Tổng hợp và nghiên cứu tính chất của các hạt Nanô từ thông minh ứng dụng trong y sinh học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ





MẪN MINH TÂN




TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA
CÁC HẠT NANÔ TỪ THÔNG MINH ỨNG DỤNG
TRONG Y SINH HỌC




Chuyên ngành: Vật liệu và linh kiện nanô
(Chương trình đào tạo thí điểm)


LUẬN VĂN THẠC SĨ



Người hướng dẫn khoa học: TS. Trần Mậu Danh

HÀ NỘI, NĂM 2007


iv
MỤC LỤC

Trang phụ bìa
i
Lời cam đoan
ii
Lời cảm ơn
iii
Mục lục
iv
Danh mục các ký hiệu và các chữ viết tắt
vii
Danh mục các bảng
x
Danh mục các hình vẽ
xi
MỞ ĐẦU
01
CHƯƠNG 1. LIỆU PHÁP VẬN CHUYỂN VÀ PHÂN TÁN THUỐC

HƯỚNG ĐÍCH SỬ DỤNG CÁC HẠT NANÔ TỪ TÍNH
04
1.1. Giới thiệu chung
04
1.2. Điều kiện tương thích sinh học và các đặc tính của các h
ạt nanô
từ tính
08
1.2.1. Kích thước của các nanô từ tính
08
1.2.2. Độc lực của các hạt nanô từ tính
09
1.2.3. Điện tích bề mặt hạt
10
1.2.4. Khả năng hấp phụ protein
10
1.3. Các phương pháp tiếp truyền trong phân tán thuốc
11
1.3.1. Phương pháp truyền tĩnh mạch
11
1.3.2. Tiếp truyền dưới da hoặc bên trong khối u
11
1.3.3. Tiếp truyền qua miệng, mắt
12
1.4. Kết luận ch
ương
12
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU NANÔ TỪ TÍNH, CÁC POLIME TỰ NHIÊN
VÀ ĐỐI TƯỢNG SINH HỌC THỰC NGHIỆM
13

2.1. Cấu trúc tinh thể và tính chất từ của các hạt nanô từ tính oxit
kim loại
13

v
2.1.1. Cấu trúc tinh thể
13
2.1.2. Tính chất từ trong các hạt nanô siêu thuận từ oxit kim loại
16
2.1.3. Hiện tượng hồi phục trong chất lỏng từ
17
2.2. Polime tự nhiên sử dụng trong việc chức năng hóa bề
mặt hạt
18
2.2.1. Các đặc điểm của chitin, chitosan và dẫn xuất
19
2.2.2. Khả năng tạo phức với các ion kim loại chuyển tiếp
19
2.2.3. Một số ứng dụng c
ủa chitin/chitosan trong y- sinh học
19
2.3. Hợp chất curcumin – thuốc điều trị hướng đích
20
2.3.1. Công dụng của Curcumin
20
2.3.2. Liệu pháp phân tán hướng đích của curcumin
22
2.4. Đối tượng sinh học thực nghiệm - vi rút viêm gan vịt typ 1
23
2.4.1. Truyền nhiễm học

24
2.3.2. Triệu chứng và bệnh tích
25
2.5. Kết luận chương
25
CHƯƠNG 3. CHẾ TẠO MẪU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC
NGHIỆM
26
3.1. Chế tạo m
ẫu
26
3.1.1. Tổng hợp các hạt nanô từ tính trên nền Fe
3
O
4
tương thích
sinh học bằng phương pháp in situ
26
3.1.2. Tổng hợp các hạt nanô từ tính Ca(Cu
x
Mn
3-x
)Mn
4
O
12

(0,0 ≤ x ≤ 3,0) tương thích sinh học
27
3.2. Thí nghiệm lâm sàng trên vịt con 2 tuần tuổi

29
3.2.1. Các nguyên vật liệu cần thiết
29
3.2.2. Chuẩn độ vi rút
29
3.2.2. Gây bệnh thực nghiệm viêm gan vịt bằng vi rút cường độc
viêm gan vịt
30
3.3. Các phương pháp thực nghiệm kinh điển
31

vi
3.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X
31
3.3.2. Phương pháp từ kế mẫu rung (VSM)
32
3.3.3. Phương pháp khác
32
3.4. Kết luận chương
33
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
34
4.1. Hệ vật liệu Fe
3
O
4

34
4.1.1. Vi cấu trúc và tính chất từ của hạt Fe
3

O
4

34
4.1.2. Sự hình thành chất lỏng từ theo phương pháp in - situ
35
4.1.3. Kết luận
38
4.2. Hệ Vật liệu Perovskite Ca(Cu
x
Mn
3-x
)Mn
4
O
12

39
4.2.1. Vi cấu trúc và tính chất từ của các hạt perovskite
Ca(Cu
x
Mn
3-x
)Mn
4
O
12

39
4.2.2. Sự hình thành chất lỏng từ.

43
4.3. Thí nghiệm lâm sàng trên gia cầm.
45
KẾT LUẬN CHUNG
51
TÀI LIỆU THAM KHẢO
52
PHỤ LỤC (các công trình đã công bố)
56

Thank you for evaluating AnyBizSoft PDF Splitter.
A watermark is added at the end of each output PDF file.
To remove the watermark, you need to purchase the software from
/>
vii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

A: hằng số dị hướng
AP-1: hoạt hóa protein 1
AR: thụ thể androgen (hoocmôn nam)
Arh-R: thụ thể aryl hydrocarbon
Bcl-2: protein 2 của tế bào lympho B
cAK: autophosphorylation-tác động protein kinaza
CBP: liên kết protein CREB
CDPK: protein kinaza phụ thuộc Ca
2+
COX-2: cyclooxygenase-2
cPK: protamine kinaza
CTGF: yếu tố tăng trưởng liên kết biểu mô
DFF40: yếu tố phá vỡ DNA 40-kd subunit.

DHV1: vi rút viêm gan vịt typ 1 (Duck Hepatitis viruos type 1)
DR-5: thụ thể tiêu hủy – 5
EGF: yếu tố tăng trưởng biểu mô
EGF-R: thụ thể EGF
EGFRK: thụ thể - kinaza EGF
Egr-1: giải mã tăng trưởng gene-1;
ELAM-1: phân tử bám dính bạch cầu 1
ELD50: liều gây bệnh thực nghiệm trên 50 %
EPC-R: màng protein C- thụ thể
EpRE: electrophile response element.
ER-
α
: thụ thể estrogen-
α

ERK: thụ thể kinaza ngoại bào
FAK: kinaza bám dính
Fas-R: thụ thể Fas
FGF: yếu tố tăng trưởng bào tơ
FPTase: farnesyl protein transferase
FWHM: độ bán rộng phổ của đỉnh nhiễu xạ (rad)
Gcl: glutamatecysteine ligaza
GST: gluthathione-S-transferase
H: từ trường ngoài (Oe)
H2-R: thụ thể histamine (2)
H
C
: lực kháng từ

viii

HGF: yếu tố tăng trưởng tế bào gan
HO: hemeoxygenase
HSP-70: protein nhiệt 70
IAP: ức chế apoptosis protein
IARK: IL-1thụ thể kinaza liên hợp
ICAM-1: phân tử bám dính nội bào 1
IL: interleukin
IL-8-R: thụ thể interleukin-8
iNOS: nitric oxit synthaza hóa
InsP3-R: thụ thể inositol 1,4,5-triphosphate
IR: thụ thể integrin
JAK: janus kinaza
JNK: c-jun N-terminal kinase
K: hằng số dị hướng từ (J/m
3
)
L: độ rộng cực đại nhiễu xạ
LDL-R: lipoprotein mật độ thấp – thụ thể.
LOX: lipoxygenaza
M: mômen từ (emu/g)
MAPK: mitogen- protein kinaza tác động
MCP: protein bạch cầu đơn nhân hấp phụ hóa học
MDR: kháng đa thuốc
MIF: protein ức chế di trú
MIP: protein kích viêm đại thực bào.
MMP: metalloproteinase tử cung
MRI: ảnh cộng hưởng từ hạt nhân
M
s
: mômen từ bão hòa (emu/g)

