lý có các hoạt tính sinh học. Trong số đó có một số chất như
Cis – Platin đã trở thành thuốc có hiệu lực chữa ung thư cao. Ngày nay một số vật
liệu khác đang được thế giới quan tâm về khả năng ứng dụng trong ung thư như
dung dịch HHĐH (4) (6) (25) (31), các vật liệu từ có kích thước nano hay vẫn được
gọi là chất lỏng từ (15) (18).
Dung dịch HHĐH (Electrochemical Activated Water) đã và đang được các
nhà khoa học Viện Khoa học Công nghệ Môi trường nghiên cứu và đã thành công
về quy trình chế tạo và đưa vào ứng dụng trong một số bệnh viên để sát khuẩn, khử
trùng. Dung dịch HHĐH cũng đã được một số tài liệu trong nước công bố là có tác
dụng ức chế khối u, công trình đã chỉ ra rằng dung dịch này có khả năng làm giảm
tỷ lệ phát sinh khối u thực nghiệm trên chuột (8).
Công nghệ sinh học nano là sự giao thoa giữa công nghệ sinh học và công
nghệ nano. Theo tổ chức NIH (thuộc tổ chức chăm sóc sức khỏe quốc gia Hoa Kỳ)
định nghĩa: công nghệ sinh học nano là việc áp dụng các hệ thống có kích thước

nano vào các thuốc sinh học và sử dụng hệ thống sinh học làm khuôn mẫu để phát
triển các vật liệu mới với kích cỡ nano. Các nguyên liệu nano, có kích thước 1-
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Thực nghiệm

Phí Thị Xuyến Cao học 16 (2007-2009)
2

1000nm, cho phép tương tác duy nhất với hệ thống sinh học ở mức độ phân tử đã
tạo ra những thúc đẩy, những tiến bộ quan trọng trong xác định, chuẩn đoán và điều
trị ung thư ở người và hình thành những phương pháp mới của u bướu học nano.
Các hạt nano đang được phát triển cho việc chuẩn đoán bằng hình ảnh khối u in
vivo nhờ sự định hình sinh học phân tử của các bio marker nano hay những đặc
điểm từ tính, phát màu của vật liệu nano, sự phân phối thuốc có đích để chuẩn đoán
và điều trị nhiều bệnh ác tính .
Hạt nano từ đang được các nhà khoa học thuộc viện Khoa học Vật liệu thuộc
viện Khoa học Công nghệ Việt Nam chế tạo để ứng dụng vào điều trị ung thư bằng
phương pháp gia nhiệt (hyperthermotherapy). Hạt nano từ được làm từ Fe
3
O
4
và
thường được bọc bằng một số vật liệu như dextran, carboxydextran, tinh bột
(starch), chitosan… để làm tăng sự phân bố đồng đều trong chất lỏng từ và tăng tính
tương hợp sinh học khi đưa vào cơ thể sống. Khi hạt nano từ được tập trung tại một
vùng nào đó trong cơ thể, dưới tác động của một từ trường bên ngoài có thể làm
tăng nhiệt độ của vùng đó lên đến 50
o
C, đó chính là cơ sơ của liệu pháp nhiệt trị
ung thư.
Để góp phần đưa một số vật liệu mới như dung dịch HHĐH, hạt nano từ

được sản xuất tại Việt Nam vào ứng dụng trong điều trị ung thư, chúng tôi nhận đề
tài: Nghiên cứu tác dụng chống ung thư của dung dịch hoạt hóa điện hóa và hạt
nano từ” làm đề tài luận văn cao học nhằm thực hiện một số nhiệm vụ cơ bản sau:
1. Thử tác dụng kháng u báng trên chuột của dung dịch HHĐH
2. Thử áp dụng liệu pháp nhiệt trị ung thư ex vivo
3. Nghiên cứu phương pháp đưa một số vật liệu nano từ vào khối u thực
nghiệm in vitro
Kết quả của đề tài là cơ sở để góp phần đẩy mạnh nghiên cứu và ứng dụng
phương pháp sử dụng hạt nano từ trong nhiệt trị ung thư. Đồng thời kiểm chứng lại
những nghiên cứu trước đó về khả năng ức chế sự hình thành u báng của dung dịch
hoạt hóa điện hóa trên chuột nhắt trắng Swiss mang tế bào ung thư Sarcoma 180.
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Thực nghiệm

Phí Thị Xuyến Cao học 16 (2007-2009)
3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. DUNG DỊCH HHĐH VÀ ỨNG DỤNG TRONG Y SINH
1.1.1. Đặc điểm của dung dịch hoạt hóa điện hóa
a) Các thông số kỹ thuật của dung dịch HHĐH
Dung dịch hoạt hóa điện hóa gồm hai loại: dung dịch Anolyte và dung dịch
Katholyte. Các chỉ tiêu quyết định đặc tính, tác dụng của dung dịch HHĐH là chỉ số
pH và chỉ số ORP (Oxidation-Reduction Potential) :
 pH là đại lượng thường dùng để đánh giá nồng độ ion hydro
trong dung dịch và nó có thể dao động trong khoảng từ 0 đến 14.
Giá trị pH đạt từ 0 - 7 dung dịch mang tính axit, còn khi đạt từ 7
- 14 thì dung dịch mang tính kiềm.
 ORP là chỉ số ôxi hóa khử: là công chuyển điện tử từ chất ôxi
hóa tới chất khử hay từ chất khử sang chất ôxi hóa .

Nước tự nhiên trung tính có độ pH xấp xỉ 7,0 còn ORP=(+)100 - (+)400mV.
Khi được hoạt hóa thì pH của dung dịch Katholyte tăng đạt 8-12 và ORP nhận giá
trị âm; trong khi đó dung dịch Anolyte có pH giảm xuống đến 2,5-6 còn ORP có thể
tăng lên đén (+)1000mV.
b) Đặc tính của dung dịch Anolyte và dung dịch Katholyte
* Đặc tính của dung dịch Anolyte được đảm bảo bởi các thông số vật lý và
hóa học sau:
- Các thông số vật lý của dung dịch Anolyte: chất lỏng trong suốt, không
màu, có mùi axit, và hơi chua.
- Các thông số hóa học chủ yếu: pH=2,5-6,5; thế ôxi hóa khử đạt tới
+1000mV, hàm lượng các chất ôxi hóa quy đổi ra Clo hoạt tính = 250-300 (mg/l);
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Thực nghiệm

Phí Thị Xuyến Cao học 16 (2007-2009)
4

các hợp chất ôxi hóa chính của dung dịch Anolyte: HO
*
, HO
2
-
, H
2
O
2
, O
3
, HClO,
ClO
-

,…
* Dung dịch Katholyte là chất lỏng có màu xám đục, sau một thời gian thì
các loại muối lắng xuống đáy và dung dịch trở nên trong. Các thông số chính của
dung dịch Katholyte: giá trị pH đạt 7,5-13; giá trị ORP ở mức âm <(-) 350mV; hàm
lượng các chất ôxi hóa quy đổi ra Clo hoạt tính là rất nhỏ.
Dung dịch Katholyte rất mềm, không có mùi, các cấu trúc trong dung dịch
tồn tại ở dạng đám nhỏ nên nước trở nên linh hoạt hơn. Dung dịch Katholyte có tác
dụng thúc đẩy các quá trình sinh học, đồng thời nó cũng có tác dụng chống các tác
nhân ôxi hóa gây bệnh trong cơ thể động vật, nâng cao sức chịu đựng với tia xạ ion
hóa, củng cố hệ thống miễn dịch và tăng sức kháng nhiễm trùng (5) (7).
1.1.2. Ứng dụng của dung dịch hoạt hóa điện hóa trong y sinh
a) Điều trị vết bỏng và rửa vết thương trên da
Da là một hệ thống bảo vệ cơ thể con người khỏi những tác nhân gây bệnh từ
bên ngoài. Khi da bị bỏng đồng nghĩa với việc cơ thể mở toang cửa đối với những
tác nhân gây bệnh. Vì thế, bệnh nhân bỏng rất dễ nhiễm các loại vi khuẩn từ bên
ngoài.
Nhiễm khuẩn là một trong những triệu chứng nặng hay gặp ở những bệnh
nhân bỏng. Trong môi trường sống bình thường đã có rất nhiều loại vi khuẩn nhưng
trong môi trường bệnh viện các vi khuẩn này còn nhiều và nguy hiểm hơn vì chúng
là những vi khuẩn gây bệnh và đa số chúng đã kháng thuốc. Mặt khác bản thân vết
bỏng là một môi trường rất thuận lợi cho vi trùng phát triển với các tế bào hoại tử
đã thối rữa, và các chất dịch. Do đó vết bỏng càng lớn thì nguy cơ nhiễm trùng càng
cao và điều này sẽ dẫn đến hậu quả nghiêm trọng với các biến chứng: viêm phổi,
viêm đường tiết niệu, nặng hơn có thể là nhiễm khuẩn máu, nhiễm khuẩn toàn thân
và đe doạ nghiêm trọng đến tính mạng bệnh nhân.
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Thực nghiệm

