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 (luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------

PHẠM THỊ HÀ GIAN

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CÁC HẠT VÔ CƠ,
HỮU CƠ ĐƢỢC BỌC BỞI NHỮNG POLYMER TƢƠNG
THÍCH SINH HỌC DUNG TRONG Y HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2011


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƢƠNG 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 trƣờng 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 tƣơng phản ảnh trong phƣơng pháp chẩn đoán bằng chụp cộng
hƣởng từ. ...................................................................................................................13
1.1.3.4. Liệu pháp nhiệt – từ trong điều trị ung thƣ .................................................13
1.2. Chụp cộng hƣởng từ hạt nhân (MRI) .................................................................20
1.2.1. Lịch sử phát triển của kĩ thuật chụp cộng hƣởng từ hạt nhân .........................20
1.2.2. Nguyên lý và kỹ thuật chụp cộng hƣởng từ hạt nhân (MRI) ..........................21

1.2.3. Ƣu điểm của chụp cộng hƣởng từ hạt nhân (MRI) .........................................25
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................26
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu ........................................................................................26
2.1.1. Chuột nhắt trắng (Mus muscullus) dòng Swiss ...............................................26
2.1.2. Một số dòng tế bào ung thƣ và tế bào lành .....................................................26
2.1.2.1. Các dòng tế bào ung thƣ...............................................................................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 trƣờng nuôi cấy ........................................................................................28
2.2.2. Hóa chất ..........................................................................................................28
2.2.3. Máy móc thiết bị .............................................................................................29
2.2.4. Vật tƣ tiêu hao .................................................................................................29
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu....................................................................................30
2.3.1. Phƣơng pháp tạo u rắn dƣới 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 dƣới da .........................................................................................30
2.3.1.2. Tạo u đùi ......................................................................................................30
2.3.2. Phƣơng pháp khảo sát độc tính của dung dịch nano từ H01 và E6 trên các
dòng tế bào ung thƣ và nguyên bào sợi .....................................................................31
2.3.3. Phƣơng pháp khảo sát khả năng tạo tƣơng phản ảnh của H01 bằng kỹ thuật
chụp cộng hƣởng từ hạt nhân (MRI) .........................................................................32
2.3.4. Kỹ thuật tiêm tĩnh mạch ..................................................................................33
2.3.5. Phƣơng 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. Phƣơng pháp khảo sát hiệu ứng đốt – nhiệt từ ex vivo ................................34
2.3.6. Phƣơng 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................................................................35

2.3.6.1. Bằng phƣơng 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
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................40
3.1. Kết quả gây tạo u rắn dƣới da và u đùi trên chuột Swiss ...................................40


3.1.1. Kết quả gây tạo u rắn dƣới 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 thƣ 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 tƣơng phản ảnh của H01 bằng kỹ thuật chụp
cộng hƣởng 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
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 phƣơng 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 ............................................58
KẾT LUẬN ...............................................................................................................65
KIẾN NGHỊ ..............................................................................................................66
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................Error! Bookmark not defined.

MỞ ĐẦU
Ung thƣ 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 ngƣời 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, ƣớc tính, mỗi năm nƣớc ta có thêm khoảng 200.000 ngƣời mắc bệnh này
và khoảng 100.000 ngƣời sẽ tử vong. Ung thƣ 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 phƣơng pháp chẩn đoán sớm và điều trị ung thƣ có hiệu quả cao hơn là yêu
cầu cấp bách đặt ra cho toàn thể nhân loại.
Các phƣơng pháp điều trị ung thƣ truyền thống nhƣ 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 nhƣng cũng giết chết không ít mô lành gây nguy hại
không nhỏ đến sức khỏe của ngƣời bệnh. Nguyên nhân của hiện tƣợng này là do
phần lớn các phƣơng thức điều trị không chỉ tác động cục bộ lên khối u mà còn ảnh
hƣởng 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 phƣơng pháp
chữa trị ung thƣ 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 ngƣời tại kích thƣớc 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 đƣợc sử dụng để chẩn đoán và điều trị
bệnh.
Ở Việt Nam hạt nano có từ tính đang đƣợc các nhà khoa học thuộc viện
Khoa học Vật liệu chế tạo để ứng dụng vào điều trị ung thƣ bằng phƣơng pháp gia
nhiệt (hyperthermotherapy). Hạt nano từ đƣợc làm từ Fe3O4 và thƣờng đƣợc bọc
bằng một số vật liệu nhƣ dextran, carboxydextran, tinh bột (starch), chitosan…để
làm tăng sự phân bố đồng đều trong chất lỏng từ và tăng tính tƣơng hợp sinh học