NAT: arylamine N-acetyltransferaza
NF-
κ
B: bạch đản
κ
B
NGF: yếu tố tăng trưởng thần kinh
Nrf-2: bạch đản erythroid 2- yếu tố tương quan
PDGF: yếu tố tăng trưởng tiểu huyết cầu
PhK: phosphorylase kinaza
PKA: protein kinaza A
PKB: protein kinaza B
PKC: protein kinaza C
pp60c-src: a nonreceptor protein tyrosine kinase c-Src cellular src kinase

ix
PPAR-
γ
: peroxisome preoliferator-activated receptor-
γ

SGH: Glutathion
SHP-2: Src tương đồng 2 tyrosine phosphatase 2
STAT: chuyển đổi tín hiệu và hoạt hóa sao chép
T: nhiệt độ (K)
T
B
: nhiệt độ chuyển pha blocking
T
C

: nhiệt độ chuyển pha Curie
TEM: ảnh hiển vi điện tử truyền qua
TGF-
β
1: yếu tố tăng trưởng thay đổi
β
1
TIMP: metalloproteinase-3 ức chế biểu mô
TK: protein tyrosine kinaza
T
N
: nhiệt độ Néel của vật liệu phản sắt từ
TNF-
α
: yếu tố chiết hoạt interferon biểu mô
α

uPA: urokinase-type plasminogen activator
VCAM-1: phân tử bám dính tế bào bạch huyết 1
VEGF: yếu tố tăng trưởng mao mạch
VP0: virion protein 0
VP1: virion protein 1
VP2: virion protein 2
VP3: virion protein 3
VP4: virion protein 4
VSM: từ kế mẫu rung
XRD: nhiễu xạ tia X

x
DANH MỤC BẢNG

Trang
Bảng 1.1. Sự tương thích về mặt kích thước của các hạt nanô trong
liệu pháp phân tán và vận chuyển thuốc thông qua hệ
thống tuần hoàn trong cơ thể người [40]
6
Bảng 4.1. Cấu trúc pha của hệ vật liệu Ca(Cu
x
Mn
3-x
)Mn
4
O
12

với 0,0 ≤ x ≤ 3,0
41
Bảng 4.2. Giá trị T
C
[K] và tính chất điện của hệ vật liệu
Ca(Cu
x
Mn
3-x
)Mn
4
O
12
42
Bảng 4.3. Các kết quả thực nghiệm lâm sàng thu được từ các lô thí
nghiệm

45


xi
DANH MỤC HÌNH VẼ

Trang
Hình 1.1. Biểu đồ phát triển và ứng dụng của các hạt nanô từ tính trong y sinh học
[40]
5
Hình 1.2. Tiềm năng ứng dụng của các hạt nanô từ trong vận chuyển và phân tán
thuốc hướng đích [60]
7
Hình 1.3. Đường cong từ hóa của các hạt nanô từ tính
9
Hình 1.4. Mối tương quan giữa kích thước và thời gian lưu trú của các hạt nanô từ
[62]
12
Hình 2.1. Cấu trúc spinel đảo (a) và Sự ph
ấn bố mômen từ spin của các ion Fe
3+
và
Fe
2+
tại các vị trí A và B trong cấu trúc spin đảo Fe
3
O
4
(b)
14

Hình 2.2. Cấu trúc tinh thể của vật liệu Ca(Cu
x
Mn
3-x
)Mn
4
O
12
[69]
a) Khối đa diện AO
12
nội tiếp trong ô cơ sở với 12 anion O
2-
tại vị trí A.
b) Khối đa diện với 12 anion O
2-
xung quanh một cation A’ tại tâm của đa
diện
15
Hình 2.3. Mối tương quan giữa hiệu ứng từ trở khổng lồ (CMR) vào thành phần thay
thế Cu trong hệ vật liệu gốm Ca(Cu
x
Mn
3-x
)Mn
4
O
12
Trong đó: ở từ trường H= 5 T tại 5 K (


); 35K (
z
); 77 K(
d
) và 100 K
(
¡
); với H = 1 T, 35 K (
c
), 77K (
V
) và 100 K (

) [16]
16
Hình 2.4. Đường cong từ hoá của vật liệu từ phụ thuộc vào kích thước hạt [15]
17
Hình 2.5. Đồ thị năng lượng dị hướng phụ thuộc vào góc α
18
Hình 2.6. Cấu trúc hóa học của chitosan
19
Hình 2.7. Cơ chế tạo phức với các kim loại chuyển tiếp của glucozamin
19
Hình 2.8. Cấu trúc hóa học của curcumin, demethoxycurcumin và
Bis-demethoxycurcumin
20
Hình 2.9. Tiềm năng ứng dụng củ
a curcumin trong bài chế thuốc[25]
21
Hình 2.10. Ảnh hưởng của curcumin lên các yếu tố và các thụ thể trong tế bào [6]

23
Hình 2.11. Ảnh TEM và mô hình cấu trúc phân tử sinh học của DHV1[64]
24
Hình 2.12. Quá trình nhân lên của vi rút viêm gan vịt
Ghi chú: (1) vi rút viêm gan vịt trong huyết thanh, (2)vi rút gắn vào các
receptor chưa được biết trên bề mặt tế bào và xâm nhập vào tế bào, (3)
phá vỡ vỏ bọc giải phóng ARN vào bào tương tế bào, (4) quá trình dịch
mã của ribosom, tổng hợp polypeptid từ nguyên liệu của tế bào và các
protease của vi rút, (5) sao mã ARN, (6) tập trung và đóng gói, (7) vi rút
trưởng thành, (8) giải phóng vi rút khỏi tế bào vật chủ, (9) vi rút viêm gan
vịt mới
24
Hình 3.1. Sơ đồ minh họa quá trình tổng hợp các hạt nanô từ tương thích sinh học
27
Hình 3.2. Giản đồ minh họa quá trình tổng hợp các hạt nanô từ tính
Ca(Cu
x
Mn
3-
x
)Mn
4
O
12
(0,0 ≤ x ≤ 3,0)
28

xii
Hình 3.3. Sơ đồ minh họa quá trình hoạt tính hóa sinh học cho các hạt nanô từ
29

Hình 3.4. Các hình ảnh minh họa quá trình thí nghiệm in vitro
Hình bên trái: Vị trí tiếp truyền dưới da đầu
Hình bên phải: vịt được nuôi thả tự nhiên sau khi phân lô thí nghiệm
31
Hình 3.5. Sơ đồ khối của một thiết bị nhiễu xạ tia X
32
H
×nh 3.6. S¬ ®å hÖ ®o VSM
33
Hình 4.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các hạt oxit sắt từ sau khi bọc polime tự nhiên
34
Hình 4.2. Đường cong từ hóa của hạt nanô oxit sắt từ sau khi đã được hoạt tính hóa
sinh học bằng

polime tự nhiên ở nhiệt độ phòng
35
Hình 4.3. Cơ chế tạo phức của glucozamin và starch với các ion kim loại chuyển tiếp
nằm trên bề mặt hạt nanô từ tính Fe
3
O
4

36
Hình 4.4. Cơ chế hoạt tính hóa bề mặt của các hạt nanô từ tính bằng phương pháp
in-situ dưới tác dụng của trường ngoài
37
Hình 4.5. Hình ảnh minh họa các chất lỏng từ sau khi được phân tán. a).
Fe
3
O