Phí Thị Xuyến Cao học 16 (2007-2009)
5

Tại nhiều nước trên thế giới (Nhật Bản, Nga ) dung dịch HHĐH đã được
ứng dụng trong việc điều trị bỏng ở các khâu như sát khuẩn vết bỏng chống nhiễm
trùng, kích thích sự tăng sinh của da.
Nhiều nghiên cứu tương tự đã được tiến hành và khẳng định dung dịch
Anolyte có tác dụng chống nhiễm trùng vết bỏng cao : Tại phân khoa bỏng Viện
cấp cứu Skliphocovski N. V - Liên bang Nga đã sử dụng dung dịch HHĐH để áp
lên bề mặt vết bỏng. Nếu vết bỏng là bỏng độ 2 hoặc 3a thì sau khi áp khoảng 5 đến
12 ngày thì thấy vùng bỏng bớt sưng tấy và xuất hiện màng da lành mạnh. Đối với
trường hợp bỏng 3b, sau khi áp dung dịch HHĐH 5 đến 7 ngày đã thấy có rất nhiều
phế chất hóa học và giải phẫu bị thải ra ngoài. Người bị bệnh điều trị bằng dung
dịch HHĐH thấy dịu cảm giác đau, giảm hiện tượng rỉ máu ở vết thương, bớt khó
chịu và giảm hẳn các phản ứng dị ứng. Ưu điểm của việc điều trị vết bỏng bằng
dung dịch HHĐH là đơn giản, dễ thực hiện, tác dụng tốt mà hiệu quả kinh tế lại cao.
Bệnh viện đa khoa Tosei - Nhật Bản cũng tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng
của dung dịch Anolyte đối với các vết thương trên da, vết thương sau phẫu thuật và
đã đưa đến kết luận là dung dịch Anolyte có tác dụng tránh nhiễm trùng, làm giảm
lượng nội độc tố trong máu bệnh nhân rất có hiệu quả, các vết thương trên da chóng
lành (29).
Tác dụng của dung dịch HHĐH trong việc điều trị vết bỏng cũng giống như
đối với vết thương có mủ, được dự liệu là kết hợp hiệu quả diệt khuẩn với làm sạch
khối mủ - hoại thư ra khỏi vết thương, từ đó giúp vết thương chóng lành hơn. Các
nghiên cứu đã khẳng định khả năng làm lành vết thương của dung dịch HHĐH do
vậy có thể ứng dụng dung dịch HHĐH vào việc điều trị vết thương, bỏng trong lĩnh
vực y tế (31).
b) Ứng dụng dung dịch HHĐH để khử khuẩn bệnh viện và dụng cụ y tế.
Bệnh viện là môi trường có chứa nhiều loại vi khuẩn đặc biệt đa số chúng là
những loại vi khuẩn đã kháng thuốc, điều này có ảnh hưởng nghiêm trọng tới các
bệnh nhân. Vi khuẩn có thể tồn tại trong không khí, sàn nhà, bề mặt giường tủ, hay
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Thực nghiệm

Phí Thị Xuyến Cao học 16 (2007-2009)
6

cả những dụng cụ trực tiếp thăm khám cho bệnh nhân Việc khử trùng những dụng
cụ này, đặc biệt đối với những dụng cụ phức tạp, đắt tiền, phải dùng lại cho nhiều
bệnh nhân, bộ máy lọc máu, kính nội soi dạ dày cần những hóa chất chuyên dụng để
tẩy trùng và đảm bảo cho sức khoẻ bệnh nhân là rất cần thiết. Tuy nhiên việc này
cũng gặp phải một số khó khăn như sự thiếu hiểu biết về thiết bị, thuốc khử trùng,
kinh phí. Dung dịch HHĐH đã và đang được nhiều nước ứng dụng rộng rãi trong
việc khử trùng ở bệnh viện.
Đại học Minnesota - Mỹ, Đại học Quốc gia Sao Paulo - Brazil cũng đã tiến
hành thử nghiệm khả năng tẩy trùng của dung dịch Anolyte trên dụng cụ y tế: kính
nội soi ruột, dạ dày và cho kết quả là dung dịch Anolyte có khả năng tiêu diệt vi
khuẩn Gram (-), Gram (+) và tế bào nấm men .
Tại phân viện MZ (Liên Xô) hay khoa lọc máu của bệnh viện Vologodski
cùng nhiều bệnh viện khác của Nga đã sử dụng dung dịch HHĐH (Anolyte) để tiệt
trùng các dụng cụ y tế: bộ lọc máu, làm sạch các dụng cụ chuyên cho việc điều trị
vết bỏng, tẩy rửa các cặn hữu cơ, tẩm vào băng gạc, tẩy sàn.
Việc dùng dung dịch HHĐH để khử trùng có nhiều ưu việt hơn so với các
chất khử trùng truyền thống: Tác dụng diệt khuẩn cao - diệt được nhiều loại vi
khuẩn, vi trùng gây bệnh, kể các những loài có sức đề kháng cao như bào tử, thời
gian diệt khuẩn ngắn hơn nhiều so với các loại hóa chất khác, không bị hiện tượng
nhờn thuốc như các loại hóa chất khác, không độc hại, an toàn cho người sử dụng
thường xuyên tiếp xúc với dung dịch HHĐH. Nguyên nhân là do lượng khoáng thấp
và nồng độ các chất trong dung dịch Anolyte khá nhỏ, dung dịch Anolyte có chứa
nhiều chất sát khuẩn nên có khả năng sát khuẩn cao, có khả năng tiêu diệt được hầu
hết vi khuẩn Gram (+), Gram (-), bào tử, virut, nấm mốc, xạ khuẩn Hơn nữa dung
dịch HHĐH có khả năng kết hợp được với các hóa chất tẩy rửa khác làm tăng hiệu
quả khử trùng. Mặt khác với cùng hiệu quả sử dụng so với các hóa chất khác thì
việc dùng Anolyte để khử trùng lại có hiệu quả kinh tế cao do được sản xuất tại chỗ

Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Thực nghiệm

Phí Thị Xuyến Cao học 16 (2007-2009)
7

bằng thiết bị đơn giản, rẻ tiền, người vận hành không cần chuyên môn cao, không
cần dự trữ và bảo quản dung dịch sử dụng, giá thành rẻ hơn nhiều lần.
Khoa vi sinh và khoa chống nhiễm khuẩn thuộc bệnh viện Bạch Mai đã tiến
hành lấy mẫu và thực hiện hơn 800 xét nghiệm để đánh giá tác dụng sát khuẩn các
bề mặt trong bệnh viện và kết quả cho thấy dung dịch HHĐH có khả năng tiêu diệt
được hơn 10 loại vi khuẩn phổ biến trong bệnh viện: Stafilococus aureus,
Pseudomonas aeruginore, Shigela, Bacilus subtilis, Candida albicans
Với những đặc tính ưu việt trên, nhiều bệnh viện và trung tâm y tế cũng đã
đưa dung dịch HHĐH vào sử dụng: BV Bạch Mai, BV Đống Đa, BV Quân Y 108,
BV Quân Y 103, Viện Bỏng Quốc gia, BV Đa khoa Thái Bình, Viện Vệ sinh Dịch
tễ Trung ương, Viện Y học Lâm sàng các bệnh nhiệt đới, và nhiều trung tâm y tế tại
các tỉnh thành, địa phương trong cả nước (8).
c) Ứng dụng trong điều trị một số bệnh và những nghiên cứu trong lĩnh vực
ung thư
Dung dịch HHĐH cũng được ứng dụng để điều trị một số bệnh liên quan đến
đường tiêu hóa (tiêu chảy), loét dạ dày và tá tràng, viêm gan, viêm ruột kết, bệnh
ngoài da (Eczema), viêm đại tràng, bệnh phì tuyến tiền liệt, bệnh khối u Kết quả
thu được là rất khả quan. Để điều trị các bệnh này các nhà khoa học đã dùng kết
hợp cả dung dịch Anolyte và dung dịch Katholyte với mục đích: dùng Anolyte để
chặn đứng các tác nhân, vi khuẩn gây bệnh, oxi hóa các sản phẩm chưa oxi hóa hết
(trong điều trị loét dạ dày)… tiếp đó dùng Katholyte để làm chất kích thích sinh
học, nâng cao khả năng miễn dịch, phục hồi mô, vùng bị tổn thương (4).
Trong việc điều trị ung thư cũng bước đầu có những thử nghiệm. Nhà sáng
chế Krotov D. L đã dùng dung dịch HHĐH để điều trị cho gần 50 người bệnh, trong
đó có cả bệnh khối u, ông nhận thấy Katholyte có tác dụng nâng cao khả năng miễn

dịch, điều hoà chức năng gan (6).
Tiến sỹ Hyun-Won KIM cũng đã nghiên cứu khả năng ức chế sự phát triển
khối u của dung dịch HHĐH khi tiến hành truyền tế bào ung thư hắc tố B16 để gây
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Thực nghiệm

Phí Thị Xuyến Cao học 16 (2007-2009)
8

u cho chuột C57BL/6. Kết quả thật đáng quan tâm: Kích thước khối u ở ngày thứ 10
là 0,.27 cm
3
với nhóm được uống nước Katholyte trong khi của nhóm uống nước
lọc là 0,48 cm
3
. Kích thước khối u ở ngày thứ 19 là 3,32 cm
3
với nhóm được uống
nước dung dịch Katholyte, trong khi nhóm đối chứng là 6,02 cm
3
, cho thấy tỷ lệ ức
chế là 54%. Thời gian sống của chuột đối chứng là 36 ngày trong khi chuột được
uống dung dịch Katholyte là 44 ngày. Ông cũng khảo sát việc ức chế sự di căn của
các tế bào ung thư B16 của dung dịch Katholyte và nhận thấy rằng số sự ức chế di
căn đạt 44% so với nhóm đối chứng (25).
Và theo nghiên cứu của chúng tôi trước đây về tác dụng của dung dịch
HHĐH trên chuột mang u báng Sarcoma 180 lên tỷ số phát triển u và thời gian sống
thêm của chuột cũng cho thây kết quả tương tự.
Đó là những tiền đề chúng tôi tiến hành các nghiên cứu tiếp theo trong việc
ứng dụng dung dịch HHĐH với ung thư. Và một phần nội dung của luận văn này là
phần kiểm chứng lại tác dụng chống ung thư của dung dịch HHĐH trên chuột nhắt

trắng Swiss mang u báng Sarcoma 180.

1.2. NHỮNG KHÁI NHIỆM CƠ BẢN VỀ HẠT NANO TỪ VÀ ỨNG DỤNG
TRONG Y SINH
1.2.1. Một số khái niệm cơ bản
a) Vật liệu nano
Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nanomet.
Về hình dáng vật liệu, người ta phân chia thành các loại sau:
 Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn
chiều tự do nào cho điện tử), ví dụ như đám nano, hạt nano…
 Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước hạt
nano, điện tử được tự do trên một chiều (hai chiều cầm tù), ví dụ như dây
nano, ống nano…
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Thực nghiệm

Phí Thị Xuyến Cao học 16 (2007-2009)
9

 Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano,
hai chiều tự do, ví dụ như màng mỏng…
 Ngoài ra còn có vật liệu cấu trúc nano hay nanocomposite, trong đó chỉ có
một phần của vật liệu có kích thước nano, hoặc cấu trúc của nó có nano
không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.
Bất cứ vật liệu kim loại nào cũng có sự hưởng ứng với từ trường ngoài (H),
thể hiện bằng độ từ hoá (từ độ, M). Tỷ số c = M/H được gọi là độ cảm từ. Tuỳ thuộc
vào giá trị, độ cảm từ có thể phân ra làm các loại vật liệu từ khác nhau.
Vật liệu có c << 0 (~ -10
-6
) được gọi là vật liệu nghịch từ.
Vật liệu có c > 0 (~ 10

-6
) được gọi là vật liệu thuận từ.
Vật liệu có c >> 0 với giá trị rất lớn có thể là vật liệu sắt từ .
Ngoài độ cảm từ, một số thông số khác cũng rất quan trọng trong việc xác
định tính chất của vật liệu, ví dụ như: từ độ bão hoà (từ độ đạt cực đại tại từ trường
lớn), từ dư (từ độ còn dư sau khi ngừng tác động của từ trường ngoài), lực kháng từ
(từ trường ngoài cần thiết để một hệ, sau khi đạt trạng thái bão hoà từ, bị khử từ).
Nếu kích thước của hạt giảm đến một giá trị nào đó (thông thường từ vài đến vài
chục nanomet, phụ thuộc vào từng vật liệu cụ thể), tính sắt từ biến mất, chuyển
động nhiệt sẽ thắng thế và làm cho vật liệu trở thành vật liệu siêu thuận từ. Đối với
vật liệu siêu thuận từ, từ dư và lực kháng từ bằng không. Điều đó có nghĩa là, khi
ngừng tác động của từ trường ngoài, vật liệu sẽ không còn từ tính nữa. Đây là một
đặc điểm rất quan trọng khi dùng vật liệu này cho các ứng dụng y sinh học (2).
b) Hạt nano từ
Hạt nano từ dùng trong y sinh học phải thoả mãn điều kiện là có tính đồng
nhất cao về kích thước của các hạt từ, từ độ bão hoà lớn và vật liệu có tính tương
hợp sinh học tốt .
Trong tự nhiên, sắt là vật liệu có từ độ bão hoà lớn nhất tại nhiệt độ phòng.
Ngoài ra sắt còn không độc đối với cơ thể người và có tính ổn định khi làm việc
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Thực nghiệm

Phí Thị Xuyến Cao học 16 (2007-2009)
10

trong môi trường không khí nên các vật liệu như oxit sắt được nghiên cứu rất nhiều
để làm hạt nano từ.
Hạt nano từ dùng trong y sinh học thường ở dạng dung dịch từ hay còn gọi là
chất lỏng từ. Một dung dịch từ gồm ba thành phần: hạt nano từ, chất hoạt hoá bề
mặt và dung môi.
Hạt nano từ là thành phần duy nhất quyết định đến tính chất từ của dung dịch

từ. Chất hoạt hóa bề mặt có tác dụng làm cho hạt nano phân tán trong dung môi,
tránh các hạt kết tụ lại với nhau ngay cả khi có mặt của từ trường ngoài, ngoài ra nó
còn có tác dụng “che phủ” hạt nano khỏi sự phát hiện của hệ thống miễn dịch của
cơ thể và tạo các mối liên kết hoá học với các phân tử khác. Dung môi là chất lỏng
mang toàn bộ hệ (2).
c) Quy trình chế tạo hạt nano từ
Hạt nano từ có thể được chế tạo theo hai nguyên tắc: vật liệu khối được
nghiền nhỏ đến kích thước nano và hình thành hạt nano từ các nguyên tử. Phương
pháp thứ nhất gồm các phương pháp nghiền và biến dạng như nghiền quay và
nghiền rung. Phương pháp thứ hai được phân thành hai loại là phương pháp vật lý
và phương pháp hoá học. Phần dưới đây chỉ xin trình bày một số phương pháp phổ
biến nhất (2).
Phương pháp nghiền
Phương pháp nghiền được phát triển từ rất sớm để chế tạo dung dịch nano từ,
dùng cho các ứng dụng vật lý. Trong các nghiên cứu đầu tiên về dung dịch nano từ,
vật liệu từ tính oxyt sắt Fe
3
O
4
được nghiền cùng với chất hoạt hoá bề mặt (axit
oleic) và dung môi (dầu, hexan). Chất hoạt hoá bề mặt giúp cho quá trình nghiền
được dễ dàng và đồng thời tránh các hạt kết tụ với nhau. Sau khi nghiền, sản phẩm
phải trải qua một quá trình phân tách hạt rất phức tạp để có được các hạt tương đối
đồng nhất.
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Thực nghiệm

