Nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano từ trong chẩn đoán và điều trị khối u thực nghiệm

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Sinh học thực nghiệm

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến cố PGS.TS.
Trần Công Yên. Mặc dù thầy không còn nữa nhưng những lời khuyên, những bài
học mà thầy dạy dỗ sẽ mãi mãi còn trong tâm trí của em.
Em xin cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Thị Quỳ, người đã tận tình hướng dẫn,
truyền đạt kiến thức cũng như kinh nghiệm để giúp em hoàn thành luận văn này.
Trong quá trình làm việc, em luôn nhận được những lời nhận xét, góp ý quý báu từ
cô để có thể thực hiện tốt nghiên cứu của mình. Không những vậy, cô còn luôn dạy
em những bài học làm người vô cùng hữu ích.
Em xin cảm ơn TS. Hoàng Thị Mỹ Nhung, mặc dù cô luôn luôn bận rộn
nhưng vẫn quan tâm tới em, đưa ra những lời chỉ dẫn trong từng thí nghiệm để giúp
em đạt được kết quả tốt nhất. Sự say mê công việc của cô luôn luôn là tấm gương
sáng để em mãi noi theo.
Em xin chân thành cảm ơn CN. Bùi Thị Vân Khánh, ThS. Phí Thị Xuyến,
toàn bộ các em học viên cao học cũng như sinh viên nhóm Ung thư thực nghiệm
đã luôn luôn dành cho em sự quan tâm và giúp đỡ đặc biệt để em có thể hoàn thành
công việc của mình.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới GS.TS. Nguyễn Xuân Phúc, TS. Hà Thị
Phương Thư, CN. Phạm Hồng Nam, và các anh chị trong nhóm Nghiên cứu Vật
liệu Nano Y sinh, viện Khoa học Vật liệu, trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công
nghệ Quốc gia đã cung cấp vật liệu nano từ và nhiệt tình tạo điều kiện giúp em thực
hiện các thí nghiệm đốt nhiệt – từ.
Em xin gửi lời cảm ơn tới TS.BS Lâm Khánh, bệnh viện Quân đội Trung
ương 108 đã không tiếc thời gian và công sức giúp em hoàn thành thí nghiệm chụp
cộng hưởng từ hạt nhân.
Em xin cảm ơn các thầy cô, các bạn sinh viên phòng thí nghiệm của bộ môn
Thổ nhưỡng và Môi trường Đất, khoa Môi trường, trường Đại học Khoa học Tự

Phạm Thị Hà Giang
2010)

Cao học 17 (2008-


Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Sinh học thực nghiệm

nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã quan tâm và tạo điều kiện để em có thể hoàn
thành công việc của mình.
Em xin chân thành cảm ơn nhóm Nghiên cứu về Tế bào gốc, thuộc bộ môn
Tế bào – Mô – Phôi và Lý sinh thuộc Khoa Sinh học, trường Đại học Khoa học Tự
nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã cung cấp tế bào Fibroblast để em có thể hoàn
thành luận văn.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô công tác tại bộ môn Tế bào, Mô
phôi và Lý sinh cũng như các thầy cô trong Khoa Sinh học đã truyền đạt cho em
những kiến thức cơ sở để em có thể thực hiện được luận văn thạc sỹ cũng như vận
dụng trong công việc sau này.
Em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và người thân đã quan tâm,
động viên tinh thần trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Để hoàn thành luận văn này, em đã nhận được sự hỗ trợ một phần kinh phí
từ đề tài cấp nhà nước “Nghiên cứu công nghệ chế tạo các hạt vô cơ, hữu cơ
được bọc bởi những polymer tương thích sinh học dung trong y học”, mã số
4/2/472/2009 – HDD – ĐTĐL và để tài cấp bộ (VAST) “Nghiên cứu công nghệ
chế tạo một số vật liệu nano có từ tính nền Fe 3O4 theo định hướng ứng dụng
trong Y sinh” thực hiện năm 2009-2010. Nhân dịp này em xin được cảm ơn lãnh
đạo các cấp quản lý và chủ nhiệm các đề tài nêu trên.

Hà Nội, tháng 12 năm 2010

Phạm Thị Hà Giang

Phạm Thị Hà Giang
2010)

Cao học 17 (2008-


Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Sinh học thực nghiệm

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU............................................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU.....................................................................................................4
1.1.Những khái niệm cơ bản về hạt nano từ và ứng dụng.............................................................4
1.1.1. Vật liệu nano...................................................................................................................4
1.1.2. Hạt nano từ.....................................................................................................................5
1.1.3. Ứng dụng của hạt nano từ trong lĩnh vực sinh y học......................................................6
1.1.3.1. Tách, phân lập các tế bào và thực thể sinh học ra khỏi một môi trường hỗn hợp....7
1.1.3.2. Dẫn truyền thuốc, gen và các nuclide phóng xạ tới mô đích.....................................8
1.1.3.3. Tăng độ tương phản ảnh trong phương pháp chẩn đoán bằng chụp cộng hưởng từ.
.............................................................................................................................................13
1.1.3.4. Liệu pháp nhiệt – từ trong điều trị ung thư............................................................13
1.2.Chụp cộng hưởng từ hạt nhân (MRI).....................................................................................20
1.2.1. Lịch sử phát triển của kĩ thuật chụp cộng hưởng từ hạt nhân......................................20
1.2.2. Nguyên lý và kỹ thuật chụp cộng hưởng từ hạt nhân (MRI).........................................21
1.2.3. Ưu điểm của chụp cộng hưởng từ hạt nhân (MRI).......................................................25

CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................26
2.1. Đối tượng nghiên cứu...........................................................................................................26
2.1.1. Chuột nhắt trắng (Mus muscullus) dòng Swiss.............................................................26
2.1.2. Một số dòng tế bào ung thư và tế bào lành..................................................................26
2.1.2.1. Các dòng tế bào ung thư.........................................................................................26
2.1.2.2. Tế bào lành Fibroblast.............................................................................................27
2.1.3. Vật liệu nano từ (hay chất lỏng từ)...............................................................................27
2.2. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm...........................................................................................28
2.2.1. Môi trường nuôi cấy.....................................................................................................28
2.2.2. Hóa chất........................................................................................................................28
2.2.3. Máy móc thiết bị...........................................................................................................29
2.2.4. Vật tư tiêu hao..............................................................................................................29
2.3. Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................................30

Phạm Thị Hà Giang
2010)

Cao học 17 (2008-


Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Sinh học thực nghiệm

2.3.1. Phương pháp tạo u rắn dưới da và cơ đùi cho chuột nhắt trắng Swiss bằng cấy ghép
dòng tế bào Sarcoma 180........................................................................................................30
2.3.1.1. Tạo u rắn dưới da....................................................................................................30
2.3.1.2. Tạo u đùi.................................................................................................................30
2.3.2. Phương pháp khảo sát độc tính của dung dịch nano từ H01 và E6 trên các dòng tế bào
ung thư và nguyên bào sợi......................................................................................................30