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
1


khi đƣa vào cơ thể sống. Khi hạt nano từ đƣợc tập trung tại một vùng nào đó trong
cơ thể, dƣới tác động của từ trƣờng xoay chiều có thể tăng nhiệt độ của vùng đó lên
tới 50oC, đó chính là cơ sở của liệu pháp nhiệt trị ung thƣ.
Tác dụng của nhiệt trong chữa bệnh (nhiệt trị) đã đƣợc con ngƣời biết và sử
dụng từ cách đây rất lâu. Nhiệt trị đã đƣợc xem nhƣ một liệu pháp đầy triển vọng
trong việc chữa trị ung thƣ, đặc biệt khi đƣợc 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 thƣ khi
nhiệt độ cục bộ tại khối u đƣợc đẩy lên trên 42 oC, trong khi không ảnh hƣởng tới
các tế bào lành xung quanh.
Hiện nay, các nghiên cứu đều đang tập trung vào khắc phục hai khó khăn mà
các phƣơng pháp nhiệt trị đang vấp phải để thu đƣợc những tác dụng triệt để trên
các khối u ung thƣ, đó là (i) tập trung nhiệt lƣợng cục bộ tại vị trí khối u và (ii) điều
khiển, khống chế đƣợc 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 thƣ có thể coi
là mơ ƣớc của các nhà khoa học hiện nay. Chẩn đoán đƣợc ung thƣ ở giai đoạn sớm
là có khả năng cao điều trị dứt điểm đƣợc căn bệnh quái ác này mà không gây ảnh
hƣởng nhiều đến sức khỏe vì ngăn cản kịp thời sự di căn của tế bào ác tính. Chụp
cộng hƣởng 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 trƣờng và sóng radio.
Phƣơng pháp này không sử dụng tia X nên có độ an toàn cao cho bệnh nhân. Máy
chụp cộng hƣởng 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 tƣơng

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

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
2


“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 thƣ và
Fibroblast.
2. Khảo sát khả năng tạo tƣơng phản ảnh của hạt nano từ bằng phƣơng pháp
chụp cộng hƣởng từ hạt nhân (MRI).
3. Thử liệu pháp nhiệt trị trên mô hình ung thƣ thực nghiệm.
Đề tài đƣợc thực hiện tại Bộ môn Tế bào – Mô – Phôi và Lý sinh, khoa Sinh
học, bộ môn Thổ nhƣỡng và Môi trƣờng Đất, khoa Môi trƣờng, trƣờng 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 ƣơng 108. Kết quả của đề tài là cơ sở để đẩy mạnh thêm những nghiên
cứu nhằm ứng dụng hạt nano từ và phƣơng pháp chụp cộng hƣởng từ hạt nhân vào
việc chẩn đoán và điều trị ung thƣ trên bệnh nhân.

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
3

CHƢƠNG 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 thƣớc nm. Dựa
vào hình dáng vật liệu, ngƣời ta phân chia thành các loại sau:
- Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thƣớc nano, không còn
chiều tự do nào cho điện tử), ví dụ nhƣ đám nano, hạt nano…
- Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thƣớc hạt
nano, điện tử đƣợc tự do trên một chiều (hai chiều cầm tù), ví dụ nhƣ dây nano, ống
nano…
- Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thƣớc nano,
hai chiều tự do, ví dụ nhƣ màng mỏng…
- Ngoài ra còn có vật liệu cấu trúc nano hay nanocomposite, trong đó chỉ có
một phần của vật liệu có kích thƣớc 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, ngƣời ta còn
có thể phân loại dựa vào độ cảm từ. Bất cứ vật liệu kim loại nào cũng có sự hƣởng
ứng với từ trƣờng ngoài, thể hiện bằng độ từ hoá (từ độ, M). Tỷ số c = M/H đƣợc
gọi là độ cảm từ, trong đó H là cƣờng độ từ trƣờng. 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) đƣợc gọi là vật
liệu nghịch từ.
 Vật liệu có c xấp xỉ 1 (chênh lệch khoảng 10-6) đƣợc 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 nhƣ: từ độ bão hoà (từ độ đạt cực đại tại từ trƣờng
Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
4


lớn), từ dƣ (từ độ còn dƣ sau khi ngừng tác động của từ trƣờng ngoài), lực kháng từ
(từ trƣờng ngoài cần thiết để một hệ, sau khi đạt trạng thái bão hoà từ, bị khử từ)…
Nếu kích thƣớc của hạt giảm đến một giá trị nào đó (thông thƣờng 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 dƣ và lực kháng từ bằng không. Điều đó có nghĩa là, khi
ngừng tác động của từ trƣờng 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 thƣớc nano (<1000 nm). Hạt nano từ đƣợc 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 thƣớc –
một tính chất có liên quan nhiều đến phƣơng pháp chế tạo.
- Từ độ bão hòa lớn.
- Vật liệu có tính tƣơng hợp sinh học cao (không có độc tính) [24]. Tính
tƣơng hợp sinh học liên quan đến bản chất của vật liệu sau khi đã đƣợc 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 ngƣời, có
tính ổn định khi làm việc trong môi trƣờng không khí nên các vật liệu nhƣ oxit sắt
đƣợc nghiên cứu rất nhiều để làm hạt nano từ ứng dụng trong sinh y học.
Hạt nano từ dùng trong y sinh học thƣờng ở dạng dung dịch nên còn gọi là
chất lỏng từ (CLT). Một dung dịch từ gồm ba thành phần: lõi là hạt Fe3O4 có kích
thƣớc nano, chất hoạt hoá bề mặt và dung môi. Trong đó:
- Lõi Fe3O4 có kích thƣớc 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 trƣờng ngoài,

