Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano từ trong chẩn đoán và điều trị khối u thực nghiệm
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.98 MB, 85 trang )
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh h ọc th ực
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.
Phạm Thị Hà Giang Cao học 17 (2008
2010)
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh h ọc th ực
nghiệm
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 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 Fe3O4 theo định hướng
ứng dụng trong Y sinh” thực hiện năm 20092010. 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 Cao học 17 (2008
2010)
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh h ọc th ực
nghiệm
Phạm Thị Hà Giang
Phạm Thị Hà Giang Cao học 17 (2008
2010)
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh h ọc th ực
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........................9
1.1.3.3. Tăng độ tương phản ảnh trong phương pháp chẩn đoán bằng chụp cộng
hưởng từ...................................................................................................................14
1.1.3.4. Liệu pháp nhiệt – từ trong điều trị ung thư.................................................14
1.2.Chụp cộng hưởng từ hạt nhân (MRI)........................................................................21
1.2.1. Lịch sử phát triển của kĩ thuật chụp cộng hưởng từ hạt nhân.........................21
1.2.2. Nguyên lý và kỹ thuật chụp cộng hưởng từ hạt nhân (MRI)............................22
1.2.3. Ưu điểm của chụp cộng hưởng từ hạt nhân (MRI)..........................................26
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.......................................28
2.1. Đối tượng nghiên cứu...............................................................................................28
2.1.1. Chuột nhắt trắng (Mus muscullus) dòng Swiss................................................28
2.1.2. Một số dòng tế bào ung thư và tế bào lành......................................................28
2.1.2.1. Các dòng tế bào ung thư.............................................................................28
2.1.2.2. Tế bào lành Fibroblast................................................................................29
2.1.3. Vật liệu nano từ (hay chất lỏng từ)....................................................................30
2.2. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm...............................................................................30
2.2.1. Môi trường nuôi cấy..........................................................................................30
2.2.2. Hóa chất.............................................................................................................30
2.2.3. Máy móc thiết bị.................................................................................................31
2.2.4. Vật tư tiêu hao...................................................................................................32
2.3. Phương pháp nghiên cứu.........................................................................................32
Phạm Thị Hà Giang Cao học 17 (2008
2010)
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh h ọc th ực
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............................................................................32
2.3.1.1. Tạo u rắn dưới da........................................................................................32
2.3.1.2. Tạo u đùi......................................................................................................33
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......................................................................33
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)............................................................................34
2.3.4. Kỹ thuật tiêm tĩnh mạch.....................................................................................35
2.3.5. Phương pháp khảo sát hiệu ứng đốt nhiệt – từ ex vivo....................................36
2.3.5.1. Khảo sát hiệu ứng đốt nhiệt - từ mẫu E6...................................................36
2.3.5.2. Phương pháp khảo sát hiệu ứng đốt – nhiệt từ ex vivo.............................36
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..................................................................37
2.3.6.1. Bằng phương pháp đốt nhiệt từ..................................................................37
2.3.6.2. Bằng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS).........................................39
2.3.7. Liệu pháp gia nhiệt in vivo.................................................................................41
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................................44
3.1. Kết quả gây tạo u rắn dưới da và u đùi trên chuột Swiss........................................44
3.1.1. Kết quả gây tạo u rắn dưới da..........................................................................44
3.1.2. Kết quả gây u đùi ở chuột Swiss.......................................................................45
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 .............................................................................................46
3.2.1. Kết quả xác định độc tính của H01...................................................................46
3.2.2. Kết quả xác định độc tính của E6.....................................................................50
3.3. Kết quả khảo sát khả năng tạo tương phản ảnh của H01 bằng kỹ thuật chụp cộng
hưởng từ hạt nhân (MRI) ................................................................................................52
3.4. Kết quả khảo sát liệu pháp đốt nhiệt từ sử dụng mẫu E6........................................54
3.4.1. Kết quả hiệu ứng đốt nhiệt từ mẫu E6..............................................................55
3.4.2. Kết quả gia nhiệt ex vivo bằng hạt từ E6...........................................................57
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 ...................................................................................................60
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.....................................................60
Phạm Thị Hà Giang Cao học 17 (2008
2010)
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh h ọc th ực
nghiệm
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)
...................................................................................................................................62
3.4.4. Kết quả khảo sát liệu pháp đốt – nhiệt từ in vivo .............................................64
KẾT LUẬN ...........................................................................................................................71
KIẾN NGHỊ...........................................................................................................................72
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................74
Phạm Thị Hà Giang Cao học 17 (2008
2010)
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh h ọc th ực
nghiệm
DANH MỤC VIẾT TẮT
VIẾT TẮT
AAS
AEH
CHHBM
CLT
DIH
DMEM
FBS
IH
MRI
PBS
PEG
PVA
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
Phạm Thị Hà Giang Cao học 17 (2008
2010)
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh h ọc th ực
nghiệm
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Một số dòng tế bào ung thư sử dụng trong luận văn và đặc điểm của chúng......29
Bảng 2. Nồng độ hạt từ E6 trong thí nghiệm khảo sát hiệu ứng đốt nhiệt từ in vitro.........36
Bảng 3. Bố trí thí nghiệm gia nhiệt ex vivo khối u rắn dưới da trên chuột Swiss...............36
Bảng 4. Bố trí thí nghiệm gia nhiệt in vivo trên 6 chuột thí nghiệm....................................41
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.........................................................................48
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..........................................51
Bảng 7. Giá trị nhiệt độ bão hoà (Tbh) và tốc độ tăng nhiệt độ ban đầu (dT/dt)................55
Bảng 8. Nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ bão hòa của từng khối u trong quá trình gia nhiệt. 58
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............................................................................................61
Bảng 10. Hàm lượng sắt có trong 1g mẫu của 5 cơ quan tách ra từ chuột A và chuột B