2.3.3. Phương pháp khảo sát khả năng tạo tương phản ảnh của H01 bằng kỹ thuật chụp cộng
hưởng từ hạt nhân (MRI)........................................................................................................31
2.3.4. Kỹ thuật tiêm tĩnh mạch................................................................................................32
2.3.5. Phương pháp khảo sát hiệu ứng đốt nhiệt – từ ex vivo.................................................33
2.3.5.1. Khảo sát hiệu ứng đốt nhiệt - từ mẫu E6................................................................33
2.3.5.2. Phương pháp khảo sát hiệu ứng đốt – nhiệt từ ex vivo..........................................33
2.3.6. Phương pháp khảo sát sự phân bố nguyên tố sắt (nguồn gốc vật liệu từ) trong một số
cơ quan và khối u của chuột Swiss..........................................................................................34
2.3.6.1. Bằng phương pháp đốt nhiệt từ.............................................................................35
2.3.6.2. Bằng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)......................................................36
2.3.7. Liệu pháp gia nhiệt in vivo............................................................................................38
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................................................40
3.1. Kết quả gây tạo u rắn dưới da và u đùi trên chuột Swiss......................................................40
3.1.1. Kết quả gây tạo u rắn dưới da.......................................................................................40
3.1.2. Kết quả gây u đùi ở chuột Swiss....................................................................................41
3.2. Kết quả khảo sát độc tính của chất lỏng nano từ H01 và E6 trên các dòng tế bào ung thư và
nguyên bào sợi............................................................................................................................42
3.2.1. Kết quả xác định độc tính của H01................................................................................42
3.2.2. Kết quả xác định độc tính của E6..................................................................................45
3.3. Kết quả khảo sát khả năng tạo tương phản ảnh của H01 bằng kỹ thuật chụp cộng hưởng từ
hạt nhân (MRI)............................................................................................................................47
3.4. Kết quả khảo sát liệu pháp đốt nhiệt từ sử dụng mẫu E6.....................................................49
3.4.1. Kết quả hiệu ứng đốt nhiệt từ mẫu E6..........................................................................49
3.4.2. Kết quả gia nhiệt ex vivo bằng hạt từ E6........................................................................51
3.4.3. Kết quả khảo sát sự phân bố nguyên tố sắt (nguồn gốc vật liệu từ) trong một số cơ
quan và khối u.........................................................................................................................54

Phạm Thị Hà Giang
2010)

Cao học 17 (2008-


Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Sinh học thực nghiệm

3.4.3.1. Kết quả khảo sát sự phân bố nguyên tố sắt (nguồn gốc vật liệu từ) trong một số cơ
quan bằng phương pháp đốt nhiệt từ.................................................................................54
3.4.3.2. Kết quả khảo sát sự phân bố nguyên tố sắt (nguồn gốc vật liệu từ) trong một số cơ
quan và khối u bằng máy phân tích quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)...........................56
3.4.4. Kết quả khảo sát liệu pháp đốt – nhiệt từ in vivo.........................................................57
KẾT LUẬN.........................................................................................................................................65
KIẾN NGHỊ........................................................................................................................................66
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................................68

Phạm Thị Hà Giang
2010)

Cao học 17 (2008-


Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Sinh học thực nghiệm

DANH MỤC VIẾT TẮT

VIẾT TẮT
AAS

AEH
CHHBM
CLT
DIH
DMEM
FBS
IH
MRI
PBS
PEG
PVA

Phạm Thị Hà Giang

VIẾT ĐẦY ĐỦ
Atomic absorption spectrometry
Arterial embolization hyperthermia
Chất hoạt hoá bề mặt
Chất lỏng tử
Direct injection hyperthermia
Dulbecco's modified Eagle's medium
Fetal bovine serum
Intracellular hyperthermia
Magnetic resonance imaging
Phosphate buffered saline
Polyethylene glyco
Polyvinyl acetate

Cao học 17 (2008-2010)

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Sinh học thực nghiệm

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Một số dòng tế bào ung thư sử dụng trong luận văn và đặc điểm của chúng....................27
Bảng 2. Nồng độ hạt từ E6 trong thí nghiệm khảo sát hiệu ứng đốt nhiệt từ in vitro......................33
Bảng 3. Bố trí thí nghiệm gia nhiệt ex vivo khối u rắn dưới da trên chuột Swiss.............................33
Bảng 4. Bố trí thí nghiệm gia nhiệt in vivo trên 6 chuột thí nghiệm.................................................38
Bảng 5. Tỷ lệ sống (%) của các dòng tế bào ung thư và tế bào lành sau khi ủ với hạt từ H01 tại các
nồng độ khác nhau trong 2 giờ........................................................................................................44
Bảng 6. Tỷ lệ sống (%) của dòng tế bào ung thư gan HepG2 và tế bào lành sau khi ủ với hạt từ E6
tại các nồng độ (ng/1 tế bào) khác nhau trong 2 giờ.......................................................................46
Bảng 7. Giá trị nhiệt độ bão hoà (Tbh) và tốc độ tăng nhiệt độ ban đầu (dT/dt).............................50
Bảng 8. Nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ bão hòa của từng khối u trong quá trình gia nhiệt..............52
Bảng 9. Nhiệt độ bão hòa trong 5 nội quan của chuột A và B sau khi gia nhiệt 30 phút (oC), nhiệt
độ ban đầu là 30oC..........................................................................................................................55
Bảng 10. Hàm lượng sắt có trong 1g mẫu của 5 cơ quan tách ra từ chuột A và chuột B (ngFe/1g
mẫu)................................................................................................................................................57

Hình 1. Minh hoạ nguyên lý sử dụng hạt nano từ và từ trường ngoài để tách các thực thể sinh vật
[29]....................................................................................................................................................8
Hình 2. Minh hoạ về nguyên lý vận chuyển và tập trung thuốc [4]....................................................9
Hình 3. Cấu trúc của một hệ nano – thuốc.....................................................................................10
Hình 4. Minh hoạ về quá trình đốt nhiệt sử dụng hạt nano từ........................................................13
Hình 5. Quá trình phát triển khổi u trên cơ thể chuột trong thí nghiệm của Yanase và các cộng sự
[35]..................................................................................................................................................17
Hình 6. Thiết bị MFH-300F (công ty MagForce) dùng trong nhiệt – từ trị [21]................................20
Hình 7. Hình ảnh chụp cộng hưởng từ chẩn đoán ung thư.............................................................21