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
5


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 thƣờng hƣớng tới pH = 7.0 – 7.2.
1.1.3. Ứng dụng của hạt nano từ trong lĩnh vực sinh y học
Ý tƣởng sử dụng các hạt nhỏ trong chẩn đoán và chữa bệnh đã đƣợc 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 thƣớc rất đồng đều. Cho đến
nay, việc nghiên cứu và phát triển ý tƣởng 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 ƣu việt của các hạt nhỏ để điều khiển chúng thâm nhập vào cơ thể hoặc
tƣơng tác với các thực thể sinh vật nhƣ 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 thƣờng để làm việc này, ngƣời ta phải lựa chọn hạt có kích thƣớc phù hợp và
biến đổi bề mặt của chúng bằng cách gắn thêm các phân tử sinh học nhƣ kháng thể
đơn dòng, lectin, peptide hoặc hoocmôn. Với lớp vỏ bọc nhƣ vậy, không những các
hạt đã có khả năng tƣơng hợp sinh học tốt và tồn tại lâu trong cơ thể mà chúng còn
có thể đƣợc gắn một cách có điều khiển vào các vùng mô mong muốn. Đặc biệt
trong trƣờng hợp của các hạt nano từ, khả năng tƣơng tác của chúng đối với từ
trƣờng là lợi thế lớn nhất và quan trọng trong một loạt các ứng dụng y – sinh học

nhƣ:
- 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


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 trƣờng
tồn tại tự nhiên của chúng là rất cần thiết để thu đƣợc các mẫu tinh khiết dùng trong
phân tích hoặc một số mục đích khác. Quá trình sử dụng các hạt từ tƣơng hợp sinh
học để tách chiết thông thƣờng bao gồm hai bƣớc: (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 đƣợc gắn hạt từ sẽ đƣợc từ trƣờng giữ lại hoặc lôi ra
khỏi môi trƣờng chứa chúng.
Bƣớc đầu tiên đƣợc thực hiện bằng cách biến đổi bề mặt của các hạt từ bằng
phƣơng pháp hoá học, thông thƣờng là bọc hạt từ bằng các phân tử tƣơng hợp sinh
học nhƣ dextran, polyvinyl alcohol và phospholipid. Bên cạnh vai trò nhƣ 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 nhƣ hoócmôn
và axít folic sẽ đƣợc 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 đƣợc gắn kháng nguyên đã đƣợc gắn thành
công với nhiều loại tế bào nhƣ tế bào hồng cầu, tế bào ung thƣ phổi, tế bào ung thƣ
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 (Fe3O4 hoặc Fe2O3) vì chúng là nguyên tố có
mặt trong cơ thể sinh vật và có bề mặt dễ biến đổi.
Bƣớc thứ hai, tách các thực thể sinh học ra khỏi hạt, đƣợc thực hiện nhờ sự
hỗ trợ của từ trƣờng ngoài.

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
7


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 trƣờng. Các thực thể sinh vật có từ tính (đƣợc gắn với hạt
nano từ màu đen) đƣợc tách ra khỏi dung dịch mang khi chúng chảy qua vùng tác
dụng của một gradient từ trƣờng.
Cho đến nay tách chiết bằng từ trƣờng đã đƣợc sử dụng thành công trong các
lĩnh vực nghiên cứu y học và sinh học. Phƣơng pháp này cho hiệu quả cao khi dùng
để tách các tế bào của một số loại ung thƣ ra khỏi máu. Ngoài ra ngƣời ta đã tăng
cƣờng khả năng phát hiện vi rút sốt rét kí sinh trong các mẫu máu bằng việc tối ƣu
hoá tính chất từ của các vi rút kí sinh hoặc bằng cách đánh dấu các tế bào hồng cầu
với các hạt từ đƣợc gắn kháng nguyên. Bên cạnh đó còn có các ứng dụng khác nhƣ
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 nhƣ 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 thƣ 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