4
/glucozamin –curcumin; b) Fe
3
O
4
/starch –curcumin
37
Hình 4.6. Ảnh TEM của các hạt nanô từ tính sau khi được chức năng hóa bề mặt bởi
các dòng polime tự nhiên
38
Hình 4.7. Giản đồ nhiễu xạ tia X của hệ vật liệu điển hình CaCuMn
6
O
12

39
Hình 4.8. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu Ca(Cu
x
Mn
3-x
)Mn
4
O
12
với 0,0 ≤ x ≤ 3,0 40
Hình 4.9. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu Ca(Cu
x
Mn
3-x
)Mn

4
O
12
có sự tồn tại của
các pha tạp CuMn
2
O
4

40
Hình 4.10. Sự phụ thuộc hằng số mạng vào thành phần thay thế cation Cu (x) trong
hệ vật liệu Perovskite Ca(Cu
x
Mn
3-
x
)Mn
4
O
12

41
Hình 4.11. Sự biến đổi của thành phần cation Mn
4+
trong ô mang như hàm phụ
thuộc vào thành phần thay thế cation Cu (x) [16]
42
Hình 4.12. Nhiệt độ chuyển pha như hàm phụ thuộc vào nhiệt độ ủ ở điều kiện
thường của mẫu CaCuMn
6

O
12

43
Hình 4.13. Đồ thị biểu diễn đường cong từ trễ của các hạt nanô từ tính perovskite ở
nhiệt độ phòng
43
Hình 4.14. Mô hình cơ chế hình thành chất lỏng từ bở sự ổn định hóa tĩnh điện bề
mặt của các hạt nanô từ tính
44
Hình 4.15. Cơ chế hình thành chất lỏng từ.
44
Hình 4.16 Ảnh TEM của các hạt nanô từ tình sau khi được hoạt tính hóa sinh học
của mẫu CaCuMn
6
O
12

45
Hình 4.17. Hình ảnh gan vịt ở các lô đối chứng âm(Lô 1- bên trái) và lô thử nghiệm
độc lực của chất lỏng từ (Lô 2 - hình bên phải)
46
Hình 4.18. Thể trạng của vịt con sau khi phát bệnh ở các lô thực nghiệm và lô đối
chứng dương
46

xiii
Hình 4.19. Các hình ảnh bệnh tích trên gan vịt sau khi mổ khám ở lô đối chứng
dương
47

Hình 4.20. Hình ảnh bệnh tích trên gan vịt sau khi mổ khám ở lô thử nghiệm (lô 4)
47
Hình 4.21. Hình ảnh minh họa phản ứng đóng vón protein trong ông nghiệm
48
Hình 4.22. Mô hình tương tác giữa curcumin và glutathion
49
Hình 4.23. Mô hình tương tác giữa nhóm diketon của curcumin với các nucleophin
49

1

MỞ ĐẦU

Khoa học và công nghệ nanô là ngành khoa học nghiên cứu về các vật liệu và
linh kiện có kích thước nanô mét và được coi là một trong những ngành trọng tâm của
khoa học và cộng nghệ của thế kỷ 21. Mặc dù mới được phát triển trong khoảng 10 năm
trở lại đây nhưng khoa học và công nghệ nanô đã thể hiện được tầm ảnh hưởng to lớn
của nó tới tất cả các mặt của đời số
ng xã hội: Công nghiệp điện tử, khoa học kỹ thuật,
quân sự, y sinh học Công nghệ nanô cho chúng ta công cụ duy nhất để có thể tiếp cận
và kiểm soát rất nhiều các quá trình y - sinh học xảy ra ở trong cơ thể ở kích thước nanô
mét và người ta đang chờ đợi một cuộc cách mạng mạnh mẽ trong lĩnh vực này. Trong
các cách tiếp cận đó, các hạt nanô có vai trò đặc biệt quan trọng bởi chúng có thể làm
tă
ng độ nhạy, nâng cao chất lượng hình ảnh trong chẩn đoán và là tác nhân mang thuốc,
gen điều trị hướng đích cho kết quả cao [14,31,32]. Từ - sinh học là một ngành khoa học
liên ngành với sự tham gia của các nhà khoa học từ nhiều lĩnh vực khác nhau như y học,
dược học, hóa học, vật lý, sinh học, công nghệ và khoa học vật liệu.
Từ - sinh học nanô tập trung trước hết và chủ yếu vào các hệ sinh học và các
quá trình sinh họ

c. Vật liệu từ nanô có một mối liên hệ đặc biệt đối với các ứng dụng
trong y - sinh học do sự tương thích về kích thước của chúng so với kích thước của tế
bào (10 - 100 µm), vi rút (20 - 500 nm), protein (5 - 50 nm) và gen (rộng 2 nm và dài
10 - 100 nm). Kích thước các hạt nanô đủ nhỏ để di chuyển trong cơ thể mà không phá
vỡ các chức năng cơ bản và chúng có thể đến các nơi trong cơ thể mà các cách khác
không thể làm được.
Các tế bào có thể phản
ứng với các vật thể của môi trường xung quanh ở kích
thước từ 5 nm đến các kích thước nhỏ hơn 1000 lần so với kích thước của bản thân nó
và các thay đổi này có thể dẫn đến sự phát triển hoặc diệt vong của tế bào. Các vật liệu
có cấu trúc nanô cho phép nghiên cứu các quá trình tới hạn này ở mức đơn tế bào.
Vật liệu từ học dùng trong các ứng dụng y - sinh học cần phải đáp ứ
ng các yêu
cầu khắt khe hơn các vật liệu sử dụng cho các mục đích khác. Đối với các ứng dụng
trong cơ thể, ví dụ cho các mục đích phân tán thuốc qua mạch máu, làm môi trường
cho việc phá hủy cục bộ các tế bào ung thư đòi hỏi các hạt nanô từ phải có tính
tương thích cao về mặt sinh học. Đối với các ứng dụng ngoài cơ thể, ví dụ dùng các
hạt nanô từ làm tác nhân tương phản cho chụ
p ảnh cộng hưởng từ hạt nhân (MRI),
mức độ yêu cầu mặc dù có thấp hơn nhưng đối tượng của các kỹ thuật này vẫn là các
tế bào sống. Vì vậy, việc xem xét ảnh hưởng của các vật liệu lên các tế bào nghiên cứu
vẫn cần được quan tâm. Thêm vào đó, để có sự tương thích sinh học, vật liệu cần phải
có khả năng chức năng hóa bởi một hoặc nhi
ều phần tử, vẫn phải duy trì được từ tính
2

trong một thời gian thích hợp trong môi trường có độ pH thay đổi, không bị đào thải
quá nhanh trong quá trình tuần hoàn máu, ổn định và không lắng đọng hay kết đám.
Thông thường, các hạt oxit sắt từ Fe
3