Hình 8. Sự tạo thành vector từ hoá thực.........................................................................................23
Hình 9. Vector từ hoá ngang vuông góc với Oz................................................................................23
Hình 10. Chuột nhắt trắng Swiss......................................................................................................26
Hình 11. Ảnh SEM của mẫu E6 – dung dịch hạt nano từ Fe3O4 bọc bằng Copolime poli (axit acrylic
– styrene), hạt có kích thước khoảng 100nm..................................................................................28
Hình 12. Máy chụp cộng hưởng từ 1.5T (MRI 1.5 Gyroscan Philips)................................................32

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)


Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Sinh học thực nghiệm

Hình 13.Hệ thống máy phát từ trường RDO, moel HFI (Mỹ)............................................................34
Hình 14. Hình ảnh máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) (Shimadzu – Nhật Bản).....................37
Hình 15. Hình ảnh khối u rắn dưới da sau 6 ngày (A), 10 ngày (B) và 17 ngày (C) cấy truyền...........40
Hình 16. Khối u đùi gây trên chuột Swiss.........................................................................................41
Hình 17. Ảnh hiển vi quang học tế bào MCF7 trước (a) và sau khi bổ sung hạt từ H01 nồng độ
0.1ng/1 tế bào (b) (TK 10 x VK 40 x zoom 5.6).................................................................................43
Hình 18. Hình ảnh tế bào HepG2 khi bổ sung hạt từ H01 ở các nồng độ khác nhau (TK 10 x VK 20 x
zoom 5.6).........................................................................................................................................43
Hình 19. Hình ảnh chuột mang u đùi tiêm tĩnh mạch 150µl hạt từ H01 sau 15 ngày.......................45
Hình 20. Hình ảnh tế bào HepG2 khi bổ sung hạt từ E6 với các nồng độ khác nhau và ủ trong 2 giờ
(TK10 x VK 20 x zoom 4x).................................................................................................................46
Hình 21. Ảnh chụp cộng hưởng từ 3 chuột A, B và C, (1) – hình ảnh cắt từ trước ra sau và (2) - hình
ảnh cắt từ phải sang trái..................................................................................................................48
Hình 22. Hình ảnh khối u của chuột B và C.....................................................................................48

Hình 23. Các đường tăng nhiệt độ của mẫu chất lỏng từ E6 ở các nồng độ khác nhau với cường độ
từ trường 60Oe, tần số dòng xoay chiều 236 kHz............................................................................50
Hình 24. Các đường tăng nhiệt độ trong các khối u ex vivo tách từ chuột TN với IB = 60 Oe, fx = 236
kHz...................................................................................................................................................53
Hình 25. Các đường tăng nhiệt độ trong các cơ quan tách từ 2 chuột thí nghiệm A – 60 phút và B –
180 phút với IB = 60 Oe, fx = 236 kHz..............................................................................................55
Hình 26. Hình ảnh chuột A – Đối chứng sinh học............................................................................58
Hình 27. Ảnh chuột B - chuột đối chứng ung thư............................................................................59
Hình 28. Hình ảnh chuột đối chứng không tiêm hạt từ nhưng có chiếu từ trường (chuột C) trong
18 ngày theo dõi..............................................................................................................................60
Hình 29. Hình ảnh chuột được tiêm hạt từ E6 liều 400µg/lần x 3 lần nhưng không dược chiếu từ
trường (chuột D) trong 13 ngày theo dõi.........................................................................................61
Hình 30. Hình ảnh chuột được tiêm hạt từ E6 liều 300µg/lần x 3 lần điều trị bằng liệu pháp gia
nhiệt (chuột E) trong 21 ngày theo dõi............................................................................................62
Hình 31. Hình ảnh chuột được tiêm hạt từ E6 liều 400µg/lần x 3 lần điều trị bằng liệu pháp gia
nhiệt (chuột F) trong 22 ngày theo dõi............................................................................................63

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)


Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Sinh học thực nghiệm

MỞ ĐẦU
Ung thư hiện nay đang là mối đe dọa trên toàn cầu, thách thức hệ thống y tế
của mọi quốc gia với hàng chục triệu ca mắc bệnh, khoảng 7 triệu người chết mỗi
năm. Tổ chức Y tế thế giới (WHO) khuyến cáo đây là bệnh có khả năng gây tử

vong hàng đầu trên thế giới trong thế kỷ XXI. Riêng tại Việt Nam, các chuyên gia
cho biết, ước tính, mỗi năm nước ta có thêm khoảng 200.000 người mắc bệnh này
và khoảng 100.000 người sẽ tử vong. Ung thư có thể vẫn sẽ là nguyên nhân hàng
đầu gây tử vong trên thế giới và Việt Nam trong nhiều thập kỉ tới. Chính vì thế việc
tìm ra phương pháp chẩn đoán sớm và điều trị ung thư có hiệu quả cao hơn là yêu
cầu cấp bách đặt ra cho toàn thể nhân loại.
Các phương pháp điều trị ung thư truyền thống như phẫu thuật, hóa trị, xạ trị,
nội tiết điều trị hay miễn dịch điều trị tuy mang lại nhiều kết quả tiêu diệt và hạn
chế sự phát triển của khối u nhưng cũng giết chết không ít mô lành gây nguy hại
không nhỏ đến sức khỏe của người bệnh. Nguyên nhân của hiện tượng này là do
phần lớn các phương thức điều trị không chỉ tác động cục bộ lên khối u mà còn ảnh
hưởng đến một bộ phận lớn các mô và cơ quan lành của cơ thể. Vì vậy nhiệm vụ
quan trọng hàng đầu của các nhà khoa học hiện nay là cần tìm ra một phương pháp
chữa trị ung thư sao cho vừa hiệu quả mà lại ít gây độc đối với cơ thể.
Ngày nay công nghệ vật liệu đang thay làm thay đổi cuộc sống của chúng ta
nhờ vào khả năng can thiệp của con người tại kích thước nm. Vật liệu nano thể hiện
rất nhiều tính chất đặc biệt và lý thú. Một nhánh quan trọng của công nghệ nano, đó
là lý sinh y học nano, trong đó, vật liệu nano được sử dụng để chẩn đoán và điều trị
bệnh.
Ở Việt Nam hạt nano có từ tính đang được các nhà khoa học thuộc viện
Khoa học Vật liệu chế tạo để ứng dụng vào điều trị ung thư bằng phương pháp gia
nhiệt (hyperthermotherapy). Hạt nano từ được làm từ Fe 3O4 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