Phí Thị Xuyến Cao học 16 (2007-2009)
11

Phương pháp nghiền có ưu điểm là đơn giản và chế tạo được với khối lượng

lớn. Việc thay đổi chất hoạt hoá bề mặt và dung môi không có ảnh hưởng nhiều tới
quá trình chế tạo. Nhược điểm của phương pháp này là tính đồng nhất của các hạt
nano từ không cao vì khó có thể khống chế quá trình hình thành hạt nano
Dung dịch nano từ chế tạo bằng phương pháp này thường được dùng cho các
ứng dụng vật lý (2).
Phương pháp hoá học
Phương pháp hoá học chế tạo các hạt nano từ cũng được phát triển từ lâu. Sử
dụng phương pháp này có thể tạo ra các hạt nano với độ đồng nhất khá cao, rất thích
hợp cho những ứng dụng trong sinh học.
Nguyên tắc tạo hạt nano từ bằng phương pháp hoá học là kết tủa từ một dung
dịch đồng nhất dưới các điều kiện nhất định hoặc phát triển hạt từ thể hơi khi một
hoá chất ban đầu bị phân rã.
Trong phương pháp kết tủa từ dung dịch, khi nồng độ của chất đạt đến nồng
độ bão hoà tới hạn, trong dung dịch sẽ xuất hiện đột ngột những mầm kết tụ. Các
mầm kết tụ đó sẽ phát triển thông qua quá trình khuếch tán của vật chất từ dung
dịch lên bề mặt của các mầm cho đến khi mầm trở thành hạt nano.
Phương pháp tạo hạt từ thể hơi: Sự nhiệt phân bụi hơi chất lỏng và laser là
những kỹ thuật rất tốt để tạo ra trực tiếp và liên tục các hạt nano từ tính. Sự khác
biệt giữa nhiệt phân bụi hơi chất lỏng và laser là ở trạng thái cuối cùng của vật liệu.
ở phương pháp nhiệt phân bụi hơi, hạt nano thường kết tụ thành từng đám và kết
quả thu được là chất rắn xốp. Còn ở phương pháp nhiệt phân laser, các hạt nano
được tạo ra có kích thước rất nhỏ, độ đồng nhất cao và không bị kết tụ (2).
1.2.2. Một số ứng dụng của hạt nano từ trong sinh y học
Các ứng dụng của hạt nano từ được chia làm hai loại: ứng dụng trong cơ thể
và ứng dụng ngoài cơ thể. Sau đây chúng tôi chỉ xin trình bày một số ứng dụng tiêu
biểu nhất đã và đang được nghiên cứu. Phân tách và chọn tế lọc tế bào là ứng dụng
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Thực nghiệm

Phí Thị Xuyến Cao học 16 (2007-2009)
12

ngoài cơ thể nhằm tách những tế bào cần nghiên cứu ra khỏi những tế bào khác.
Các ứng dụng trong cơ thể gồm: dẫn thuốc, tăng thân nhiệt cục bộ, tăng độ tương
phản trong chụp ảnh cộng hưởng từ (33).
a) Phân tách và chọn lọc tế bào
Trong y sinh học, người ta thường xuyên phải tách một loại thực thể sinh học
nào đó ra khỏi môi trường của chúng để làm tăng nồng độ khi phân tích hoặc cho
các mục đích khác. Phân tách tế bào sử dụng các hạt nano từ là một trong những
phương pháp thường được sử dụng.
Quá trình phân tách được chia làm hai giai đoạn:
 Đánh dấu thực thể sinh học cần nghiên cứu.
 Tách các thực thể được đánh dấu ra khỏi môi trường bằng từ trường.
Việc đánh dấu được thực hiện thông qua các hạt nano từ. Hạt nano từ thường
dùng là hạt oxyt sắt. Các hạt này được bao phủ bởi một loại hoá chất có tính tương
hợp sinh học như là dextran, polyvinyl alcohol. Hoá chất bao phủ không những có
thể tạo liên kết với một vị trí nào đó trên bề mặt tế bào hoặc phân tử mà còn giúp
cho các hạt nano từ phân tán tốt trong dung môi, tăng tính ổn định của dung dịch từ
(28). Giống như trong hệ miễn dịch, vị trí liên kết đặc hiệu trên bề mặt tế bào sẽ
được các kháng thể hoặc các phân tử khác như các hormon, acid folic tìm thấy và
hình thành liên kết giống như liên kết giữa kháng thể với kháng nguyên. Đây là
cách rất hiệu quả và chính xác để đánh dấu tế bào. Các hạt từ được bao phủ bởi các
chất hoạt hoá 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 và thể golgi. Đối với các tế bào lớn, kích thước của các hạt nano từ đôi khi
cũng cần phải lớn, có thể đạt kích thước vài trăm nanomet (2) (7) (28).
Quá trình phân tách được thực hiện nhờ một gradient từ trường ngoài. Từ
trường ngoài tạo ra một lực hút các hạt từ có mang tế bào được đánh dấu. Các tế
bào không được đánh dấu sẽ không được giữ lại và thoát ra ngoài.
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Thực nghiệm

Phí Thị Xuyến Cao học 16 (2007-2009)
13

b) Dẫn truyền thuốc
Một trong những nhược điểm của hoá trị liệu đó là tính không đặc hiệu. Khi
cho vào trong cơ thể, thuốc chữa bệnh sẽ phân bố không tập trung nên các tế bào
mạnh khoẻ cũng bị ảnh hưởng do tác dụng phụ của thuốc. Chính vì thế việc dùng
các hạt nano từ như là hạt mang thuốc đến vị trí cần thiết trên cơ thể (thông thường
dùng điều trị các khối u ung thư) đã được nghiên cứu từ những năm 1970. Những
ứng dụng này được gọi là dẫn truyền thuốc bằng hạt từ tính.
Dẫn truyền thuốc bằng hạt nano từ có hai lợi ích cơ bản là:
 Thu hẹp phạm vi phân bố của thuốc trong cơ thể nên ít ảnh hưởng đến
tế bào lành, làm giảm tác dụng phụ của thuốc.
 Giảm lượng thuốc điều trị

Hình 1.1: Cấu tạo hạt nano ứng dụng trong y sinh
Hạt nano từ sử dụng để dẫn truyền thuốc thường được bọc hai lớp: Lớp bảo
vệ hạt nano từ và lớp mang chức năng. Lớp bảo vệ hạt nano thông thường là
polymer, silica, carbon. Lớp mang chức năng có thể là các nhóm chức, kháng
nguyên, kháng thể, các phân tử thuốc. Hai lớp này có khả năng khắc phục nhược
điểm mà các hạt nano không được bao bọc không thể có đó là tăng tính tương hợp
của hạt với cơ thể, chống tác nhân môi trường làm ảnh hưởng đến tính chất của hạt
như ôxi hóa, tăng khả năng phân tán của hạt trong dung dịch, giảm độc tính của hạt
. Việc tạo ra các lớp bao bọc bằng polymer có thể theo nguyên tắc polymer hóa các
Lớp chức năng
Lớp bảo vệ
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Thực nghiệm