O
4
được biết đến như các vật liệu từ dùng
cho các ứng dụng y - sinh học bởi ít tính độc tố, ít bị đào thải, có mômen từ lớn và
nhiệt độ Curie T
C
cao. Tuy nhiên, trong các ứng dụng thực tế đối với phương pháp
nhiệt trị, các vật liệu có nhiệt độ làm việc trên nhiệt độ phòng đã thu hút được sự quan
tâm đặc biệt. Bản chất của nhiệt trị trong điều trị ung thư là dùng một nguồn nhiệt để
đốt các tế bào ác tính. Các nghiên cứu lâm sàng đã chỉ ra rằng, nếu duy trì nhiệt độ từ
42 đến 43
o
C trong vòng nửa giờ các tế bào ác tính có thể bị tiêu diệt và tính tổn
thương nhiệt của các tế bào này là cao hơn nhiều so với tế bào lành. Khó khăn của việc
sử dụng phương pháp nhiệt trị là kiểm soát quá trình một cách có hiệu quả, an toàn cho
người bệnh mà cụ thể là ngăn chặn hiện tượng quá nhiệt. Khi quá nhiệt xảy ra không
những các tế bào bệnh mà cả các tế bào lành cũng bị ảnh hưởng và làm tổn th
ương
người bệnh. Về phương diện này, các vật liệu nanô từ có nhiệt độ Curie thấp (320 -
370 K) là giải pháp hữu hiệu.
Để vận chuyển thuốc thông qua hệ thống tuần hoàn đến đích yêu cầu và cung cấp
tác nhân cho nhiệt trị, một trong các phương pháp hữu hiệu nhất mà các nhà khoa học
đặt nhiều hy vọng đó là quá trình điều khiển các hạt nanô từ bằng từ trường ngoài. Yêu
cầu của phươ
ng pháp này đòi hỏi các hạt nanô phải có từ độ tự phát đủ lớn. Bên cạnh
đó, các hạt nanô từ phải có tính dẫn điện để có thể thực hiện quá trình trao đổi nhiệt cảm
ứng. Dù trên thực tế có nhiều loại vật liệu thỏa mãn các yêu cầu này, nhưng việc sử
dụng chúng trong y học bị cản trở bởi nhiều yếu tố. Trong đề tài này, chúng tôi đề xuất
sử d
ụng các vật liệu thông minh trên các oxit kim loại có khả năng ngăn chạn các tác

dụng phụ nói trên. Việc thay đổi thành phần cation trong các oxit có cấu trúc perovskite
Ca(Cu
x
Mn
3-x
)Mn
4
O
12
cho phép thu được các hợp chất có T
C
trong dải nhiệt độ 300 - 350
K phù hợp với dải nhiệt độ yêu cầu cho phương pháp nhiệt trị. Một điều quan trọng là
trong các hợp chất này, nhiệt độ chuyển pha từ trạng thái kim loại (T<T
C
) sang trạng
thái điện môi (T>T
C
) xảy ra đồng thời với chuyển pha sắt từ - thuận từ.
Cho đến nay, các hạt oxit sắt Fe
3
O
4
và perovskite từ tính có thể tổng hợp được
bằng nhiều phương pháp hóa học khác nhau như: phương pháp đồng kết tủa, phương
pháp son-gen, phương pháp vi nhũ tương, phương pháp phân hủy siêu âm - phun,
phương pháp phân hủy laser, phương pháp CVD và phương pháp thủy phân nhiệt. Tất
cả các phương pháp này đều sử dụng các hợp chất ban đầu ở trạng thái phân tán cao,
sau đó thực hiện các bước tiếp theo ở nhiệt độ tương đối thấ
p để thu được các hạt đồng

nhất. Phương pháp son-gen được sử dụng rộng rãi để tổng hợp các vật liệu có kích
thước nanô mét. Tuy nhiên, phương pháp này còn gặp nhiều hạn chế bởi tính ổn định
3

của các thành phần ban đầu và gặp nhiều khó khăn trong việc pha tạp thêm các thành
phần ion kim loại phức tạp khác.
Việc triển khai hương nghiên cứu “TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH
CHẤT CỦA CÁC HẠT NANÔ TỪ THÔNG MINH ỨNG DỤNG TRONG Y SINH
HỌC” không chỉ được chúng tôi lựa chọn là đề tài luận văn, mà còn được xem như
một mũi nhọn chủ lực của Phòng Thí nghiệm Vật liệu và Linh kiện từ
tính nanô thuộc
Khoa Vật lý và Công nghệ Nanô - Trường Đại học Công nghệ - ĐHQG Hà Nội trong
những năm gần đây và trong tương lai.
Các vấn đề cần giải quyết và các mục tiêu cơ bản cần hướng tới của bản luận văn:
- Hoàn thiện quy trình tổng hợp các hạt nanô từ tính thông minh như: Fe
3
O
4
,
Perovskite Ca(Cu
x
Mn
3-x
)Mn
4
O
12
( 0,0 ≤ x ≤ 3,0) … bằng phương pháp hóa học
tại nhiệt độ phòng. Các hóa chất được sử dụng trong quá trình tổng hợp phải có
độ sạch cao, đạt tiêu chuẩn phân tích

- Để áp dụng cho các ứng dụng đề cập ở trên, trước hết các vật liệu nghiên cứu
phải có từ độ tự phát đủ lớn cũng như sự thay đổi tính chất điện xảy ra tại nhiệt
độ chuy
ển pha sắt từ - thuận từ. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ ủ mẫu và việc thay
đổi thành phần thay thế Cu cho Mn trong hệ vật liệu Ca(Cu
x
Mn
3-x
)Mn
4
O
12
( 0,0
≤ x ≤ 3,0) lên nhiệt độ Curie và kính thước hạt cũng được khảo sát.
- Bên cạnh các yêu cầu về tính chất vật lý và hóa học, tính tương thích sinh học
của các hạt nanô từ tính đối với cơ thể sống động vật, thực vật và con người là
cự kỳ quan trọng. Để đạt được yêu cầu này, các hạt nanô từ tính sẽ cần được
bọc lớp vỏ tương thích sinh học.
- Các thí nghiệm lâm sàng ứng dụng các hạt nanô từ tính trong liệu pháp phân tán
thuốc – curcumin thụ động đối với dòng vi rút viêm gan vịt (Duck Hepatitis
virus type 1- DHV1) trên vịt con hai tuần tuổi cũng được đề cập đến.
Bố cục của luận văn
Luận văn có bố cục như sau: ngoài phần mở đầu và phần kết luận, các nội dung
còn lại được trình bày trong bốn chương, bao gồm:
Chương 1: Liệu pháp vận chuyển và phân tán thu
ốc hướng đích sử dụng các
hạt nanô từ tính.
Chương 2: Vật liệu nanô từ tính, các polime tự nhiên và đối tượng sinh học thực
nghiệm.
Chương 3: Chế tạo mẫu và các phương pháp thực nghiệm

Chương 4: Kết quả thực nghiệm và thảo luận.
4

CHƯƠNG 1

LIỆU PHÁP VẬN CHUYỂN VÀ PHÂN TÁN THUỐC HƯỚNG
ĐÍCH SỬ DỤNG CÁC HẠT NANÔ TỪ TÍNH

Việc vận chuyển và phân tán thuốc dựa trên các vật liệu nền có cấu trúc nanô,
đặc biệt là các hạt nanô siêu thuận từ, đang ngày càng được chú ý do chúng có nhiều
tác dụng trong chẩn đoán, điều trị bệnh nhân ung thư, rối loạn tĩnh mạch và điều trị các
bệnh khác. Tiềm năng ứng dụng của các hạt nanô từ tính xuất phát từ sự kết hợp giữa
các tính chất từ c
ủa lõi bên trong với khả năng tương thích sinh học cao của lớp vỏ bên
ngoài được chức năng hóa theo các dòng thuốc, protein hay các plasmit khác nhau.
Trong chương này chúng tôi sẽ giới thiệu và thảo luận những đặc tính và những ứng
dụng gần đây của các hạt nanô từ tính trong việc phân tán thuốc (liệu pháp nhiệt trị,
quá trình cắt bỏ bằng nhiệt và các ứng dụng trong phẫu thuật sử dụng các hạt nanô sẽ
không được đề c
ập ở đây).
1.1. Giới thiệu chung
Nhìn chung, các hạt nanô từ tính được tổng hợp từ các vật liệu vô cơ hoặc hữu
cơ có kích thước từ 1 đến 100 nm theo phương pháp “bottom-up”. Các vật liệu nanô
này được tạo thành từ các phân tử, nguyên tử thông quá trình nhiệt động học [8].
Chúng bao gồm phần lõi là các oxit kim loại hoặc kim loại, phần vỏ được chức năng
hóa bởi các chất vô cơ, hữu cơ hoặc polime tạ
o nên tương thích sinh học. Các tính chất
từ của các hạt nanô từ tính này được sử dụng trong một số ứng dụng y – sinh như sau:
(i) Ứng dụng trong chẩn đoán - làm tác nhân tương phản ảnh cộng hưởng từ hạt
nhân (MRI) [14].