những ngƣời 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 lƣợng thuốc đƣa vào cơ thể. Hầu hết
các nghiên cứu tập trung vào kỹ thuật sử dụng từ trƣờng 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 phƣơng pháp dựa trên việc sử dụng các phân tử thuốc (thƣờng là
độc đối với tế bào - cytotoxic) đƣợc gắn các hạt từ tƣơng hợp sinh học (có thể đƣợc
gọi là hạt mang). Hỗn hợp thuốc/hạt mang này đƣợc đƣa vào cơ thể qua hệ tuần
hoàn. Sau khi thâm nhập vào mạch máu, chúng đƣợc giữ lại ở các vùng mong muốn
bằng một từ trƣờng ngoài (nam châm). Khi đã đƣợc định vị, các phân tử thuốc có
thể đƣợc giải phóng theo cơ chế hoạt động của emzym hoặc do sự khác biệt về các
điều kiện sinh lý ở vùng khối u nhƣ độ pH, độ thẩm thấu hoặc nhiệt độ [5]. Nguyên
lý vận chuyển thuốc vào khối u dƣới tác dụng từ trƣờng của một nam châm vĩnh
cửu. đƣợc minh hoạ trên hình 2. So với các mô bình thƣờng, khối u có số lƣợng
mạch máu nuôi lớn hơn rất nhiều, do vậy khả năng cung cấp khối lƣợng thuốc cũng
cao hơn [4].
Cấu trúc của một hạt từ kích thƣớc nano mang thuốc gồm hai phần: (i) lõi hạt
từ (thƣờng là sắt ôxít) đƣợc bọc bởi (ii) một lớp polymer tƣơng hợp sinh học. Các

polymer thông dụng hiện nay là PVA hoặc dextran. Trong một số trƣờng hợp ngƣời
ta còn sử dụng lớp bọc vô cơ nhƣ silic ôxít. Ngoài tác dụng bảo vệ các hạt khỏi ảnh
hƣởng của môi trƣờng xung quanh, đặc điểm quan trọng nhất của lớp bọc là làm
Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
9


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 phƣơng 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 đƣợc sử dụng thƣờng
xuyên trong điều trị ung thƣ [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 đƣợc phân loại thành nhiều nhóm dựa theo cơ chế hoạt động nhƣ:
- 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 nhƣ 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 thƣờng các thuốc không phân biệt đƣợc 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 thƣờng này và gây ra các tác dụng phụ không mong muốn. Chính vì

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
10


vậy phƣơng pháp hoá trị cục bộ có ƣu thế hơn hẳn do tập trung đƣợc các tác nhân
điều trị hoá học ở vùng khối u, nhờ đó có thể giảm thiểu các tác dụng đối với mô
bình thƣờng.
Năm 1983, các hạt từ lần đầu tiên đã đƣợc sử dụng để mang thuốc
(doxorubicin) tới các khối u đƣợc cấy trên chuột [34]. Kết quả bƣớc đầu rất khả
quan khi trên 80% số chuột có các khối u đã giảm hoàn toàn so với trƣờng hợp hoá
trị thông thƣờng 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 thƣờng 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
đƣợc liên kết hoá học trực tiếp giữa các tác nhân thuốc với chất lỏng từ (hạt từ đƣợc
bọc bởi tinh bột – starch) [4], nhờ đó giải quyết đƣợc 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, đƣợc gắn với một
cấu trúc cácbon hoặc đƣợc bọc cácbon phía ngoài. Kích thƣớc hạt từ 0,01 đến 1
micromet và hạt đƣợc kết hợp với dung dịch thuốc kháng ung thƣ. Sau khi thử
nghiệm điều trị trên hơn 100 bệnh nhân với nhiều loại ung thƣ khác nhau, kết quả
cho thấy hầu hết các trƣờng hợp đều khỏi hoặc tình trạng bệnh thoái lui đáng kể
[23]. Cũng vào năm này, Allen công bố chế tạo đƣợc các hạt tải từ tính có khả năng
dẫn truyền thuốc (magnetically targetable carrier, MTCTM) với thành phần là hợp

kim của sắt và than hoạt tính (kích thƣớc 0,5  2 μm) đƣợc gắn với paclitaxel, một
tác nhân tiềm năng trong chữa trị ung thƣ đầu và cổ [6]. Các hạt tải này có thể giải
phóng 38% lƣợng thuốc hấp phụ đƣợc vào huyết thanh trong vòng 24 h. Chúng có
thể bị giữ bởi từ trƣờng 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
ngƣời cho đến nay cũng rất khả quan [4]. Từ tháng 4 năm 2001 đến tháng 6 năm
2002, sử dụng một từ trƣờng đƣợc chiếu vào vùng khối u, bốn bệnh nhân đã đƣợc