Phí Thị Xuyến Cao học 16 (2007-2009)
14

monomer như methacrylic acid và hydroxyethyl methacrylate với sự có mặt của hạt
nano Fe
3
O
4
hoặc theo nguyên tắc “cross-linking” các polymer albumin, chitosan,
cùng với sự có mặt của các hạt nanô được đã phân tán trong dung dịch. Ngoài ra
bằng phương pháp này người ta còn tạo ra các tiểu cầu rỗng có thể dùng để mang
thuốc hoặc các hạt nano (1) (30).
Hạt nano từ có tính tương hợp sinh học được gắn kết với thuốc điều trị có tác
dụng như một hạt mang. Thông thường hệ thuốc/hạt tạo ra một dung dịch từ và đi
vào cơ thể qua hệ tuần hoàn. Khi các hạt đi vào mạch máu, người ta dùng một
gradient từ trường ngoài rất mạnh để tập trung các hạt vào một vị trí nào đó trên cơ
thể.
Một khi hệ thuốc/hạt được tập trung tại vị trí cần thiết thì quá trình nhả thuốc
có thể diễn ra thông qua cơ chế hoạt động của các enzym hoặc các tính chất sinh lý
học do các tế bào ung thư gây ra như độ pH, quá trình khuyếch tán hoặc sự thay đổi
của nhiệt độ. Quá trình vật lý diễn ra trong việc dẫn truyền thuốc cũng tương tự như
trong phân tách tế bào. Gradient từ trường có tác dụng tập trung hệ thuốc/hạt.
c) Tăng thân nhiệt cục bộ
Phương pháp tăng thân nhiệt cục bộ các tế bào ung thư mà không ảnh hưởng
đến các tế bào bình thường là một trong những ứng dụng quan trọng khác của hạt
nano từ. Hiện nay bên cạnh các phương pháp chữa trị ung thư truyền thống như
phẫu thuật, hoá trị và xạ trị, liệu pháp nhiệt trị đang được đánh giá rất triển vọng và
được đặc biệt quan tâm nghiên cứu (15). Cơ sở điều trị của liệu pháp này dựa trên
tác dụng ngăn chặn sự phát triển của tế bào ung thư khi nhiệt độ của chúng được
đẩy lên trên 42
0
C. Tác dụng của nhiệt độ đối với tế bào cho tới nay vẫn đang là vấn

đề được tranh luận và nghiên cứu, tuy nhiên người ta vẫn phân loại liệu pháp dựa
vào hai vùng nhiệt độ điều trị chính (4):
 Nhiệt trị: điều trị trong vùng nhiệt độ 42-45
0
C trong vài giờ. Để đạt
được hiệu quả cao, liệu pháp này cần được kết hợp với các phương
pháp điều trị khác như xạ trị hoặc hoá trị.
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Thực nghiệm

Phí Thị Xuyến Cao học 16 (2007-2009)
15

 Nhiệt huỷ: là phương thức điều trị với mục đích tiêu diệt tất cả các tế
bào ung thư bằng nhiệt. Do đó nhiệt độ tối thiểu phải được tạo ra vùng
khối u là trên 50
0
C.
Ngoài ra tuỳ vào kích thước, hình dạng và vị trí của khối u, các phương pháp
nhiệt trị có thể ứng dụng theo ba dạng: (i) Nhiệt trị toàn thân: có tác dụng nhiệt trên
toàn cơ thể. (ii) Nhiệt trị vùng: được sử dụng để chữa trị các khối u có kích thước
lớn. (iii) Nhiệt trị cục bộ có tác dụng nhiệt trên vùng diện tích nhỏ, như các khối u
đơn lẻ (4)
Để tránh việc các tế bào khoẻ mạnh bị đốt quá nhiệt, nhiệt lượng cục bộ phải
được tập trung vào vùng khối u, đồng thời nhiệt độ đốt cũng phải được điều khiển
một cách chính xác. Năm 1957, Gilchrist đã đưa ra ý tưởng sử dụng các hạt từ đặt
trong từ trường xoay chiều như các tác nhân tạo nhiệt. Một khi các hạt từ kích thước
đủ nhỏ này (đã được tương hợp sinh học bằng các polymer) được gắn xung quanh
khối u ung thư, nhiệt năng toả ra từ chúng sẽ tác dụng trực tiếp lên khối u và chỉ ảnh
hưởng tới một lớp mỏng tế bào khoẻ mạnh xung quanh.
Kể từ các thành công ban đầu này, nhiệt - từ trị sử dụng hạt từ đã được coi

như một trong những phương pháp triển vọng nhất trong cuộc chiến chống lại ung
thư. Phương pháp này sau đó được phát triển theo ba hướng, phân loại bởi các cách
đưa hạt từ vào vùng khối u:
 Nhiệt trị theo đường động mạch: cơ sở của phương pháp này dựa vào
đặc điểm là các khối u gan được nuôi bởi hệ động mạch gan, trong khi
các mô tế bào gan bình thường lại nhận được nguồn cung cấp máu từ
hệ tĩnh mạch chủ. Khi tiêm các hạt từ vào đường động mạch gan,
người ta thấy rằng chúng tập trung ở vùng khối u với nồng độ cao hơn
hẳn những vùng khác. Phương pháp này rất phù hợp với việc chữa trị
ung thư gan ác tính và cũng là cơ sở của một số phương pháp được sử
dụng hiện nay như xạ trị lựa chọn, hoá trị động mạch gan và hoá trị
liên động mạch.
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Thực nghiệm

Phí Thị Xuyến Cao học 16 (2007-2009)
16

 Nhiệt trị tiêm trực tiếp: đây là phương pháp tiêm trực tiếp dung dịch
của các hạt sắt từ có kích thước tương đối lớn vào vùng khối u, sau đó
sử dụng từ trường xoay chiều để đốt nóng chúng. Ngược lại với nhiệt
trị động mạch, trong đó nhiệt bắt nguồn từ các hạt sắt từ trong mạch
máu, nhiệt tạo ra ở nhiệt trị tiêm trực tiếp xuất phát từ các hạt tập
trung ở ngoài tế bào.
 Nhiệt trị nội tế bào: đây là phương pháp nhiệt - từ trị sử dụng các hạt
từ phức tạp hơn. Các hạt có thể được bọc với các kháng thể đặc hiệu
và được đưa đến khối u qua đường động mạch hoặc tiêm trực tiếp.
Một số nghiên cứu cho thấy các hạt từ này sau đó có thể chui vào tế
bào ung thư nên người ta thường gọi đây là phương pháp nhiệt trị nội
tế bào. Ngoài ra các hạt từ vẫn được tập trung ở bên ngoài tế bào và
đóng góp vào quá trình đốt nóng khối u cũng như những vùng xung

quanh khối u.
Hướng nghiên cứu ứng dụng chất lòng siêu thuận từ này đã thu hút nhiều sự
quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới. Một số hãng thiết bị y tế của Mỹ,
Australia và đặc biệt là Đức đã quan tâm và phát triển các thiết bị chiếu từ để thử
nghiệm cho chữa trị lâm sàng. Hãng NanoMagforce của Jordan cùng với Đại học Y
ở Berlin đến nay đã tiến hành chữa trị thử nghiệm lâm sàng cho gần 100 bệnh nhân
ung thư khác nhau và cho kết quả rất khả quan. Tuy nhiên việc nghiên cứu để tìm ra
các vật liệu nano từ bọc các chất tương hợp sinh học thích hợp vẫn đang là vấn đề
nghiên cứu rất quan trọng.
d) Tăng độ tương phản cho ảnh cộng hưởng từ
Chụp cộng hưởng từ, hay đầy đủ là chụp cộng hưởng từ hạt nhân, là một
phương pháp thu hình ảnh của các cơ quan trong cơ thể sống và quan sát lượng
nước bên trong các cấu trúc của các cơ quan. Ảnh cộng hưởng từ hạt nhân dựa trên
một hiện tượng vật lý là hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân.
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Thực nghiệm