(ii) Liệu pháp nhiệt trị trong điều trị ung thư, sử dụng trường ngoài tần số cao để
đốt/cắt nhiệt các tế bào ác tính [31].
(iii) Liệu pháp vận chuy
ển và phân tán thuốc hướng đích [32].
Mặc dù, theo đánh giá của Hiệp hội ung thư Mỹ, những người chết vì ung thư ở
Mỹ đã giảm xuống trong hai năm trở lại đây [12]. Đó là do tỷ lệ hút thuốc giảm xuống
và sự phát triển của các phương pháp xử lý khối u. Tuy nhiên, bệnh ung thư hiện vẫn
là một trong những nguyên nhân gây tử vong rất cao ở các nước phát triển. Các
phương pháp ch
ữa bệnh truyền thống như: phẫu thuật, trị xạ, hoá trị liệu và những liệu
pháp sinh học (phương pháp miễn dịch) đều bị giới hạn do khả năng xâm nhập vào
khối u, tạo rủi ro cho các bộ phận, các tổ chức sống khác.
Cơ chế phân tán và vận chuyển thuốc dựa trên các vật liệu nền là các hạt nanô
từ tính đem lại nhiều hứa hẹn trong đ
iều trị và chẩn đoán bởi các các đặc tính ưu việt
sau: (i) cho phép phân tán thuốc đến các bộ phận, các tổ chức sống phức tạp trong cơ
5

thể bởi kích thước siêu nhỏ, (ii) tăng khả năng vận chuyển thuốc hướng đích, đủ liều
đến các bộ phận và tổ chức sống cần điều trị, (iii) làm giảm sự tập trung của thuốc tại
những vùng, các bộ phận và các tổ chức sống lành tính – làm giảm tác dụng phụ ở
mức nhỏ nhất [50]. Tiềm năng ứng dụng của các hạt nanô t
ừ trong y – sinh học được
biểu thị trên biểu đồ hình 1.1.

Hình 1.1.
Biểu đồ phát triển và ứng dụng của các hạt nanô từ tính trong y sinh học [40]
Các hạt nanô cho phép can thiệp đến cấp độ mô, cấp độ tế bào. Có nghĩa là
chúng có thể thâm nhập vào nội bào hoặc đại thực bào, nhờ vào tính tương thích sinh
học của các hạt nanô. Trong quá trình này, các hạt nanô có thể xâm nhập vào các màng

tế bào chất và trong một số trường hợp có thể là các màng bào tương. Cơ chế vận
chuyển thuốc hướng đích đến các mô hay các tế bào bệnh bằng các hạt nanô bao gồm:
liệu pháp hướng đích ch
ủ động; hướng đích thụ động và hướng đích vật lý.
Phương pháp hướng đích thụ động: thuốc được tập trung vào bên trong cơ thể với
các đặc tính truyền không thay đổi (những loại thuốc chuyên dụng). Các hạt nanô từ
tính lợi dụng hiện tượng thoát mạch tại các mô bệnh. Ở đó các vi mạch máu nhỏ dễ bị
thấm và bị thủng do quá trình thoát lympho (bạch huyết) tới h
ại ở khối u. Kết hợp các
nhân tố này dẫn tới sự tích luỹ các hạt nanô trong mô tế bào, hiện tượng này được gọi
là thẩm thấu và lưu giữ tăng cường [8]. Phần lớn các mô đều ở thể rắn, kích thước
mạch máu nằm trong khoảng từ 380 nm đến 780 nm. Hơn nữa, tổ chức mạch máu là
không giống nhau do sự hình thành bất thường tùy thuộc vào mầm bệnh, loại khối u và
6

môi trường [23]. Sự tương thích về mặt kích thước hạt nanô trong quá trình khuếch tán
và phân bố thông qua mao mạch đến các u ác tính được trình bày trong bảng 1.1 [40].
Quá trình phân tán thuốc sẽ không bị giới hạn khi đường kính của các hạt nanô nhỏ
hơn các mao mạch có kính thước nhỏ nhất. Thay vì điều đó, chúng lại bị giới hạn bởi
thời gian lưu trú của các hạt nanô trong mạch máu của cở thể. Do đó, sử dụng các hạt
nanô từ
trong việc phân tán thuốc theo phương pháp truyền thống thường là thụ động.
Khả năng tiếp cận của chúng tới các mô trong hệ thống thực bào đơn phân (gan, lá
lách và tủy xương) bị hạn chế. Đối với những các mô khác, dường như không có khả
năng tác động nếu như không có sự bổ trợ bởi các liệu pháp hướng đích chủ động
khác. Vì thời gian lưu trú ngắn và độ tập trung của các h
ạt nanô thấp, nên chúng chỉ
hoạt động được ở những vùng bị u (bất chấp hiệu ứng lưu giữ tăng cường), điều này
dẫn tới sự tập trung thuốc dưới mức cho phép.
Bảng 1.1. Sự tương thích về mặt kích thước của các hạt nanô trong liệu pháp phân tán

và vận chuyển thuốc thông qua hệ thống tuần hoàn trong cơ thể người [40].
Kích thước Các tổ chức số
ng
Vận
chuyển
thuốc
Các mao mạch không cho
phép thâm nhập
< 1 nm Hệ thần kinh trung tâm,
màng máu - não
Các mao mạch duy trì ~ 6 nm Các mô như cơ, da phổi
Các mao mạch có lỗ thủng ~50-60 nm Thận, ruột, nội tiết, ngoại
tiết
Các mao mạch dạng sinusoid 100-1000 nm Gan, lá lách, tủy xương
Phân
tán
thuốc
Bán kính động mạch con 0,005-0,07
mm
Ứng dụng chạy thận nhân
tạo, lọc máu. Đào thải bằng
opxonin, bạch cầu đơn nhân
Bán kính động mạch 0,08-7,5 mm
Bán kính tĩnh mạch nhỏ 8 đến 100 µm

Phương pháp hướng đích chủ động: cho phép thuốc truyền một cách trực tiếp vào
các tế bào đặc trưng, các u hoặc các tổ chức nhờ vào cơ chế nhận dạng đặc trưng bởi
các ”quyết định kháng nguyên” (epitope - là vị trí cấu trúc trên một phân tử kháng
nguyên có thể phản ứng với một kiểu cấu trúc hóa học của phân tử kháng thể hoặc
phân tử thụ thể), các thụ thể hay đặ

c trưng vật lý. Các tác nhân vật lý (như: nhiệt độ,
pH, điện tích, ánh sáng, âm thanh, từ trường) không chỉ nhạy cảm với quá trình lây
nhiễm bệnh mà còn tác động trực tiếp đến quá trình vận chuyển và phân tán thuốc
hướng đích. Mặt khác, liệu pháp hướng đích chủ động cũng có thể thông qua các cấu
trúc có khối lượng phân tử thấp (như: axit folic, sinh tố B, đường), các peptit (RGD,
LHRD), các protein (tranferrin, kháng thể, lectin), polisaccarit (axit hialuronic), các
axit béo không có khả năng tạo colesteron, các peptit, DNA,… [40].
7