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
11


tiêm vào động mạch một dung dịch gồm các hạt sắt đƣợc bọc cácbon, có gắn các
phân tử dauxorubicine. Một trong số đó có kích thƣớc 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 (đƣờng kính 100nm) gắn các
mitoxantrone (của Wyeth-Pharma, Đức) đƣợc tiêm vào mạch máu của thỏ mang
khối u ung thƣ. Một từ trƣờng rất mạnh (1,7 T) đã đƣợc 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 thƣờng và không gây phản ứng phụ có hại
nào [4].
Một số nhà khoa học cũng đƣa ra ý tƣởng khảo sát khả năng gắn các nuclon
phóng xạ thay vì các tác nhân hoá trị vào các hạt từ. Ƣu 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 đƣợc sử dụng để điều trị
trên các khoảng cách khác nhau, tuỳ thuộc theo bản chất của nguyên tố (ví dụ

90

Y

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 đƣờng tĩnh mạch tập trung ở gần một
khối u dƣới 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 đƣợc > 50% khối u [15].
Bên cạnh các kết quả khả quan đã đạt đƣợc cũng tồn tại một số hạn chế mà
phƣơng pháp dẫn truyền thuốc sử dụng hạt từ cần phải vƣợt qua để có thể đƣợc 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 ngƣời vì khoảng cách giữa các vùng điều trị lớn hơn và cần
cƣờng độ từ trƣờng mạnh hơn, (iii) sau khi đƣợc giải phóng, thuốc không còn đƣợc
điều khiển bằng từ trƣờng 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 phƣơng pháp còn phụ thuộc vào nhiều tham số vật lý
nhƣ cƣờng độ và sự không đồng nhất của từ trƣờng, thể tích và tính chất từ của các
hạt. Thông thƣờng các chất lỏng từ đƣợc đƣa trực tiếp vào cơ thể theo đƣờng tĩnh
Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
12


mạch hoặc động mạch, do vậy các tham số động học nhƣ tốc độ của dòng máu,
nồng độ chất lỏng từ, khả năng hấp thụ thuốc của tế bào ở vùng mô ung thƣ và thời
gian lƣu 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 trƣờng), 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 đƣợc tạo thành từ oxit sắt thƣờng đƣợc sử dụng
nhƣ tác nhân làm tăng độ tƣơng phản ảnh trong chụp cộng hƣởng từ. Sự có mặt của
chúng làm nhiễu loạn từ trƣờng địa phƣơng nên làm thay đổi giá trị từ trƣờng 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 thƣớc 30nm đƣợc bọc dextran có thể nhanh chóng đi
vào gan và lách trong khi ở các cơ quan khác thì chậm hơn. Nhƣ vậy, mật độ hạt
nano ở các cơ quan là khác nhau dẫn đến sự nhiễu loạn từ trƣờng địa phƣơng cũng
khác nhau làm tăng độ tƣơng phản trong ảnh cộng hƣởng từ [14].
1.1.3.4. Liệu pháp nhiệt – từ trong điều trị ung thư
Phƣơng pháp nhiệt-từ trị sử dụng trong chữa trị ung thƣ đƣợc Gilchrist và
các cộng sự đề xuất lần đầu tiên cách đây khoảng 50 năm [8]. Ý tƣởng của ông là
tập trung các hạt từ trong vùng khối u và sau đó đốt nóng chúng dƣới tác dụng của
một từ trƣờng xoay chiều, do vậy chỉ những vùng mô tế bào nào có chứa hạt từ mới
chịu tác dụng của nhiệt (hình 4).
khối u

hạt từ

từ trƣờng xoay chiều

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

Cao học 17 (2008-2010)
13


Trong thí nghiệm của Gilchrist, các hạt Fe3O4 với kích thƣớc 0,02  0,1 μm
đƣợc 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 đƣợc cắt ra khỏi cơ thể và đƣa vào vùng từ
trƣờng xoay chiều có cƣờng độ 200  240 Oe. Kết quả cho thấy nồng độ 5 mg hạt
từ trên mỗi gam hạch bạch cầu có thể đạt đƣợc 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 đƣợc kết quả tốt khi các hạch đã bị hoại tử hoàn toàn sau 3 phút đốt nóng trong
từ trƣờng 470 Oe. Kể từ các thành công ban đầu này, nhiệt-từ trị sử dụng hạt từ đã
đƣợc coi nhƣ một trong những phƣơng pháp triển vọng nhất trong cuộc chiến chống
lại ung thƣ. Phƣơng pháp này sau đó đƣợc phát triển theo ba hƣớng, phân loại bởi
các cách đƣa hạt từ vào vùng khối u [27]:
- Nhiệt trị theo đƣờng động mạch (AEH – arterial embolization
hyperthermia): cơ sở của phƣơng pháp dựa vào đặc điểm là các khối u gan đƣợc
nuôi bởi hệ động mạch gan, trong khi các mô tế bào gan bình thƣờng lại nhận đƣợc
nguồn cung cấp máu từ hệ tĩnh mạch chủ. Khi tiêm các hạt từ vào đƣờng động
mạch gan, ngƣời ta thấy rằng chúng tập trung ở vùng khối u với nồng độ cao hơn
hẳn những vùng khác. Phƣơng pháp này rất phù hợp với việc chữa trị ung thƣ gan
ác tính và cũng là cơ sở của một số phƣơng pháp đƣợc sử dụng hiện nay nhƣ 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 chƣa có thí nghiệm nhiệt trị động mạch nào đƣợc thực hiện trên cơ thể
bệnh nhân nhƣng đã có một số thí nghiệm thực hiện trên cơ thể thỏ và lợn [26]. Thí
nghiệm đầu tiên sử dụng các hạt magnemite (Fe3O4) đƣờng kính 150 nm phân tán
trong lipiodol (một hỗn hợp của iốt với dầu thực vật). Trong từ trƣờng 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 Fe3O4 này
đƣợc bọc trong một hạt polymer nền (SIR-Sphere của công ty Sirtex Medical Ltd –
Úc, đƣờng 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 hƣởng không đáng kể cũng nhƣ