Phí Thị Xuyến Cao học 16 (2007-2009)
17

Chụp cộng hưởng từ hạt nhân bắt đầu được dùng để chẩn đoán bệnh từ năm
1982. Hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân bắt đầu được 2 tác giả Bloch và Purcell
phát hiện năm 1952. Sự khác nhau cơ bản giữa chụp cộng hưởng từ và chụp X
quang là năng lượng dùng trong chụp X - quang là năng lượng phóng xạ tia X còn
trong chụp cộng hưởng từ là năng lượng vô tuyến điện. Do đó chụp ảnh cộng hưởng
từ hạt nhân sẽ ít gây hậu quả lâu dài cho bệnh nhân hơn là chụp X – quang.
 Mỗi hạt nhân trong môi trường vật chất đều có một mômen từ tạo ra
bởi spin (xoay) nội tại của nó.
 Các hạt nhân đều sắp xếp một cách ngẫu nhiên và từ trường của
chúng triệt tiêu lẫn nhau do đó không có từ trường dư ra để ghi nhận được.
 Khi có một từ trường mạnh tác động từ bên ngoài các mômen từ của

hạt nhân sẽ sắp hàng song song cùng hướng hoặc ngược hướng của từ
trường, ngoài ra chúng còn chuyển động dần chung quanh hướng của từ
trường bên ngoài nó.
 Các vec tơ từ hạt nhân sắp hàng song song cùng chiều với hướng từ
trường bên ngoài có số lượng lớn hơn các vectơ từ hạt nhân sắp nhân sắp
hàng ngược chiều và chúng không thể triệt tiêu cho nhau hết, do đó có mạng
lưới từ hoá theo hướng của từ trường bên ngoài.
 Các vectơ tạo ra hiện tượng từ hoá chủ yếu theo hướng của từ trường
bên ngoài; đó là trạng thái cân bằng.
 Trong trạng thái cân bằng không có một tín hiệu nào có thể được ghi
nhận. Khi trạng thái cân bằng đó bị xáo trộn sẽ có tín hiệu được hình thành
và có thể ghi lại hình ảnh (32).
Các hạt nano siêu thuận từ tạo thành từ oxit sắt thường được sử dụng như tác
nhân làm tăng độ tương phản trong chụp cộng hưởng từ. Sự có mặt của chúng làm
nhiễu loạn từ trường địa phương nên làm thay đổi giá trị từ trường đi rất nhiều. Dựa
trên đặc tính của từng mô trong cơ thể mà độ hấp thụ hạt nano mạnh hay yếu. Ví dụ,
hạt nano có kích thước 30nm được bao phủ dextran có thể nhanh chóng đi vào gan
và lá lách trong khi ở các cơ quan khác thì chậm hơn. Như vậy, mật độ hạt nano ở
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Thực nghiệm

Phí Thị Xuyến Cao học 16 (2007-2009)
18

các cơ quan là khác nhau dẫn đến sự nhiễu loạn từ trường địa phương cũng khác
nhau làm tăng độ tương phản trong ảnh cộng hưởng từ (7).

1.3. ĐẶC ĐIỂM CỦA KHỐI U TRONG CƠ THỂ
1.3.1. Đặc điểm về cấu trúc

Hình 1.2: Cấu trúc của khối u in vivo (11)
Khối u trong cơ thể không chỉ chứa các tế bào ung thư mà chúng là một phần
trong mạng lưới phức tạp các loại tế bào khác nhau cấu trúc nên khối u bao gồm tế
bào nội mô, nguyên bào sợi và các tế bào thuộc hệ thống miễn dịch. Tế bào nội mô
tạo nên mạch máu cung cấp dinh dưỡng cho sự phát triển của khối u và là con
đường để tế bào ung thư thâm nhập vào vòng tuần hoàn tạo nên sự di căn của khối
u. Các nguyên bào sợi tạo nên cấu trúc vật lý của khối u tham gia tiết các chất nền
ngoại bào (ECM- extracellular matrix). Các tế bào miễn dịch tạo nên cấu trúc của
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Thực nghiệm

Phí Thị Xuyến Cao học 16 (2007-2009)
19

khối u gồm các bạch cầu trung tính, bạch cầu ưa axit, tương bào, bạch cầu lympho
và đại thực bào trong đó đại thực bào là thành phần chủ yếu nhất. Một khối u trong
cơ thể khi đạt đến kích thước nhất định sẽ phân thành 3 vùng tế bào: Phần bên ngoài
chứa các tế bào ung thư có khả năng phân chia tạo nên sự tăng kích thước của khối
u. Phần ở giữa chủ yếu gồm các tế bào ít phân chia do thiếu hụt dưỡng chất không
lấy được từ môi trường. Phần trong cùng gồm chủ yếu các tế bào đã bị hoại tử do
tình trạng thiếu hụt nghiêm trọng ôxi và dưỡng chất, hình thành lõi hoại tử ở trung
tâm khối u (hình 1.2).
1.3.2. Đặc điểm về chức năng
Các thành phần cấu trúc nên khối u tham gia những chức năng đặc biệt tạo
nên sự phát triển của toàn bộ khối u.
Từ lâu các nhà khoa học đã biết rằng việc tạo lập một hệ thống mao mạch
quanh khối u sẽ tăng cường ô xi và chất dinh dưỡng giúp khối u phát triển nhanh
chóng. Các tế bào nội mô tham gia vào cấu trúc khối u sẽ có chức năng tham gia
hình thành mạch máu tạo mạng lưới mao mạch quanh khối u, thông qua mạch máu
này mà các tế bào ung thư để có thể tồn tại và phát triển phải nhờ vào nguồn cung

cấp dinh dưỡng cho các tế bào lành của vật chủ. Mặt khác thông qua hệ mạch này
các tế bào ung thư có thể xâm nhập vào hệ thống tuần hoàn rồi di cư tới vị trí khác
để hình thành cứ điểm mới, gây nên sự di căn ung thư.
Nguyên bào sợi tạo nên cấu trúc vật lý của khối u và tham gia tiết các chất
nền ngoại bào (ECM). Chất nền ngoại bào này rất dễ bị điều biến bởi các nhân tố
tăng trưởng được tiết ra bởi chính các tế bào trong khối u. Sự biến đổi của ECM có
vai trò quan trọng trong sự chết của tế bào và sự di căn của ung thư do nó hoạt động
như một barrie vật lý ngăn cản sự tăng sinh mạch máu và sự rò rỉ của các tế bào
miễn dịch .
Các tế bào trong khối u cũng tiết ra các chất đóng vai trò kích thích quá trình
tăng sinh mạch máu, thu hút các tế bào miễn dịch như MCP-1, M-CSF, G-CSF,
VEGF. Các tế bào miễn dịch được gắn với khối u bởi một loạt các nhân tố vật lý và
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Thực nghiệm

Phí Thị Xuyến Cao học 16 (2007-2009)
20

nhân tố môi trường như sự giảm oxi huyết và các nhân tố hóa ứng động. Sự liên kết
giữa các tế bào miễn dịch với khối u tương tự như quá trình hàn gắn vết thương
trong cơ thể. Các tế bào miễn dịch liên quan bị làm lệch hướng khỏi quá trình hàn
gắn vết thương bởi khối u. Điều đó tạo ra sự liên tưởng đến việc nghiên cứu về khối
u như “vết thương không bao giờ lành” (26). Các tế bào miễn dịch bị thu hút bởi
khối u phần lớn là bạch cầu trung tính, bạch cầu ưa axit, tương bào, bạch cầu
lympho và đại thực bào. Chúng được thu hút vào khối u để dọn dẹp các tế bào hoại
tử, làm sạch môi trường quanh khối u.