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
1

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Sinh học thực nghiệm

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 từ trường xoay chiều có thể tăng nhiệt độ của vùng đó lên
tới 50oC, đó chính là cơ sở của liệu pháp nhiệt trị ung thư.
Tác dụng của nhiệt trong chữa bệnh (nhiệt trị) đã được con người biết và sử
dụng từ cách đây rất lâu. Nhiệt trị đã được xem như một liệu pháp đầy triển vọng
trong việc chữa trị ung thư, đặc biệt khi được kết hợp cùng với hoá trị hoặc xạ trị.
Liệu pháp này dựa trên tác dụng ngăn chặn sự phát triển của tế bào ung thư khi
nhiệt độ cục bộ tại khối u được đẩy lên trên 42 oC, trong khi không ảnh hưởng tới
các tế bào lành xung quanh.
Hiện nay, các nghiên cứu đều đang tập trung vào khắc phục hai khó khăn mà
các phương pháp nhiệt trị đang vấp phải để thu được những tác dụng triệt để trên
các khối u ung thư, đó là (i) tập trung nhiệt lượng cục bộ tại vị trí khối u và (ii) điều
khiển, khống chế được nhiệt độ tại vùng có khối u một cách chính xác.
Bên cạnh việc điều trị thì chẩn đoán sớm sự xuất hiện của ung thư có thể coi
là mơ ước của các nhà khoa học hiện nay. Chẩn đoán được ung thư ở giai đoạn sớm
là có khả năng cao điều trị dứt điểm được căn bệnh quái ác này mà không gây ảnh
hưởng nhiều đến sức khỏe vì ngăn cản kịp thời sự di căn của tế bào ác tính. Chụp
cộng hưởng từ hay MRI (Magnetic Resonance Imaging) là một kỹ thuật chẩn đoán
y khoa tạo ra hình ảnh giải phẫu của cơ thể nhờ sử dụng từ trường và sóng radio.
Phương pháp này không sử dụng tia X nên có độ an toàn cao cho bệnh nhân. Máy
chụp cộng hưởng từ là một thiết bị nhạy cảm và đa năng giúp ta thấy hình ảnh các
lớp cắt của các bộ phận cơ thể từ nhiều góc độ trong khoảng một thời gian ngắn. Sự
chi tiết làm cho MRI trở thành công cụ vô giá trong chẩn đoán thời kì đầu và trong
việc đánh giá các khối u trong cơ thể. Nhất là nếu có sự xuất hiện của hạt nano từ
tại vị trí khối u, ta sẽ có những hình ảnh chẩn đoán rõ nét nhờ vào khả năng gây

tương phản hình ảnh của chúng.
Xuất phát từ những yêu cầu trên và để góp phần đưa hạt nano từ được sản
xuất tại Việt Nam vào ứng dụng trong điều trị ung thư, chúng tôi nhận để tài

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
2


Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Sinh học thực nghiệm

“Nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano từ trong chẩn đoán và điều trị khối u thực
nghiệm” làm đề tài luận văn cao học nhằm thực hiện một số nhiệm vụ cơ bản sau:
1. Xác định độc tính của chất lỏng từ lên một số dòng tế bào ung thư và
Fibroblast.
2. Khảo sát khả năng tạo tương phản ảnh của hạt nano từ bằng phương pháp
chụp cộng hưởng từ hạt nhân (MRI).
3. Thử liệu pháp nhiệt trị trên mô hình ung thư thực nghiệm.
Đề tài được thực hiện tại Bộ môn Tế bào – Mô – Phôi và Lý sinh, khoa Sinh
học, bộ môn Thổ nhưỡng và Môi trường Đất, khoa Môi trường, trường Đại học
Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, phòng Nano Y sinh, viện Khoa học
Vật liệu, trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc Gia và Bệnh viện Quân
đội Trung ương 108. Kết quả của đề tài là cơ sở để đẩy mạnh thêm những nghiên
cứu nhằm ứng dụng hạt nano từ và phương pháp chụp cộng hưởng từ hạt nhân vào
việc chẩn đoán và điều trị ung thư trên bệnh nhân.

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
3


Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Sinh học thực nghiệm

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Những khái niệm cơ bản về hạt nano từ và ứng dụng
1.1.1. Vật liệu nano
Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nm. Dựa
vào 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…
- 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.
Ngoài cách phân loại vật liệu nano dựa vào hình dáng vật liệu, người ta còn
có thể phân loại dựa vào độ cảm từ. Bất cứ vật liệu kim loại nào cũng có sự hưởng
ứng với từ trường ngoài, thể hiện bằng độ từ hoá (từ độ, M). Tỷ số c = M/H được
gọi là độ cảm từ, trong đó H là cường độ từ trường. Tuỳ thuộc vào giá trị độ cảm từ
có thể phân ra làm các loại vật liệu từ khác nhau.
• Vật liệu có c nhỏ hơn rất nhiều so với 0 (xấp xỉ -10 -6) được gọi là vật

liệu nghịch từ.
• Vật liệu có c xấp xỉ 1 (chênh lệch khoảng 10 -6) được gọi là vật liệu
thuận từ.
• Vật liệu có c với giá trị rất lớn so với 0 có thể là vật liệu sắt từ [14].
Ngoài độ cảm từ, nhiều 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

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
4


Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Sinh học thực nghiệm

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, 24].
1.1.2. Hạt nano từ
Hạt nano từ là vật liệu nano không chiều tức là cả ba chiều của nó đều có
kích thước nano (<1000 nm). Hạt nano từ được dùng trong y-sinh học cần phải thỏa
mãn ba điều kiện sau:
- Tính đồng nhất của các hạt cao. Tính đồng nhất cơ bản là về kích thước –

một tính chất có liên quan nhiều đến phương pháp chế tạo.
- Từ độ bão hòa lớn.
- Vật liệu có tính tương hợp sinh học cao (không có độc tính) [24]. Tính
tương hợp sinh học liên quan đến bản chất của vật liệu sau khi đã được xử lý bề
mặt.
Trong tự nhiên, sắt là vật liệu có từ độ bão hoà lớn nhất tại nhiệt độ phòng.
Ngoài ra sắt còn là nguyên tố không độc và rất quan trọng đối với cơ thể người, có
tính ổn định khi làm việc trong môi trường không khí nên các vật liệu như oxit sắt
được nghiên cứu rất nhiều để làm hạt nano từ ứng dụng trong sinh y học.
Hạt nano từ dùng trong y sinh học thường ở dạng dung dịch nên còn gọi là
chất lỏng từ (CLT). Một dung dịch từ gồm ba thành phần: lõi là hạt Fe 3O4 có kích
thước nano, chất hoạt hoá bề mặt và dung môi. Trong đó:
- Lõi Fe3O4 có kích thước nano là thành phần quyết định đến tính chất từ của
dung dịch từ.
- Chất hoạt hóa bề mặt (CHHBM) có tác dụng làm cho hạt nano phân tán
trong dung môi, tránh kết tụ lại với nhau ngay cả khi có mặt của từ trường ngoài,