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
14


không mất tính sắt từ sau 28 ngày đƣợc tiêm vào cơ thể cũng nhƣ 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
phƣơng pháp tiêm trực tiếp dung dịch của các hạt sắt từ có kích thƣớc tƣơng đối lớn
vào vùng khối u và sau đó sử dụng từ trƣờng xoay chiều để đốt nóng chúng, vì vậy
nhiệt tạo ra từ các hạt bên ngoài tế bào. Ngƣợc 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 phƣơng pháp
nhiệt-từ trị sử dụng các hạt từ phức tạp hơn. Các hạt có thể đƣợc bọc với các kháng
thể đặc hiệu và đƣợc đƣa đến khối u qua đƣờng 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 thƣ nên
ngƣời ta thƣờng gọi đây là phƣơng pháp nhiệt trị nội bào. Ngoài ra các hạt từ vẫn
đƣợc 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 thƣ:
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
đƣợc thực hiện trên cơ thể các động vật nhƣ chuột, thỏ, chó và lợn [27]. Nhìn
chung, hầu hết các nghiên cứu này đều cho thấy có thể đạt đƣợc 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 đƣợc bọc dextran để chữa ung thƣ
vú trên chuột. Khác biệt chính trong thí nghiệm của Gilchrist và Gordon là các hạt
từ Gilchrist sử dụng có kích thƣớc khá lớn, trong khi các hạt trong thí nghiệm của
Gordon có kích thƣớc trung bình 6 nm. 100 mg magnetite đã đƣợc tiêm chậm vào
tĩnh mạch đuôi chuột trong hơn 10 phút. Sau 48h, chuột đƣợc đặt vào trong một từ

trƣờng xoay chiều trong 12 phút. Nhiệt độ vùng khối u không đƣợc đo trực tiếp
trong quá trình điều trị nhƣng Gordon đã xác định công suất toả nhiệt của các hạt từ
qua các thí nghiệm ex-vivo với các khối u đã đƣợc cắt ra ngoài. Tốc độ tăng nhiệt

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
15


đƣợc 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 đƣợc 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 thƣ. Từ kết quả này, Gordon đã đề xuất khái niệm
về phƣơng pháp “nhiệt trị nội tế bào” với nguyên lý đốt nóng từng tế bào ung thƣ
đơn lẻ bằng việc đƣa các hạt từ vào bên trong chúng, sau đó tác dụng từ trƣờng
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 tƣơng tự,
nhƣng kết quả thu đƣợc 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
trƣờng 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 cƣờng độ từ trƣờng 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 thƣ 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
thƣớc 1,5 µm trong từ trƣờng 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 đƣợc 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 đƣợc 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
đƣợc bọc bởi một lớp mỡ bên ngoài) đƣợc 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


nay, song song với các thí nghiệm trên động vật còn có một số bằng phát minh sáng
chế về phƣơng pháp nhiệt trị sử dụng hạt từ đã đƣợc 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 đƣợc thực hiện với các thí nghiệm
trên các dòng tế bào ung thƣ nuôi cấy in vitro. Mục đích chính của các thí nghiệm
này là thử nghiệm tính tƣơng hợp sinh học của các hạt Fe3O4 đã đƣợc bọc các
polymer bề mặt và khảo sát tƣơng tác của các hạt từ với các loại tế bào khác nhau