1.4. ĐẠI THỰC BÀO – PHƯƠNG TIỆN VẬN CHUYỂN VẬT LIỆU NANO TỪ
VÀO TRONG KHỐI U
1.4.1. Nguồn gốc của đại thực bào
Đại thực bào là loại tế bào biệt hóa cuối cùng của hệ thống thực bào đơn

nhân (monocyte). Monocyte có nguồn gốc từ tủy xương, từ một tế bào khởi nguyên
gọi là đơn vị tạo dòng bạch cầu hạt và đại thực bào (CFU_GM) - các bạch cầu đa
tiềm năng này có thể khởi động hai con đường: hoặc tạo ra bạch cầu trung tính hoặc
đại thực bào. Con đường tạo thành đại thực bào được tiến hành ngay sau lần phân
chia đầu tiên của CFU_GM để tạo thành nguyên bạch cầu đơn nhân (monoblast),
chúng phân chia để tao thành tiền bạch cầu đơn nhân (pro-monocyte), dạng này sẽ
phân chia để tạo ra bạch cầu đơn nhân (monocyte), monocyte di cư ra khỏi tủy
xương vào trong dòng máu nơi chúng có chu kỳ sống khoảng 24 giờ. Bạch cầu đơn
nhân từ máu tuần hoàn này sau đó sẽ rời khỏi mạch máu đi vào trong mô, nơi đó
chúng biệt hóa thành đại thực bào, đôi khi chúng vào trong các mô một cách ngẫu
nhiên và biệt hóa thành đại thực bào cư trú cố định ở các mô. Đại thực bào cố định
có những đặc điểm hình thái và chức năng đặc trưng phụ thuộc vào cơ quan mà nó
khu trú: các tế bào Kupfer ở gan, các ổ đại thực bào ở phổi. Ngoài việc ngẫu nhiên
đi vào trong mô ĐTB cũng có thể đi vào các mô bị viêm nhiễm một cách có định
hướng nhờ các tín hiệu thương tổn được phát ra từ chính mô đó. Hiện tượng này là
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Thực nghiệm

Phí Thị Xuyến Cao học 16 (2007-2009)
21

tính chất của quá trình hàn gắn vết thương và sự thấm vào vị trí viêm quan sát trong
ung thư vú và các ung thư khác.
Đại thực bào chỉ hình thành những chức năng đặc biệt khi chúng được hoạt
hóa một cách hợp lý nhờ các kích thích, các tín hiệu hoạt hóa này rất phức tạp bao
gồm sự giảm oxi, pH, lipit, cytokine như nhân tố kích thích tạo dòng đại thực bào
(M-CSF), tác nhân hoại khối u TNF-α, và interferon-γ (23) (26).
1.4.2. Chức năng của đại thực bào
Đại thực bào có khả năng bắt giữ và tiêu diệt các vật lạ hay là các tác nhân
bệnh lý với có thể. Do vậy một trong những vai trò quan trọng nhất của đại thực bào
là loại bỏ các thành phần hoại tử và bụi trong phổi, loại bỏ các tế bào chết đóng vai

trò rất quan trọng trong hiện tượng viêm. Trong giai đoạn sớm của hiện tượng viêm
thành phần tế bào tham gia phản ứng miễn dịch chống viêm chủ yếu là các tế bào
bạch cầu trung tính (bạch cầu đa nhân trung tính), các tế bào này sau khi thực hiện
nhiệm vụ thực bào hoặc sẽ bị chết hoặc già đi và trở thành tế bào mủ. Các tế bào già
cỗi và tổn thương này sẽ được thực bào bởi các đại thực bào bào để làm sạch các tổ
chức mô và cơ quan trong cơ thể. Việc loại bỏ bụi cũng như các tổ chức hoại tử
được thực hiện một cách hiệu quả nhờ các đại thực bào cố định ở tổ chức mô và cơ
quan. Chúng cư trú tại các vị trí chiến lược như phổi, gan, thần kinh, xương, lách và
tổ chức liên kết nhờ đó chúng có thể nhanh chóng bắt giữ các vật lạ như bụi và các
tác nhân gây bệnh đồng thời cũng có thể kịp thời phát tín hiệu kêu gọi sự hỗ trợ của
các đại thực bào di động khác.
Đại thực bào bắt giữ các tác nhân gây bệnh, đưa chúng vào các bóng không
bào, các bóng khhông bào này sau đó sẽ hòa màng với lysosome để tạo thành thể
thực bào phagolysosome. Bên trong các tiêu thể, các enzyme cũng như các gốc ôxy
tự do độc sẽ tiêu hủy tác nhân xâm nhập này. Tuy nhiên, một số vi khuẩn như trực
khuẩn lao Mycobacterium tuberculosis có khả năng đề kháng với sự tiêu hóa trong
tiêu thể. Trong trường hợp này, chính đại thực bào lại trở thành nơi trú ẩn của vi
khuẩn gây bệnh. Cùng với các tế bào giết tự nhiên (natural killer cell) và các tế bào
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Thực nghiệm

Phí Thị Xuyến Cao học 16 (2007-2009)
22

T hay độc tế bào, đại thực bào đóng vai trò quan trọng trong miễn dịch qua trung
gian tế bào. Đại thực bào đi vào trong khối u nhờ kích thích hóa học được tạo ra bởi
chính khối u. Kích thích này có thể được khởi đầu bằng sự thiếu hụt oxi, các sản
phẩm đe dọa nội bào hoặc các sản phẩm tiết của các oncogene (gene sinh ung thư).
Tùy thuộc vào trạng thái hoạt động, đại thực bào gắn kết khối u có khả năng ảnh
hưởng đến các quá trình như sự hình thành mạch, hình thành các yếu tố phân bào
mới, sự trình diện kháng nguyên, thoái hóa chất nền và gây độc.

1.4.3. Sự hấp dẫn đại thực bào đi vào các khối u
Một dãy các tác nhân được tạo ra bởi tế bào ung thư trong khối u được biết là
có hóa tính với đại thực bào. Ở ung thư vú những tác nhân được nghiên cứu nhiều
nhất là MCP-1, M-CSF, G-CSF, VEGF. Bên cạnh tế bào ung thư, các nguyên bào
sợi và các tế bào cơ trơn cũng tạo ra tạo ra các chất có hóa tính với đại thực bào
này. Sự biểu hiện của MCP-1 đã được chứng minh ở các dòng tế bào ung thư vú ở
người, nó cũng được liên hệ với sự tăng mật độ của đại thực bào ở các bệnh nhân
ung thư vú.
M-CSF và G-CSF thường được tạo ra trong nhiều loại khối u chúng là chất
kích thích của nhiều loại tế bào liên quan đến phản ứng miễn dịch trong đó có đại
thực bào. CSF-1 là chất điều hòa sự sinh sản, sự biệt hóa, khả năng sống sót của đại
thực bào (14). VEGF là chất thúc đẩy mạnh sự tạo mạch được tạo ra bởi tế bào ung
thư vú ở người. Nó cũng là tác nhân đồng tương tác thu hút sự đi vào khối u của đại
thực bào .
Sự chết hoại tử là đặc điểm thông thường của ung thư do hậu quả là chứng
thiếu máu cục bộ và sự giảm oxi ở khối u, chính tín hiệu này lại có khả năng kích
thích tạo mạch và thu hút đại thực bào đến dọn dẹp làm sạch khối u. Điều này rất
đáng chú ý bởi phần lớn các tế bào ung thư ác tính cũng có khả năng kích thích tạo
mạch cao, những khối u có sự giảm oxi huyết có mức tập trung các đại thực bào đi
vào nhiều. Kết quả nghiên cứu này gợi ý chúng ta rằng sự hiện diện của các đại thực
bào trong khối u được điều chỉnh bởi chính sự thiếu oxi ở phía trong khối u.
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Thực nghiệm