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
5


Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Sinh học thực nghiệm

ngoài ra nó còn có tác dụng “che chở” 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 [33]. Đối với các loại chất lỏng từ

dùng trong sinh học, thì dung môi thường hướng tới pH = 7.0 – 7.2.
1.1.3. Ứng dụng của hạt nano từ trong lĩnh vực sinh y học
Ý tưởng sử dụng các hạt nhỏ trong chẩn đoán và chữa bệnh đã được bắt đầu
từ cách đây gần 60 năm, sau phát hiện của các nhà khoa học công ty Hoá chất Dow
(Dow Chemical Company) về các hạt polymer có kích thước rất đồng đều. Cho đến
nay, việc nghiên cứu và phát triển ý tưởng này đã mang lại những ứng dụng đột phá
trong lĩnh vực y – sinh học. Nguyên lý chung của các ứng dụng là lợi dụng một số
tính chất ưu việt của các hạt nhỏ để điều khiển chúng thâm nhập vào cơ thể hoặc
tương tác với các thực thể sinh vật như tế bào (10 ÷ 100 μm), vi-rút (20 ÷ 450 nm),
protein (5 ÷ 50 nm), gen (rộng 2 nm và dài 10 ÷ 100 nm) mà không bị phát hiện.
Thông thường để làm việc này, người ta phải lựa chọn hạt có kích thước phù hợp và
biến đổi bề mặt của chúng bằng cách gắn thêm các phân tử sinh học như kháng thể
đơn dòng, lectin, peptide hoặc hoocmôn. Với lớp vỏ bọc như vậy, không những các
hạt đã có khả năng tương hợp sinh học tốt và tồn tại lâu trong cơ thể mà chúng còn
có thể được gắn một cách có điều khiển vào các vùng mô mong muốn. Đặc biệt
trong trường hợp của các hạt nano từ, khả năng tương tác của chúng đối với từ
trường là lợi thế lớn nhất và quan trọng trong một loạt các ứng dụng y – sinh học
như:
- Tách, phân lập các tế bào và các thực thể sinh học ra khỏi một môi trường
hỗn hợp.
- Dẫn truyền thuốc, gen và các nuclide phóng xạ tới mô đích.
- Liệu pháp nhiệt – từ trong điều trị ung thư.
- Tăng độ tương phản ảnh trong phương pháp chẩn đoán bằng chụp cộng
hưởng từ.

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
6

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Sinh học thực nghiệm

1.1.3.1. Tách, phân lập các tế bào và thực thể sinh học ra khỏi một môi trường
hỗn hợp
Trong y – sinh học, việc tách riêng các thực thể sinh học ra khỏi môi trường
tồn tại tự nhiên của chúng là rất cần thiết để thu được các mẫu tinh khiết dùng trong
phân tích hoặc một số mục đích khác. Quá trình sử dụng các hạt từ tương hợp sinh
học để tách chiết thông thường bao gồm hai bước: (i) gắn hoặc đánh dấu các thực
thể sinh học bằng vật liệu từ và (ii) tách các thực thể này bằng một thiết bị tuyển từ.
Khi đó các thực thể sinh học đã được gắn hạt từ sẽ được từ trường giữ lại hoặc lôi ra
khỏi môi trường chứa chúng.
Bước đầu tiên được thực hiện bằng cách biến đổi bề mặt của các hạt từ bằng
phương pháp hoá học, thông thường là bọc hạt từ bằng các phân tử tương hợp sinh
học như dextran, polyvinyl alcohol và phospholipid. Bên cạnh vai trò như một cầu
nối giữa hạt từ với tế bào hoặc phân tử, lớp bọc còn nâng cao độ ổn định của chất
lỏng từ. Sau quá trình bọc hạt, các chất là kháng thể hoặc các phân tử như hoócmôn
và axít folic sẽ được sử dụng để tạo liên kết với bề mặt tế bào. Vì các kháng nguyên
chỉ liên kết với kháng thể của chúng nên đây là một cách đánh dấu tế bào bằng các
hạt từ rất chính xác. Hiện nay, các hạt từ được gắn kháng nguyên đã được gắn thành
công với nhiều loại tế bào như tế bào hồng cầu, tế bào ung thư phổi, tế bào ung thư
cơ quan sinh dục hoặc với cả các vi khuẩn [29]. Hầu hết các thí nghiệm nghiên cứu
cho đến nay đều sử dụng hạt sắt ôxít (Fe 3O4 hoặc γFe2O3) vì chúng là nguyên tố có
mặt trong cơ thể sinh vật và có bề mặt dễ biến đổi.
Bước thứ hai, tách các thực thể sinh học ra khỏi hạt, được thực hiện nhờ sự
hỗ trợ của từ trường ngoài.

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
7


Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Sinh học thực nghiệm

Hình 1. Minh hoạ nguyên lý sử dụng hạt nano từ và từ trường ngoài để tách các thực
thể sinh vật [29]

Hình 1 minh hoạ đơn giản về nguyên lý tách các thực thể sinh vật ra khỏi
một hỗn hợp sử dụng từ trường. Các thực thể sinh vật có từ tính (được gắn với hạt
nano từ màu đen) được tách ra khỏi dung dịch mang khi chúng chảy qua vùng tác
dụng của một gradient từ trường.
Cho đến nay tách chiết bằng từ trường đã được sử dụng thành công trong các
lĩnh vực nghiên cứu y học và sinh học. Phương pháp này cho hiệu quả cao khi dùng
để tách các tế bào của một số loại ung thư ra khỏi máu. Ngoài ra người ta đã tăng
cường khả năng phát hiện vi rút sốt rét kí sinh trong các mẫu máu bằng việc tối ưu
hoá tính chất từ của các vi rút kí sinh hoặc bằng cách đánh dấu các tế bào hồng cầu
với các hạt từ được gắn kháng nguyên. Bên cạnh đó còn có các ứng dụng khác như
khuếch đại và phát hiện DNA, đếm tế bào (đo mômen từ của các hạt từ) và một số
cảm biến xác định vị trí cũng như định vị các tế bào chức năng trong cơ thể [29].
1.1.3.2. Dẫn truyền thuốc, gen và các nuclide phóng xạ tới mô đích
Khoảng 20 năm trở lại đây, đã có nhiều nghiên cứu về cách vận chuyển và
dẫn truyền thuốc nhằm mục đích làm tăng nồng độ thuốc chống ung thư trong khối
u mà không bị phân tán ở những vùng mô tế bào khoẻ mạnh. Bằng cách này không

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
8


Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Sinh học thực nghiệm

những người ta có thể hạn chế các tác dụng phụ nguy hiểm nảy sinh trong quá trình
điều trị mà còn có thể giảm thiểu tối đa liều lượng thuốc đưa vào cơ thể. Hầu hết
các nghiên cứu tập trung vào kỹ thuật sử dụng từ trường để giữ các hạt từ “mang
thuốc” ở vị trí các mô tế bào xác định, tránh không cho chúng trôi theo dòng máu.

Hình 2. Minh hoạ về nguyên lý vận chuyển và tập trung thuốc [4].