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
17


trong dung dịch. Các vỏ bọc thƣờng đƣợc sử dụng là dextran, carboxydextran,
citrate, polyethleneglycol hoặc starch. Độc tính của các hạt từ này đã đƣợc nghiên

cứu bởi Hafeli và Pauer [13].
Vào năm 1993, Chan và các cộng sự đã tiến hành thí nghiệm đốt nhiệt - từ in
vitro với các hạt Fe3O4 bọc dextran (đƣợc gọi là các hạt ôxít sắt từ tính dạng keo,
CMIO – colloidal magnetic iron oxide). Các hạt CMIO dextran không có độc tính
với các tế bào đƣợc ủ trong 24h với nồng độ hạt 10 mg/ml. Sau thí nghiệm đối với
các tế bào ung thƣ phổi dòng A549, Chan đã đƣa ra kết luận rằng các tế bào ung thƣ
bị tiêu diệt hoàn toàn là do tác dụng của nhiệt [7]. Cũng vào năm này, nhóm nghiên
cứu của Jordan đã thử nghiệm khả năng bắt hạt từ của các tế bào carcinoma ngƣời
khi đặt các khối u vào môi trƣờng chất lỏng từ (các hạt ôxít sắt đƣợc bọc dextran)
trong nhiều ngày. Qua các ảnh chụp hiển vi điện tử, Jordan nhận thấy lớp bọc
dextran của nhiều hạt đã bị hyđrát hoá bởi các enzyme tiêu hoá. Quá trình phá vỡ
lớp bọc dextran khiến các hạt bị kết tụ lại thành chuỗi bên trong tế bào. Dựa vào các
kết quả trên, Jordan đã đƣa ra kết luận rằng trên thực tế các tế bào ung thƣ có thể
bắt đủ lƣợng hạt từ, nhƣng do lớp bọc dextran bị phá huỷ và các hạt từ kết tụ lại với
nhau nên nhiệt lƣợng toả ra từ bên trong tế bào thấp hơn yêu cầu, do vậy hầu hết các
tế bào đều có thể sống sót sau chiếu từ trƣờng xoay chiều. Mặc dù không đạt đƣợc
hiệu quả tốt trong nhiệt-từ trị nội tế bào với các hạt Fe3O4 bọc dextran nhƣng Jordan
vẫn rất tin tƣởng vào khả năng ứng dụng của phƣơng pháp này khi sử dụng một số
vật liệu với các loại vỏ bọc khác.
Ngƣợc lại với quan điểm về nhiệt trị nội bào của Jordan, một số nhóm
nghiên cứu khác là Hergt [16], Rabin [31] và Neuberger [28] đã đƣa ra các ý kiến
cho rằng tác dụng của nhiệt ở mức độ tế bào là không đáng kể và hoàn toàn không
có lý do gì để phân biệt giữa “nhiệt trị nội bào” với “nhiệt trị ngoại bào”. Điều quan
trọng trong việc điều trị là phải đạt đƣợc nồng độ hạt từ trong khối u đủ cao, bất
chấp vị trí của hạt từ ở trong hay ở ngoài tế bào ung thƣ.
Một số thí nghiệm in vitro cũng đƣợc tiến hành với mục đích nghiên cứu khả
năng các hạt từ đƣợc gắn hƣớng đích lên tế bào ung thƣ. Năm 1995, Suzuki đã đạt

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
18


đƣợc hiệu quả khi gắn các kháng thể đơn dòng đặc hiệu với tế bào ung thƣ dòng
BM314 lên hạt nano từ bọc PEG. Sau thời gian ủ, trên mỗi tế bào BM314 tác giả đã
phát hiện thấy có 90pg sắt từ, cao gấp bốn lần so với trên các tế bào không đƣợc
gắn. Tuy nhiên hiệu suất gắn hạt từ này vẫn là thấp để có thể tạo đƣợc tác dụng điều
trị bằng nhiệt độ đối với các tế bào ung thƣ.
Kết quả nghiên cứu áp dụng với bệnh nhân
Mặc dù đã thu đƣợc một số kết quả khả quan nhƣng việc tiến đến áp dụng
thử nghiệm trên cơ thể ngƣời vẫn gặp nhiều khó khăn, chủ yếu do kích thƣớc các
thiết bị thƣờng tƣơng đối nhỏ và chỉ phù hợp với cơ thể động vật. Vào giữa những
năm 1990, nhóm nghiên cứu của Jordan đã đẩy mạnh phát triển phƣơng thức nhiệttừ trị để bƣớc đầu thử nghiệm trên cơ thể ngƣời [21, 22]. Mục tiêu của nghiên cứu
là cố gắng đạt đƣợc lƣợng hạt từ có nồng độ đủ cao ở vùng khối u, và sau đó điều
khiển chính xác nhiệt độ đốt bằng việc tính toán chính xác công suất toả nhiệt và
phân bố hạt từ trong khối u. Trƣớc tiên, các phân bố của các hạt từ phải đƣợc quan
sát bằng các thiết bị nhƣ siêu âm, chụp xạ hoặc MRI sau khi tiêm vào trong cơ thể.
Sau đó, sử dụng phân bố không gian và công suất toả nhiệt (SLP) của các hạt từ để
tính chính xác khoảng tăng nhiệt độ trong vùng khối u. Nhiệt độ đƣợc đo với việc
sử dụng các đầu dò quang học đƣợc đƣa vào cơ thể. Quá trình đốt nóng có thể đƣợc
điều khiển bởi các thông số nhƣ cƣờng độ từ trƣờng và thời gian chiếu. Tuy nhiên
ngay cả với khối u có dạng hình cầu, đạt đƣợc sự phân bố đồng nhất các hạt từ cũng
là rất khó khăn. Cho đến nay nhóm nghiên cứu của Jordan đã chế tạo một thiết bị
tạo từ trƣờng xoay chiều MFH – 300 F với tần số 100 kHz và cƣờng độ 18 kA/m
(hình 6) và bắt đầu thử nghiệm chữa trị một số loại ung thƣ trên cơ thể ngƣời [9, 10,
17-20].