Phí Thị Xuyến Cao học 16 (2007-2009)
23

Thông thường tập tính đại thực bào trong ung thư vú có thể là thúc đẩy hoặc
chống lại khối u. Vì có nhiều các con đường hoạt hóa khác nhau nên dường như có
một hỗn hợp phức tạp các hiệu ứng sẽ xảy ra thông qua nhiều phân tử tham gia, với
sự chọn lọc tự nhiên trong vi môi trường của khối u đã chọn ra các dòng có nhiều

hoạt tính khi có mặt của đại thực bào tiền thân. Do sự thiếu oxi trong lõi của khối u
khiến cho nhiều loại tế bào sản xuất ra các cytokine hình thành mạch máu và các
enzyme phân giải, đồng thời làm giảm quá trình chết theo chương trình là nhân tố
thu hút sự tập trung của đại thực bào vào khối u. Tương tự, sự hoạt hóa cuối cùng
của các đại thực bào liên kết khối u sẽ phụ thuộc vào bản chất tự nhiên của khối u
và có thể là tác nhân trong sự chọn lọc của một vài kiểu hình của khối u (23).
- Hoạt động chống lại khối u của các đại thực bào liên kết với khối u
Đại thực bào có một vài cơ chế tiềm năng kháng ung thư. Đầu tiên chúng là
thành phần quan trọng trong hệ thống miễn dịch như interferon, interleukin,các
nhân tố hủy hoại khối u TNF-a . Một trong những chức năng miễn dịch của quá
trình chống ung thư là sự có mặt của kháng nguyên để cơ thể vật chủ có thể hình
thành phản ứng miễn dịch trung gian tế bào chống lại tác nhân “lạ” thông qua tế bào
T, một kháng thể đặc hiệu phải được biểu hiện trong quần thể tế bào T để chúng có
thể nhận ra và giết tế bào ung thư.
Khối u thường biểu hiện dạng đột biến của các protein thông thường do đó
có thể bị nhận ra bởi các tế bào T nhờ sự trình diện các kháng nguyên lạ của các đại
thực bào cho tế bào T thông qua các phân tử MHC lớp II. Từ đó các tế bào T nhận
ra và giết chết các chết các tế bào ung thư. Trong quá trình này tế bào T
CD4
tương
tác với tế bào T
CD8
nhắm đến các tế bào ung thư biểu hiện protein đột biến trên bề
mặt của chúng khi tương tác với MHC lớp I. Khối u mà có khả năng lẩn tránh khỏi
hệ thống này sẽ được chọn lựa đại thực bào trong suốt quá trình phát triển của khối
u một phần của hệ thống miễn dịch (23).
- Hoạt động thúc đẩy sự phát triển khối u của các đại thực bào liên kết với khôi u
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Thực nghiệm

Phí Thị Xuyến Cao học 16 (2007-2009)

24

Các đại thực bào có thể trực tiếp kích thích sự phát triển của khối u bằng việc
tiết ra các cytokine kích thích sự phân bào và chúng có thể ức chế phản ứng miễn
dịch tác động lên khối u. Chúng có thể kích thích trực tiếp sự hình thành mạch bằng
việc tiết ra cytokine tạo mạch và gián tiếp thông qua nhân tố điều biến chất nền
ngoại bào qua đó hoạt hóa sự hình thành mạch và di căn (23, 26).
1.4.4. Ứng dụng của đại thực bào trong liệu pháp chống ung thư
Do đại thực bào có chức năng là thực bào các tác nhân lạ, xâm nhập vào các
tổ chức cơ quan khu trú, đồng thời có tính thấm cao vào các khối u do đó rất nhiều
con đường lợi dụng ĐTB được sử dụng làm cái đích của các liệu pháp chống ung
thư. Khả năng thấm của đại thực bào vào khối u mở ra khả năng lợi dụng ĐTB liên
hệ với khối u như một thành phần, phương tiện điều trị hay như hệ thống phân phối
thuốc vào khối u. Ví dụ, đại thực bào vật chủ được chuyển gen với gen điều trị được
hoạt hóa bởi sự giảm oxi trong lõi khối u, hay có thể được đánh dấu với các thuốc
điều trị hay các thuốc sinh học (9) (12) (19) (23). Chúng cũng có thể được sử dụng
để vận chuyển các hạt nano ứng dụng trong điều trị ung thư vào trong khối u.

1.5. KHỐI CẦU ĐA BÀO UNG THƯ (Multicellular tumor Spheroid)– MỘT MÔ
HÌNH UNG THƯ IN VITRO
1.5.1. Khối cầu đa bào và lịch sử nghiên cứu
Trong những năm gần đây và cả trong tương lai, việc ứng dụng công nghệ
nuôi cấy tế bào trong thử nghiệm và phát triển các thuốc chống ung thư chiếm một
vị trí quan trọng trong kỹ thuật sàng lọc hiệu năng cao. Kỹ thuật này được coi là
bước tiên phong trong việc tìm kiếm và phát triển thuốc, bởi nó cho phép thử
nhanh, với một số lượng lớn các chế phẩm khác nhau mà mỗi chế phẩm chỉ tốn một
ít mẫu, chi phí rẻ do có thể bán tự động hóa nhờ các thiết bị chuyên dụng. Ngoài ra
nó còn cho phép phát hiện nhanh các ảnh hưởng đặc hiệu, đa mục tiêu của thuốc lên
tế bào: (i) đáp ứng của tế bào đến các kích thích bên ngoài làm ảnh hưởng đến quá
trình sinh trưởng, phân chia, sức sống và độc đối với tế bào; (ii) nghiên cứu các con

Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Thực nghiệm

Phí Thị Xuyến Cao học 16 (2007-2009)
25

đường truyền tín hiệu trong tế bào thông qua các thụ thể, các kênh vận chuyển vật
chất, các chất truyền tin thứ cấp, sự hoạt hóa các kinase; (iii) nghiên cứu đáp ứng
của tế bào qua các mức độ phiên mã, dịch mã (5).
Mặc dù hệ thống nuôi cấy tế bào đơn lớp (mô hình 2D) có những ưu điểm
trên nhưng nó vẫn có những yếu điểm như: (i) không thể hiện được đặc điểm chức
năng thực tế của mô 3D (mô 3 chiều thực tế trong cơ thể) do nó thiếu mối tương tác
giữa tế bào – tế bào, tế bào – chât nền như là điều kiện đánh dấu sự khác biệt về quá
trình khuếch tán và vận chuyển. Các tế bào nuôi cấy tiếp xúc trực tiếp với môi
trường xung quanh, khác với việc hấp thụ thuốc rồi thông qua nhiều con đường
thuốc được dẫn đến khối u nên hạn chế việc tiên đoán hiệu quả tác động của thuốc
trong việc chữa trị. Chính vì thế thử độc tính trên mô hình nuôi cấy 2 chiều sẽ
không phản ánh được chính xác các ảnh hưởng thực tế của chế phẩm như thử trên
mô hình nuôi cấy 3D (22). (ii) Rất nhiều tế bào, cả tế bào bình thường lẫn tế bào
ung thư khi nuôi cấy đơn lớp hay trôi nổi dần dần mất đi một số đặc tính: mất khả
năng tạo lập và duy trì các khối mô hay mất khả năng giao tiếp và tương tác với
nhau. Đê khắc phục những nhược điểm của hệ thống nuôi cấy đơn lớp (2D), mô
hình nuôi cấy tế bào 3D tạo khối cầu đa bào (Spheroid) đã được nghiên cứu và cho
thấy khả năng ứng dụng cao trong thực tế.
Khối cầu đa bào ung thư (Multicellular tumor Spheroid) là một tập hợp các
tế bào được nuôi cấy phát triển theo dạng liên kết với nhau để tạo thành một khối
cầu nhỏ, khối cầu này sinh trưởng bằng sự nhân lên của các tế bào thành phần. Nó
là biểu hiện những đặc tính trung gian của mô hình nuôi cấy tế bào đơn lớp với mô
hình in vivo.
Hệ thống nuôi cấy 3D (hình thành Spheroid) này lần đầu tiên được mô tả bởi
Harrison vào những năm đầu của thế kỷ 20, sau đó đến năm 1912 được khẳng định

lại bởi Carrel. Năm 1944 Holfreter nuôi cấy thành công với các tế bào phôi, sau đó
là Moscona nghiên cứu về khả năng tụ tập thành khối của các tế bào ung thư (13).