Cơ sở của phương pháp dựa trên việc sử dụng các phân tử thuốc (thường là
độc đối với tế bào - cytotoxic) được gắn các hạt từ tương hợp sinh học (có thể được
gọi là hạt mang). Hỗn hợp thuốc/hạt mang này được đưa vào cơ thể qua hệ tuần
hoàn. Sau khi thâm nhập vào mạch máu, chúng được giữ lại ở các vùng mong muốn
bằng một từ trường ngoài (nam châm). Khi đã được định vị, các phân tử thuốc có
thể được giải phóng theo cơ chế hoạt động của emzym hoặc do sự khác biệt về các
điều kiện sinh lý ở vùng khối u như độ pH, độ thẩm thấu hoặc nhiệt độ [5]. Nguyên
lý vận chuyển thuốc vào khối u dưới tác dụng từ trường của một nam châm vĩnh
cửu. được minh hoạ trên hình 2. So với các mô bình thường, khối u có số lượng
mạch máu nuôi lớn hơn rất nhiều, do vậy khả năng cung cấp khối lượng thuốc cũng
cao hơn [4].
Cấu trúc của một hạt từ kích thước nano mang thuốc gồm hai phần: (i) lõi hạt
từ (thường là sắt ôxít) được bọc bởi (ii) một lớp polymer tương hợp sinh học. Các
polymer thông dụng hiện nay là PVA hoặc dextran. Trong một số trường hợp người

ta còn sử dụng lớp bọc vô cơ như silic ôxít. Ngoài tác dụng bảo vệ các hạt khỏi ảnh
hưởng của môi trường xung quanh, đặc điểm quan trọng nhất của lớp bọc là làm
Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
9


Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Sinh học thực nghiệm

cầu nối để chức năng hoá các hạt khi gắn vào chúng các nhóm carboxyl, biotin,
avidin, carbodi-imide hoặc một số phân tử khác [29].

Hình 3. Cấu trúc của một hệ nano – thuốc

Có thể coi phương pháp sử dụng hạt từ để dẫn truyền thuốc là một dạng hoá
trị cục bộ. Cho đến nay có khoảng gần 50 loại hoá chất đang được sử dụng thường
xuyên trong điều trị ung thư [4]. Các thuốc này tác động đến hệ gen của tế bào, can
thiệp vào quá trình trao đổi chất hoặc phá huỷ cấu trúc và ngăn cản sự phát triển của
tế bào. Chúng được phân loại thành nhiều nhóm dựa theo cơ chế hoạt động như:
- Các hợp chất alkyl hoá (cyclophosphamide, busulfan, mitoxantrone) có tác
dụng với ADN. Phản ứng với thuốc alkyl hoá làm quá trình nhân đôi của ADN
trong giai đoạn phân chia tế bào bị sai hỏng và do vậy giết chết tế bào.
- Các chất chống chuyển hoá như 5-fluorouracil, methotrexate kiềm chế pha
S trong chu trình tế bào bằng cách ngăn lại quá trình tiền tổng hợp axít nucleic.
- Các chất ngăn chặn sự phân bào (vincrictin, vinblastin) kiềm chế quá trình
phân chia tế bào.
- Antineoplastic antibiotics (adriamycin, bleomycin) ngăn chặn quá trình

tổng hợp của ARN phụ thuộc vào ADN.
Trong hoá trị, thông thường các thuốc không phân biệt được sự khác nhau
giữa tế bào khối u và các tế bào của mô khoẻ mạnh, do vậy chúng cũng làm hỏng
các tế bào bình thường này và gây ra các tác dụng phụ không mong muốn. Chính vì

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
10


Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Sinh học thực nghiệm

vậy phương pháp hoá trị cục bộ có ưu thế hơn hẳn do tập trung được các tác nhân
điều trị hoá học ở vùng khối u, nhờ đó có thể giảm thiểu các tác dụng đối với mô
bình thường.
Năm 1983, các hạt từ lần đầu tiên đã được sử dụng để mang thuốc
(doxorubicin) tới các khối u được cấy trên chuột [34]. Kết quả bước đầu rất khả
quan khi trên 80% số chuột có các khối u đã giảm hoàn toàn so với trường hợp hoá
trị thông thường với liều thuốc lớn hơn 10 lần. Trong những năm thập kỉ 70,
Kramer (1974) và Rahman (1974) đã tiến hành gắn các tác nhân daunorubicin,
mercaptopurine và actinomycine vào hạt mang. Các hạt này thường bị phá huỷ
trong các cơ quan cơ thể bởi tác động cơ học và tác động của enzyme, do vậy không
mang lại hiệu quả điều trị cao [34]. Đến năm 1996, Bergemann lần đầu tiên tạo
được liên kết hoá học trực tiếp giữa các tác nhân thuốc với chất lỏng từ (hạt từ được
bọc bởi tinh bột – starch) [4], nhờ đó giải quyết được vấn đề không bền vững của
các hạt mang. Sau đó Lubbe đã thử nghiệm tác dụng của chất lỏng từ này trên cơ
thể chuột và thấy rằng độc tính của chúng đối với cơ thể là rất thấp. Vào năm 1997,

Kuznetsov sử dụng các hạt đơn phân tán có lõi sắt hoặc sắt oxít, được gắn với một
cấu trúc cácbon hoặc được bọc cácbon phía ngoài. Kích thước hạt từ 0,01 đến 1
micromet và hạt được kết hợp với dung dịch thuốc kháng ung thư. Sau khi thử
nghiệm điều trị trên hơn 100 bệnh nhân với nhiều loại ung thư khác nhau, kết quả
cho thấy hầu hết các trường hợp đều khỏi hoặc tình trạng bệnh thoái lui đáng kể
[23]. Cũng vào năm này, Allen công bố chế tạo được các hạt tải từ tính có khả năng
dẫn truyền thuốc (magnetically targetable carrier, MTC TM) với thành phần là hợp
kim của sắt và than hoạt tính (kích thước 0,5 ÷ 2 μm) được gắn với paclitaxel, một
tác nhân tiềm năng trong chữa trị ung thư đầu và cổ [6]. Các hạt tải này có thể giải
phóng 38% lượng thuốc hấp phụ được vào huyết thanh trong vòng 24 h. Chúng có
thể bị giữ bởi từ trường trong mạch máu nhỏ (tốc độ chảy 0.2 cm/s) và trong động
mạch chính (tốc độ chảy 28 cm/s). Một số kết quả thử nghiệm điều trị trên cơ thể
người cho đến nay cũng rất khả quan [4]. Từ tháng 4 năm 2001 đến tháng 6 năm
2002, sử dụng một từ trường được chiếu vào vùng khối u, bốn bệnh nhân đã được