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
19


Hình 6. Thiết bị MFH-300F (công ty MagForce) dùng trong nhiệt – từ trị [21]

1.2. Chụp cộng hƣởng từ hạt nhân (MRI)
1.2.1. Lịch sử phát triển của kĩ thuật chụp cộng hƣởng từ hạt nhân
Chụp cộng hƣởng 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 trƣờng
và sóng radio. Phƣơng pháp này không sử dụng tia X nên có độ an toàn cao cho
bệnh nhân. Máy chụp cộng hƣởng 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 một khoảng
thời gian ngắn.
Chụp cộng hƣởng từ là một phƣơng pháp chẩn đoán hình ảnh hiện đại, hiệu
quả và phổ biến trên thế giới. Ngày nay, MRI đƣợc sử dụng để kiểm tra gần nhƣ
mọi cơ quan trong cơ thể. Kỹ thuật này đặc biệt có giá trị trong việc chụp ảnh chi
tiết não hoặc dây cột sống. Kể từ khi MRI mang lại những hình ảnh 3 chiều, bác sĩ
có thể nắm đƣợc thông tin về địa điểm thƣơng tổn. Những thông tin nhƣ vậy rất có
giá trị trƣớc khi phẫu thuật chẳng hạn nhƣ tiểu phẫu não.
Nguyên lý cộng hƣởng từ hạt nhân đƣợc Felix Block và Edward Puroel phát
hiện vào năm 1946, cộng hƣởng từ đƣợc ứng dụng rộng rãi từ năm 1950. Năm
1952, hai nhà vật lý Felix Block và Edward Puroell đƣợc trao giải Nobel Vật lý nhờ
sự phát hiện và ứng dụng cộng hƣởng từ. Năm 1980, chiếc máy cộng hƣởng từ đầu
tiên trên thế giới đƣợc đƣa vào hoạt động để tạo ảnh cơ thể ngƣời. Năm 1987, MRI

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
20

đƣợc ứng dụng trong chẩn đoán các bệnh lý tim mạch bằng kỹ thuật cardiac MRI.
Năm 1993, ứng dụng MRI để chẩn đoán các bệnh lý não, thần kinh. Ngày nay, kỹ
thuật tạo ảnh cộng hƣởng từ (MRI) đã trở thành phổ biến trong y học chẩn đoán
hình ảnh trên thế giới cũng nhƣ tại các bệnh viện lớn của Việt Nam.

Hình 7. Hình ảnh chụp cộng hưởng từ chẩn đoán ung thư

1.2.2. Nguyên lý và kỹ thuật chụp cộng hƣởng từ hạt nhân (MRI)
 Từ tính của hạt nhân nguyên tử
Nhƣ chúng ta đã biết các hạt cơ bản của nguyên tử đều mang điện tích nhƣ
proton mang điện dƣơng, electron mang điện âm và với đặc tính tự quay quanh trục
(tính chất spin) thì chúng đều sinh ra một từ trƣờng. Hạt nhân của nguyên tử hydro
chỉ chứa duy nhất một một proton (không có neutron) nên nó còn đƣợc gọi đơn giản
là proton. Hydro chiếm một lƣợng lớn trong thành phần của nƣớc và mỡ, những
chất có mặt ở hầu hết các mô của cơ thể, vì thế nó đóng một vai trò rất quan trọng
trong việc tạo hình ảnh cộng hƣởng từ.
Khi không có tác dụng của từ trƣờng ngoài, các proton quay quanh trục của
nó với hƣớng các trục quay hoàn toàn ngẫu nhiên. Khi đó, từ trƣờng của chúng sẽ
triệt tiêu nhau làm từ trƣờng tổng số bằng zero.
Khi có tác động của từ trƣờng ngoài, ký hiệu là B0, các proton sẽ chịu tác
động của từ trƣờng ngoài và định hƣớng lại trục quay của mình theo hƣớng từ
trƣờng ngoài B0, một số có trục quay cùng chiều với chiều của B0, một số lại có trục

Phạm Thị Hà Giang

Cao học 17 (2008-2010)
21