(ngFe/1g mẫu)......................................................................................................................63
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............................................14
Hình 5. Quá trình phát triển khổi u trên cơ thể chuột trong thí nghiệm của Yanase và các
cộng sự [35].........................................................................................................................18
Hình 6. Thiết bị MFH-300F (công ty MagForce) dùng trong nhiệt – từ trị [21]...................21
Hình 7. Hình ảnh chụp cộng hưởng từ chẩn đoán ung thư.......................................22
Hình 8. Sự tạo thành vector từ hoá thực.............................................................................24
Hình 9. Vector từ hoá ngang vuông góc với Oz..................................................................25
Hình 10. Chuột nhắt trắng Swiss.........................................................................................28
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..................................................30
Hình 12. Máy chụp cộng hưởng từ 1.5T (MRI 1.5 Gyroscan Philips)................................35
Hình 13.Hệ thống máy phát từ trường RDO, moel HFI (Mỹ)..............................................37
Hình 14. Hình ảnh máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) (Shimadzu – Nhật Bản).....40
Phạm Thị Hà Giang Cao học 17 (2008
2010)
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh h ọc th ực
nghiệm
Hình 15. Hình ảnh khối u rắn dưới da sau 6 ngày (A), 10 ngày (B) và 17 ngày (C) cấy
truyền....................................................................................................................................44
Hình 16. Khối u đùi gây trên chuột Swiss............................................................................46
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).....................................................47
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).............................................................................................................48
Hình 19. Hình ảnh chuột mang u đùi tiêm tĩnh mạch 150µl hạt từ H01 sau 15 ngày........50
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)................................................................................51
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 ...............................................................................53
Hình 22. Hình ảnh khối u của chuột B và C ...............................................................54
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.............................................56
Hình 24. Các đường tăng nhiệt độ trong các khối u ex vivo tách từ chuột TN với IB = 60
Oe, fx = 236 kHz..................................................................................................................59
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.....................................................61
Hình 26. Hình ảnh chuột A – Đối chứng sinh học...............................................................64
Hình 27. Ảnh chuột B - chuột đối chứng ung thư................................................................65
Hình 28. Hình ảnh chuột đối chứng không tiêm hạt từ nhưng có chiếu từ trường (chuột C)
trong 18 ngày theo dõi.........................................................................................................66
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...............................................................67
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.................................................................68
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..................................................................69
Phạm Thị Hà Giang Cao học 17 (2008
2010)
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh h ọc th ực
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 Fe3O4 và thường được
Phạm Thị Hà Giang Cao học 17 (2008
2010)
1
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh h ọc th ực
nghiệm
bọc bằng một số vật liệu như dextran, carboxydextran, tinh bột (starch),
chitosan…để làm tăng sự phân bố đồng đều trong chất lỏng từ và tăng tính tương
hợp sinh học khi đưa vào cơ thể sống. Khi hạt nano từ được tập trung tại một
vùng nào đó trong cơ thể, dưới tác động của 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.
Phạm Thị Hà Giang Cao học 17 (2008
2010)
2
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh h ọc th ực
nghiệm
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
“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 h ọc th ực
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.
Phạm Thị Hà Giang Cao học 17 (2008
2010)
4
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh h ọc th ực
nghiệm
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 106) 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 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 ysinh 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.
Phạm Thị Hà Giang Cao học 17 (2008
2010)
5
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh h ọc th ực
nghiệm
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,
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), virút (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
Phạm Thị Hà Giang Cao học 17 (2008
2010)
6
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh h ọc th ực
nghiệm
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.
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
Phạm Thị Hà Giang Cao học 17 (2008
2010)
7
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh h ọc th ực
nghiệm
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 (Fe3O4 hoặc Fe2O3) 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.
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
Phạm Thị Hà Giang Cao học 17 (2008
2010)
8
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh h ọc th ực
nghiệm
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 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
Phạm Thị Hà Giang Cao học 17 (2008
2010)
9
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh h ọc th ực
nghiệm
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 cầu nối để chức năng hoá các hạt khi gắn vào
chúng các nhóm carboxyl, biotin, avidin, carbodiimide 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
Phạm Thị Hà Giang Cao học 17 (2008
2010)
10
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh h ọc th ực
nghiệm
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 5fluorouracil, 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 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
Phạm Thị Hà Giang Cao học 17 (2008
2010)
11
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh h ọc th ực
nghiệm
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, MTCTM) 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 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 WyethPharma, 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
Phạm Thị Hà Giang Cao học 17 (2008
2010)
12
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh h ọc th ực
nghiệm
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 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].
Phạm Thị Hà Giang Cao học 17 (2008
2010)
13
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh h ọc th ực
nghiệm
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 nhiệttừ 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).
khối u
hạt từ
từ trường xoay chiều
Hình 4. Minh hoạ về quá trình đốt nhiệt sử dụng hạt nano từ
Trong thí nghiệm của Gilchrist, các hạt Fe3O4 với kích thước 0,02 0,1
μm được tiêm vào màng trong thành ruột của chó để chúng có thể tập trung trong
Phạm Thị Hà Giang Cao học 17 (2008
2010)
14
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh h ọc th ực
nghiệm
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
(Fe3O4) 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 (SIRSphere 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 không mất tính sắt từ sau
Phạm Thị Hà Giang Cao học 17 (2008
2010)
15
Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh h ọc th ực
nghiệm
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
nhiệttừ 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 nhiệttừ 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
Phạm Thị Hà Giang Cao học 17 (2008
2010)
16