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
11


Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Sinh học thực nghiệm

tiêm vào động mạch một dung dịch gồm các hạt sắt được bọc cácbon, có gắn các
phân tử dauxorubicine. Một trong số đó có kích thước khối u thu nhỏ đáng kể, trong
thời gian quan sát từ 5 đến 17 tháng. Nhóm của Alexiou đã thực hiện một số nghiên
cứu tiền điều trị, trong đó các hạt nano từ (đường kính 100nm) gắn các
mitoxantrone (của Wyeth-Pharma, Đức) được tiêm vào mạch máu của thỏ mang

khối u ung thư. Một từ trường rất mạnh (1,7 T) đã được sử dụng để chiếu lên vùng
khối u. Trong thí nghiệm dẫn thuốc này, toàn bộ khối u đã giảm hẳn chỉ cần sử
dụng 20 ÷ 50% liều thuốc hoá trị thông thường và không gây phản ứng phụ có hại
nào [4].
Một số nhà khoa học cũng đưa ra ý tưởng khảo sát khả năng gắn các nuclon
phóng xạ thay vì các tác nhân hoá trị vào các hạt từ. Ưu thế của hệ này so với hệ
thuốc/hạt từ là các khối u không cần “bắt” các tác nhân mà vẫn chịu tác dụng của
nuclon phóng xạ. Các đồng vị phóng xạ khác nhau có thể được sử dụng để điều trị
trên các khoảng cách khác nhau, tuỳ thuộc theo bản chất của nguyên tố (ví dụ 90Y
có thể phát xạ tới 12 mm trong mô tế bào). Trong thí nghiệm thực hiện trên cơ thể
chuột, nhóm của Hafeli đã tiêm các hạt từ đường tĩnh mạch tập trung ở gần một
khối u dưới da bụng và sử dụng một nam châm nhỏ ở phía trên. Kết quả cho thấy
phóng xạ phát ra từ các nguyên tử 90Y đã tiêu diệt được > 50% khối u [15].
Bên cạnh các kết quả khả quan đã đạt được cũng tồn tại một số hạn chế mà
phương pháp dẫn truyền thuốc sử dụng hạt từ cần phải vượt qua để có thể được ứng
dụng chữa trị rộng rãi, đó là: (i) các mạch máu ở vùng mô đích có thể bị tắc do sự
kết tụ với nhau của các hạt từ, (ii) không thể áp dụng các tham số điều trị trên cơ thể
động vật đối với cơ thể người vì khoảng cách giữa các vùng điều trị lớn hơn và cần
cường độ từ trường mạnh hơn, (iii) sau khi được giải phóng, thuốc không còn được
điều khiển bằng từ trường nên chúng vẫn có thể phân tán tự do trong cơ thể và có
thể làm tổn hại các tế bào khoẻ mạnh.
Ngoài ra, hiệu quả của phương pháp còn phụ thuộc vào nhiều tham số vật lý
như cường độ và sự không đồng nhất của từ trường, thể tích và tính chất từ của các
hạt. Thông thường các chất lỏng từ được đưa trực tiếp vào cơ thể theo đường tĩnh
Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
12

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Sinh học thực nghiệm

mạch hoặc động mạch, do vậy các tham số động học như tốc độ của dòng máu,
nồng độ chất lỏng từ, khả năng hấp thụ thuốc của tế bào ở vùng mô ung thư và thời
gian lưu thông của hạt cũng rất quan trọng. Bên cạnh đó cũng cần phải xét đến độ
sâu của vùng cần thuốc (khoảng cách tới nguồn phát từ trường), độ mạnh yếu của
liên kết giữa thuốc và hạt từ cùng với thể tích của khối u [25].
1.1.3.3. Tăng độ tương phản ảnh trong phương pháp chẩn đoán bằng chụp cộng
hưởng từ.
Các hạt nano siêu thuận từ được tạo thành từ oxit sắt thường được sử dụng
như tác nhân làm tăng độ tương phản ảnh 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 bọc dextran có thể nhanh chóng đi
vào gan và lách trong khi ở các cơ quan khác thì chậm hơn. Như vậy, mật độ hạt
nano ở 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 [14].
1.1.3.4. Liệu pháp nhiệt – từ trong điều trị ung thư
Phương pháp nhiệt-từ trị sử dụng trong chữa trị ung thư được Gilchrist và
các cộng sự đề xuất lần đầu tiên cách đây khoảng 50 năm [8]. Ý tưởng của ông là
tập trung các hạt từ trong vùng khối u và sau đó đốt nóng chúng dưới tác dụng của
một từ trường xoay chiều, do vậy chỉ những vùng mô tế bào nào có chứa hạt từ mới
chịu tác dụng của nhiệt (hình 4).

Hình 4. Minh hoạ về quá trình đốt nhiệt sử dụng hạt nano từ
Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)

13


Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Sinh học thực nghiệm

Trong thí nghiệm của Gilchrist, các hạt Fe 3O4 với kích thước 0,02 ÷ 0,1 μm
được tiêm vào màng trong thành ruột của chó để chúng có thể tập trung trong vùng
các hạch bạch cầu. Sau đó các hạch này được cắt ra khỏi cơ thể và đưa vào vùng từ
trường xoay chiều có cường độ 200 ÷ 240 Oe. Kết quả cho thấy nồng độ 5 mg hạt
từ trên mỗi gam hạch bạch cầu có thể đạt được tốc độ tăng nhiệt 14 oC/3 phút. Hai
năm sau đó, cũng nhóm này tiếp tục thực hiện nghiên cứu thử nghiệm trên thỏ và
thu được kết quả tốt khi các hạch đã bị hoại tử hoàn toàn sau 3 phút đốt nóng trong
từ trường 470 Oe. 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 [27]:
- Nhiệt trị theo đường động mạch (AEH – arterial embolization
hyperthermia): cơ sở của phương pháp 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
chọn lọc (selective internal radiation therapy), hoá trị động mạch gan (hepatic
arterial chemotherapy) và hoá trị liên động mạch (transaterial chemoembolization).
Cho đến nay chưa có thí nghiệm nhiệt trị động mạch nào được thực hiện trên cơ thể
bệnh nhân nhưng đã có một số thí nghiệm thực hiện trên cơ thể thỏ và lợn [26]. Thí
nghiệm đầu tiên sử dụng các hạt magnemite (Fe 3O4) đường kính 150 nm phân tán

trong lipiodol (một hỗn hợp của iốt với dầu thực vật). Trong từ trường xoay chiều
(53 kHz; 30 kA/m), nhiệt độ đốt các tế bào đã tăng lên đến 48 oC trong 5 phút. Do
lipiodol gây ra một số tác dụng phụ với tế bào và mô nên sau đó các hạt Fe 3O4 này
được bọc trong một hạt polymer nền (SIR-Sphere của công ty Sirtex Medical Ltd –
Úc, đường kính hạt nền vào khoảng 32 μm) và phân tán trong dung dịch Tween 1%.
Các hạt nền này là an toàn và tồn tại lâu, gây ảnh hưởng không đáng kể cũng như

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
14


Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Sinh học thực nghiệm

không mất tính sắt từ sau 28 ngày được tiêm vào cơ thể cũng như làm thay đổi mức
ion serium hoặc ferritin, cho thấy các hạt không mất trạng thái sắt từ.
- Nhiệt trị tiêm trực tiếp (DIH – direct injection hyperthermia): đây là
phương pháp tiêm trực tiếp dung dịch của các hạt sắt từ có kích thước tương đối lớn
vào vùng khối u và sau đó sử dụng từ trường xoay chiều để đốt nóng chúng, vì vậy
nhiệt tạo ra từ các hạt bên ngoài tế bào. Ngược lại với nhiệt trị động mạch là nhiệt
toả ra từ các hạt sắt từ trong mạch máu.
- Nhiệt trị nội bào (IH – intracellular hyperthermia): 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 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 [27].