Liệu pháp hướng đích vật lý: cho phép phân tán và vận chuyển thuốc dưới tác động
bởi các đặc trưng vật lý của trường ngoài. Các hạt từ tính được biết đến trong liệu pháp
này là các hồng cầu từ tính, các albumin từ, và các hạt polime có kích thước micro mét
[60]. Chúng có chức năng làm giàu và vận chuyển thuốc thông qua tĩnh mạch đến
vùng bị tổn thương và các khối u dưới tác dụng của trường ngoài. Tuy nhiên, do tính
chất từ của chúng quá nhỏ, không
đáp ứng đủ mức cần thiết cho liệu pháp phân tán
thuốc nên không được phát triển tiếp.
Song hành cùng với các liệu pháp phân tán thuốc này là các vật liệu nền truyền
thống được biết đến đều có nguồn gốc từ các hợp chất hữu cơ hay tự nhiên như: trong
liệu pháp hướng đích thụ động là các hạt nanô polime, liposome, “dendrimer”, mixen,
thể nhũ tương…, liệu pháp hướng đích chủ động là kháng thể, hay liệ
u pháp vật lý là
liposome từ tính. Tuy nhiên, các hệ vật liệu hữu cơ này thường bị giới hạn bởi các đặc
tính hóa – lý như sự phân bố kích thước hạt không đồng nhất, sự phân nhánh các cấu
tử phức tạp dẫn đến các đặc tính dược lý không thống nhất bởi sự ổn định, tính tương
thích sinh học và độ thụ cảm khi bị các thụ thể sinh học tác động.

Hình 1.2. Tiềm năng ứng dụng của các hạt nanô từ trong
vận chuyển và phân tán thuốc hướng đích [60]
Như chúng tôi đã đề cập ở phần trên, các hạt nanô siêu thuận từ điển hình là các

oxit sắt có kích thước từ 10 đến 100 nm, được chức năng hóa bề mặt đã đem lại nhiều
hứa hẹn trong việc thay thế các dòng vật liệu truyền thống trước đây (xem hình 1.2)
[60]. Ti
ềm năng của dòng vật liệu nền này đã được kiểm chứng bởi nhiều nhóm tác giả
như: ảnh hưởng của các hạt nanô siêu thuận từ oxit sắt được chức năng hoá bề mặt bởi
polime anhydrogluco mang thuốc epirubicin đối với các u ác tính, ung thư di căn vòm
họng ở chuột [3]; hay sự suy giảm tế bào ung thư biểu mô VX-2; u di căn ở thỏ bởi sự
tác động của các hạt nanô từ
mang thuốc etoxin carminomycin và rubomycin [11]. Tuy
8

nhiên, các tác giả cũng chỉ ra rằng, sự tương thích sinh học của các hạt nanô từ tính
phụ thuộc rất nhiều vào các tham số liên quan đến quá trình phân tán và dẫn truyền
trong cơ thể như: các tính chất hóa lý, kích thước hạt, độc lực, sự tích điện bề mặt, khả
năng bám hút protein, tính không ưa nước của bề mặt, tỷ lệ tải, động năng nghỉ, độ ổn
định, quá trình thoái hoá của h
ệ truyền, quá trình hydrat hoá, tính biến đổi của hiện
tượng điện chuyển, góc tiếp xúc, khối lượng hạt nanô, khả năng mang thuốc (kiểu: đưa
kèm, hút bám, kết nang), thời gian lưu trú của các hạt siêu thuận từ dưới tác động của
trường ngoài và lưu lượng máu vận chuyển đến các mô bệnh cũng ảnh hưởng đến hiệu
quả của phương pháp này. Mặt khác, các thông số sinh-lý của bệnh nhân như
trọng
lượng cơ thể, thể tích máu, rối loạn tim, khả năng chịu đựng bởi các điều kiện ngoại vi
của hệ tuần hoàn và các chức năng của các tổ chức sống vùng lân cận cũng chịu ảnh
hưởng dưới tác dụng của trường ngoài đặt vào…[42]. Kích thước hạt, độc lực, sự tích
điện bề mặt, khả năng bám hút protein là những đặc tính quan trọ
ng trong việc vận
chuyển thuốc và liệu pháp in vivo sẽ được trình bày ở phần dưới đây.
1.2. Điều kiện tương thích sinh học và các đặc tính của các hạt nanô từ tính
1.2.1. Kích thước của các nanô từ tính

Do sự phụ thuộc vào năng lượng từ, các hạt nanô từ tính luôn có xu hướng liên
kết lại với nhau, làm giảm khả năng tích điện trên bề mặt. Điều này có thể dẫn đến sự

kết tủa, gây nguy hiểm nếu như các hạt nanô từ được đưa vào trong tĩnh mạch. Do đó,
các hạt nanô từ tính phải là các hạt siêu thuận từ. Đường cong từ hoá của hạt siêu
thuận từ là một đường thuận nghịch, có độ từ dư M
r
bằng không và giá trị của lực
kháng từ H
c
bằng không (xem hình 1.3). Điều quan trọng nữa là phải biết được khả
năng tích điện bề mặt và khả năng dung nạp các hạt nanô từ này trong máu [48]. Các
hạt nanô từ khi thâm nhập vào cơ thể đều được nhận dạng và phát hiện bởi các đại
thực bào của hệ thực bào đơn nhân. Các hạt có kích thước nhỏ hơn 4µm được nhận
dạng bởi các tế bào nội mô, chiếm ch
ủ yếu trong gan (60-90%) và trong lá lách (3-
10%) [42,48]. Trong khi đó, các hạt có kích thước nằm trong khoảng từ 100 nm đến
200 nm, sẽ thâm nhập vào thực bào thông qua tế bào gan (khe hở ở bên trong giữa các
tế bào nội mô ở gan từ 100 đến 150 nm) [37]. Các hạt lớn hơn 200 nm sẽ bị lọc bởi
xoang tĩnh mạch ở lá lách. Nếu các hạt có kích thước giữa 30 và 100 nm được sử dụng
trong tĩnh mạch, gan sẽ đào thải các hạt có kích thước lớn nhanh hơn so vớ
i các hạt có
kích thước nhỏ [53]. Vì vậy thời gian lưu trú của các hạt có kích thước lớn trong huyết
thanh ngắn hơn, những phần tử lớn có chu kỳ bán rã của huyết tương ngắn hơn. Sự
phụ thuộc vào kích thước hạt có thể phân tách bởi thực bào (với mọi kích thước) hoặc
trong quá trình thấm bào (các hạt có kích thước cỡ 150 nm) [54]. Nghĩa là các hạt có
kích thước lớn sẽ bị đào thải thông qua quá trình thấ
m bào (tất cả các tế bào đều có
khả năng thấm bào).
Dưới góc nhìn sinh lý học, các hạt có kích thước lớn hơn 10 nm không thể thâm

nhập vào nội mô [63]. Tuy nhiên, về bệnh lý học, đặc biệt là sự góp mặt của từ trường
9

ngoài có thể cho phép các hạt có kích thước 700 nm thâm nhập vào vùng dễ bị viêm
nhiễm hoặc các u [37]. Hơn nữa, dưới sự bổ trợ của các liệu pháp khác như phương
pháp miễn dịch, nhiệt trị, hóa trị hay trị xạ cũng có thể cho phép các hạt nanô từ tính
có kích thước lớn hơn thâm nhập vào vùng bị viêm hay khối u và được kiểm chứng
trong các thí nghiệm in vitro và in vivo [2, 35,53-54].

Hình 1.3. Đường cong từ hóa của các hạt nanô từ tính
1.2.2. Độc lực của các hạt nanô từ tính
Tất cả những dược phẩm trước khi được sử dụng cho người và cho động vật
đều phải được kiểm tra độ độc và hiệu ứng phụ. Điều này không loại trừ đối với các
hạt nanô từ tính. Không chỉ độc tính của vật liệu, chúng ta còn phải quan tâm đến độc
lực khi các sản phẩm bị phân huỷ; sự kích thích của tế bào khi giải phóng hạt khỏi
vùng bị viêm và những hiệu ứng độc của hạt khi đi qua các tổ chức lành tính [39].
Khi thảo luận về tính độc của các hạt nanô một cách tổng quát hoá gặp nhiều
khó khăn do tính độc của chúng phụ thuộc vào nhiều nhân tố như: liều lượng, kết cấu
hoá học, phương pháp truyền, kích thước, khả n
ăng phân huỷ, độ tan, tác dụng hoá
học, phân bố sinh học, hoá học bề mặt, hình dáng và cấu trúc… Nhìn chung, kích
thước, điện tích bề mặt, hình dáng, thành phần cấu tạo và lớp phủ đều là những đặc
tính quan trọng trong độc tính tế bào và sự biến tính của bề mặt các hạt nanô là yếu tố
chính để làm giảm độc tố [44].
Có thể thấy rằng, tỷ lệ diện tích bề mặt - thể tích c
ủa các hạt có kích thước lớn
là điều bất lợi cho các cơ thể sống nếu như chúng bị bám hút sau đó bị hấp thụ qua
phổi hoặc nuốt chúng rồi bị hấp thụ vào dạ dày. Điều thú vị là theo các công trình
nghiên cứu trước đây, trong nồng độ từ 20 đến 100 mg/ml, các hạt từ với kích thước
lớn có tỷ lệ độc cao hơn so với các hạt cùng loại như

ng kích thước nhỏ hơn thậm chí
cả diện tích bề mặt hạt cũng đóng góp một phần không nhỏ [15]. Trong bất kỳ trường
hợp nào, nghiên cứu độc lực không chỉ quan tâm đến độ chính xác của độ độc mà còn
10

phải nghiên cứu đến các sản phẩm sau khi bị đào thải, khả năng thích ứng của các tế
bào đối vùng viêm đã được điều trị và độc tố của các sản phẩm [68].
Do vậy, đối với liệu pháp phân tán thuốc sử dụng vật liệu nền là các hạt nanô từ
tính, cần thiết phải phân tích các tham số sau: (i) độc tính tế bào và trong cơ thể động
vật (độc cấp tính, kinh niên, quái thai và tính gây
đột biến); (ii) sự tương thích về huyết
học; (iii) khả năng phân huỷ (ở những nơi có thể); (iv) khả năng miễn dịch; (v) tác
dụng hóa học trước khi tiến hành xét nghiệm (sự phân bố trên cơ thể, sự trao đổi chất,
khả năng hoạt hoá sinh học, khả năng bài tiết, độc lực tại những bộ phận cụ thể) [41].
1.2.3. Điện tích bề mặ
t hạt
Khi các hạt nanô từ tính được phân tán trong môi trường dung dịch, sẽ hình
thành thế điện chuyển Zeta giữa biên hạt và dung dịch. Thế điện chuyển Zeta xuất hiện
trong phần khuếch tán của lớp điện kép ở ranh giới giữa pha rắn và pha lỏng. Lớp này
gồm hai phần: một phần có bề dày cỡ đường kính của một ion có điện thế giảm đột
ngột; phầ
n còn lại điện thế thay đổi từ từ được gọi là phần khuếch tán. Thế Zeta được
xem như là một đặc trưng cơ bản về điện tích bề mặt của các hạt nanô. Nó quyết định
đến sự bền vững của hạt chống lại hiện tượng keo tụ, sa lắng…[53].
Thế điện chuyển Zeta phụ thuộc vào nồng độ và tỷ l
ệ giữa các cation và anion
trong môi trường phân tán và khả năng hấp phụ của các protein sinh chất đối với các
hạt nanô [49]. Nếu thế điện chuyển Zeta thấp hơn so với giá trị tới hạn của hệ hạt, khi
đó sẽ có sự xuất hiện hiện tượng kết tụ và sa lắng các hạt nanô. Sự tích điện bề mặt
đóng vai trò quan trọng trong quá trình thấm bào. Khi tiếp truyền qua tĩnh mạch, các

hạt nanô từ tính phải tích điện âm. Nó không làm suy giảm nồng độ cation trong máu,
dễ dàng tương tác được với màng tế bào theo cơ chế thấm bào. Cơ chế phát hiện và
đào thải của các đại thực bào phụ thuộc rất nhiều vào điện tích bề mặt của hạt. Điện
tích bề mặt càng cao thì thời gian lưu trú của các hạt nanô từ tính càng ngắn [48,53].
1.2.4. Khả năng hấp phụ protein
Khi các h
ạt nanô từ tính được bơm vào trong tĩnh mạch, ngay lập tức chúng sẽ
tương tác với các protein sinh chất. Sự bám hút của các protein trên bề mặt hạt được
gọi là opsonin hóa [59]. Số lượng protein bám hút phụ thuộc vào kích thước, điện tích
bề mặt của phân tử và tính kỵ nước của các hạt. Nếu kích thước, điện tích bề mặt, tính
kỵ nước tăng, khả năng bám hút của protein tăng. Khả nă
ng bám hút protein đóng vai
trò quan trọng trong quá trình phân bố sinh học, sự suy thoái, sự đào thải các hạt nanô
từ tính. Các protein của thực bào được gọi là các opsonin (ví dụ globulin miễn dịch G
(lgG), hệ bổ trợ, fibronectin), ức chế thực bào được gọi là các dysopsonin [7].
Khả năng bám hút của một vài protein đã được nghiên cứu trong các thí nghiệm
in vitro và in vivo [48]. Opsonin và dysopsonin cũng giống như những protein ít hoạt
động trong huyết tương, chúng chịu trách nhiệm về toàn bộ các hạt nanô trong thí
nghiệ
m in vivo. Bởi vậy, đây là điều thuận lợi để nghiên cứu khả năng bám hút của
11

các protein đơn với các hạt nanô. Chúng rất hiệu quả khi nghiên cứu protein sinh chất
trong máu bởi hiện tượng điện chuyển gel poliacrymin trong không gian hai chiều.
Theo phương pháp này, vài nghìn protein sinh chất có thể được phân lập tại cùng một
thời điểm thông qua điểm đẳng điện và khối lượng phân tử. Mục đích chính của
phương pháp này là nhận dạng các protein có khả năng hút bám các hạt không cần
thông qua các thiết bị ngoại vi khác. Các hạ
t nanô từ tính có cùng độ tương phản dễ
dàng được phân lập bởi kỹ thuật tách từ. Trong quá trình nghiên cứu về khả năng bám

hút protein, T. Neubereg và các đồng nghiệp [42] đã chỉ ra rằng, các hạt nanô oxit sắt
siêu thuật từ với kích thước 65 nm được bọc bởi cacbonxy dextran, cho phép phát hiện
được 40% lgG và 20 % fibronectin trong toàn bộ protein bám hút.
Sự phân tán và khả năng vận chuyển của các hạt nanô từ tính đến các bộ phận
trong toàn bộ cơ thể ng
ười phụ thuộc rất nhiều vào các tham số hoá - lý. Mặt khác,
phương pháp tiếp truyền thuốc, nơi truyền cũng ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển
và phân tán thuốc. Một trong những phương pháp này sẽ được thảo luận dưới đây.
1.3. Các phương pháp tiếp truyền trong phân tán thuốc
1.3.1. Phương pháp truyền tĩnh mạch
Điều kiện chung cho các hạt nanô từ ứng dụng y- sinh là khi thực hiện phải đảm
b
ảo không độc, không chứa kháng nguyên và kích thước của chúng phải thoả mãn điều
kiện xâm nhập vào mao mạch. Khi các hạt nanô đi vào trong mạch máu, quá trình
opsonin hóa tác động đáp ứng được hệ RES [40]. Bạch cầu đơn nhân có vai trò làm
sạch và chọn lọc các hạt nanô cho phép truyền được đến gan, lá lách và tuỷ xương đến
các tế bào khác (ví dụ tế bào Kupffer trong gan). Các tổ chức sống này sẽ giữ các hạt
nanô trước khi bị đào thải. Do khả năng t
ương thích sinh học và kích thước của hạt,
một số hạt nanô sẽ bị enzim ở tế bào Kupffer phân hủy và đào thải qua mật và ra ngoài
cơ thể qua đường phân. Một số hạt khác sẽ được lọc bởi thận, sau đó được đào thải
qua đường tiết niệu. Nhìn chung, các hạt nanô nhỏ hơn sẽ được đào thải dần bởi thận
trong khi các hạt nanô có kích thước lớn hơn sẽ
bị đào thải bởi gan, lá lách, và tuỷ
xương (xem hình 1.4) [62]. Các hạt lớn sẽ được di chuyển nhờ vào khả năng của các
thực bào (các đại thực bào hoặc các tế bào đuôi gai), trong khi các hạt nhỏ có thể di
chuyển nhờ vào sự thấm bào của các tế bào (ví dụ tế bào bạch cầu lympho B và T).
Tóm lại, khi các hạt nanô từ bị phân huỷ thì các sản phẩm phân huỷ này có thể kết hợp
với bất kỳ
tế bào nào có thâm bào.