Một số kết quả nghiên cứu về liệu pháp nhiệt-từ trị chữa ung thư:
Kết quả nghiên cứu trên động vật:
Thí nghiệm tiên phong của Gilchrist và các cộng sự thực hiện vào năm 1957
đã mở ra nhiều vấn đề nghiên cứu, không chỉ trên lĩnh vực y sinh cơ bản mà còn là
các vấn đề về từ học hạt nano và kĩ thuật điều trị. Sau đó, có nhiều thí nghiệm đã
được thực hiện trên cơ thể các động vật như chuột, thỏ, chó và lợn [27]. Nhìn
chung, hầu hết các nghiên cứu này đều cho thấy có thể đạt được nhiệt độ cao đủ để
tiêu diệt các khối u trên cơ thể động vật. Năm 1979, Gordon và các cộng sự lần đầu
tiên sử dụng chất lỏng từ gồm các hạt magnetite được bọc dextran để chữa ung thư
vú trên chuột. Khác biệt chính trong thí nghiệm của Gilchrist và Gordon là các hạt
từ Gilchrist sử dụng có kích thước khá lớn, trong khi các hạt trong thí nghiệm của
Gordon có kích thước trung bình 6 nm. 100 mg magnetite đã được tiêm chậm vào
tĩnh mạch đuôi chuột trong hơn 10 phút. Sau 48h, chuột được đặt vào trong một từ
trường xoay chiều trong 12 phút. Nhiệt độ vùng khối u không được đo trực tiếp
trong quá trình điều trị nhưng Gordon đã xác định công suất toả nhiệt của các hạt từ
qua các thí nghiệm ex-vivo với các khối u đã được cắt ra ngoài. Tốc độ tăng nhiệt

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
15


Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Sinh học thực nghiệm

được ghi nhận trong thí nghiệm này là 8 oC trong 12 phút. Chuột đã chết sau thí
nghiệm 1 tuần, và hầu hết các hạt magnetite được tìm thấy trong gan, lách và thận.
Qua các ảnh hiển vi điện tử, Gordon đã phát hiện thấy có một số hạt từ đã bị “nuốt”

bởi các tế bào trong khối u ung thư. Từ kết quả này, Gordon đã đề xuất khái niệm
về phương pháp “nhiệt trị nội tế bào” với nguyên lý đốt nóng từng tế bào ung thư
đơn lẻ bằng việc đưa các hạt từ vào bên trong chúng, sau đó tác dụng từ trường
xoay chiều [11].
Sau đó vào những năm 1986-1989, Lerrch và Pizzarello đã cố gắng lặp lại và
tìm hiểu kĩ hơn thí nghiệm của Gordon trong các điều kiện thí nghiệm tương tự,
nhưng kết quả thu được lại rất khác biệt [22]. Khả năng bắt các hạt magnetite của
các tế bào trong gan, lách và phổi lớn hơn rất nhiều so với các tế bào trong khối u.
Các nghiên cứu cho thấy thể tích khối u đã phát triển gấp đôi theo thời gian. 60
ngày sau thí nghiệm, chỉ có một số khối u không thay đổi, tuỳ theo số lần chiếu từ
trường xoay chiều. Các phép đo nhiệt độ ngay sau mỗi lần chữa trị cũng cho thấy
nhiệt độ trong vùng khối u không tăng lên, mặc dù cường độ từ trường là rất cao (40
kA/m).
Một số thí nghiệm khác cũng cho thấy những kết quả khả quan của liệu pháp
nhiệt – từ trị chữa ung thư trên động vật. Năm 1983, Luderer và các cộng sự đã điều
trị các khối u sarcoma Meth-A trên chuột bằng các hạt sắt gốm - thuỷ tinh kích
thước 1,5 µm trong từ trường 10 kHz và 40 kA/m. 50% động vật đã hoàn toàn
không còn khối u sau 5 ngày chữa trị [22]. Sau đó vào năm 1997, nhóm của Jordan
tiến hành thí nghiệm trên chuột được cấy khối u vú C3H và đã công bố kết quả với
tỉ lệ 44 % sống sót và có khối u nhỏ đi hoặc biến mất sau 2 tháng kể từ khi điều trị
[21]. Kết quả tốt nhất được công bố bởi Yanase và các cộng sự vào năm 1998, cho
thấy 87,5 % số chuột với các khối u không tái phát triển trong vòng ba tháng [35]
(hình 4). Sử dụng các magnetoliposome (một loại hạt từ bao gồm lõi là hạt Fe 3O4
được bọc bởi một lớp mỡ bên ngoài) được gắn với các phân tử kháng thể, Le và các
cộng sự đã công bố thành công trong việc khống chế các khối u [16]. Và cho đến

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
16

Luận văn Thạc sỹ Khoa học

Sinh học thực nghiệm

nay, song song với các thí nghiệm trên động vật còn có một số bằng phát minh sáng
chế về phương pháp nhiệt trị sử dụng hạt từ đã được đăng kí [15, 32].

Thể tích khối u (mm3)

Chiếu từ 1 lần

Thể tích khối u (mm3)

Không chiếu từ

Chiếu từ 2 lần

Chiếu từ 3 lần
Thể tích khối u (mm3)

Thời gian điều trị (ngày)

Thể tích khối u (mm3)

Thời gian điều trị (ngày)

Thời gian điều trị (ngày)

Thời gian điều trị (ngày)

Hình 5. Quá trình phát triển khổi u trên cơ thể chuột trong thí nghiệm của Yanase và các
cộng sự [35]
Mỗi đường cong tương ứng với một chuột thí nghiệm theo thời gian áp dụng điều trị trong
từ trường xoay chiều. Sự tái phát triển của khối u không còn xuất hiện sau 3 tháng [35].

Kết quả nghiên cứu trong nuôi cấy tế bào in vitro
Nhiều nghiên cứu về nhiệt - từ trị cũng được thực hiện với các thí nghiệm
trên các dòng tế bào ung thư nuôi cấy in vitro. Mục đích chính của các thí nghiệm
này là thử nghiệm tính tương hợp sinh học của các hạt Fe 3O4 đã được bọc các
polymer bề mặt và khảo sát tương tác của các hạt từ với các loại tế bào khác nhau

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
17