1.3.2. Tiếp truyền dưới da hoặc bên trong khối u
Không giống như các hạt có khả năng hoà tan trong nước, phương pháp này có
khả năng hấp thụ nhanh qua thành mao mạch và đi vào hệ tuần hoàn máu, các hạt nanô
có kích thước nhỏ được tiêm rất chậm vào vùng không gian chỗ bị tiêm và hấp thụ dần
nhờ hệ bạch huyết [10]. Phương pháp tiêm dưới da hoặc phương pháp tiêm cục bộ có
thể sử dụng cho liệu pháp hướ
ng đích trị liệu cho các u bạch huyết. Mặc dù phương
12

pháp này hiếm khi được sử dụng để điều trị bệnh nhân hiện nay nhưng nó vẫn được sử
dụng cho các u bị di căn. Trong trường hợp này, không cần từ trường ngoài tác động,
các hạt được định vị bởi các đặc tính riêng của hạt. Vai trò của trường ngoài được áp
dụng đối với liệu pháp nhiệt trị.

Hình 1.4.
Mối tương quan giữa kích thước và thời gian lưu trú của các hạt nanô từ [62]
1.3.3. Tiếp truyền qua miệng, mắt
Một vài ứng dụng về việc sử dụng các hạt nanô từ được bọc bởi các vỏ hữu cơ
trong liệu pháp phân tán thuốc qua miệng đã được công bố [32], mặc dù hầu hết những
các hạt nanô từ đều sử dụng như các nhân tố tương phản MRI đối với dạ dày. Vấn đề
chính ở đây là khi phân tán các peptit và các protein qua đường miệng th
ường bị thoái
biến bởi các axit, các enzim trong dạ dày dẫn đến độ hấp thụ kém, sự trao đổi chất diễn
ra ngay trong giai đoạn đầu tiên ở gan và làm tăng nồng độ tập trung của thuốc. Feng
và các đồng nghiệp [19] đã chỉ ra rằng, bằng phương pháp tiếp truyền qua miệng các
hạt có kích thước nhỏ hơn 5µm có thể di chuyển qua đường bạch huyết; các hạt có
kích thước lên tới 500 nm có thể và
được tế bào biểu mô thông qua cơ chế thấm bào;
các hạt có kích thước nhỏ hơn 50 nm có thấm qua tế bào biểu mô trong ruột.
1.4. Kết luận chương

Trong chương này, chúng tôi đã trình bày một cách khái quát về các liệu pháp
phân tán và vận chuyển thuốc hướng đích. Các điều kiện tối cần thiết đối với các hạt
nanô từ tính “thông minh” và tiềm năng ứng dụng của nó trong việc phân tán và vận
chuyển thuốc hướng
đích. Hơn nữa, các phương pháp tiếp truyền trong kỹ thuật in
vivo, in vitro cũng được đề cập đến. Một trong các phương pháp này sẽ được áp dụng
trong bản luận văn này.
13





CHƯƠNG 2

VẬT LIỆU NANÔ TỪ TÍNH, CÁC POLIME TỰ NHIÊN VÀ
ĐỐI TƯỢNG SINH HỌC THỰC NGHIỆM


Với mục đích tìm kiếm các giải pháp khắc phục các hiệu ứng phụ không mong
muốn trong liệu pháp phân tán thuốc hướng đích, chúng tôi đề xuất sử dụng các vật
liệu thông minh dựa trên tổ hợp bao gồm: (i) các nanô từ tính có vai trò là các vật liệu
nền có tác dụng hướng đích đến các vùng điều trị bởi tác dụng của trường ngoài; (ii)
các polime tự nhiên (chitosan, starch) được xem như chất hoạt động bề m
ặt có khả
năng liên kết với các hạt nanô từ tính (phần lõi), với chức năng tăng cường khả năng
phân tán curcumin; (iii) curcumin - thuốc cần phân tán đến vùng điều trị một số bệnh
truyền nhiễm lây lan qua đường hô hấp, tiêu hóa do vi rút gây nên ở gia cầm điển hình
là vi rút viêm gan vịt typ 1. Các phẩm chất tối ưu của các thành phần để tạo lên tổ hợp
vật liệu thông minh liên quan đến ý tưởng này sẽ

được thảo luận chi tiết trong chương
này. Mặt khác, cấp độ nguy hiểm của đối tượng sinh học thực nghiệm – vi rút viêm
gan vịt typ 1 (DHV1) cũng được đề cập đến.
2.1. Cấu trúc tinh thể và tính chất từ của các hạt nanô từ tính oxit kim loại
Các hạt nanô từ tính dòng oxit kim loại được xem như là các vật liệu nền có
phẩm chất từ thỏa mãn điều kiện tối cần thiết đối v
ới các ứng dụng trong việc phân tán
và vận chuyển thuốc hướng đích. Điền hình trong dòng vật liệu này là các hạt nanô
Fe
3
O
4
. Mặt khác các vật liệu Ca(Cu
x
Mn
3-x
)Mn
4
O
12
(0,0 ≤ x ≤ 3,0), được xem như là
một vật liệu mới có nhiều tiềm năng. Cấu trúc vi mô và tính chất từ của vật liệu này sẽ
được đề cập đến trong phần này.
2.1.1. Cấu trúc tinh thể
a). Các hạt oxit sắt từ Fe
3
O
4

Hạt oxit sắt từ Fe

3
O
4
có cấu trúc tinh thể ferit lập phương cấu trúc spinel đảo,
thuộc nhóm đối xứng Fd3
m, hằng số mạng a = b = c = 0.8396 nm. Các ion O
2-
trong
mạng tạo thành một mạng lập phương tâm mặt [24]. Cấu trúc spinel được tạo ra từ mặt
phẳng xếp chặt của các ion O
2-
với các lỗ trống tứ diện (A) và bát diện (B) được lấp
đầy bằng các ion kim loại. Mô hình phối trí của các ion tại các vị trí có thể được biểu
diễn dưới dạng: [Fe
3+
]
A
[Fe
3+
Fe
2+
]
B
O
2-
(xem hình 2.1a). Trong cấu trúc này, các ion
Fe
3+
được phân bố ở nhóm tứ diện A với 8Fe
3+

(5 µB) và tại nhóm bát diện B bao gồm
8Fe
3+
(5 µB) và 8Fe
2+
(4 µB). Sự phân bố này phụ thuộc vào bán kính các ion kim
loại, cấu hình electron của các ion kim loại và ion O
2-
và năng lượng tĩnh điện của
mạng [24].