CÔNG NGH NANO TRONG Y – SINH H CỆ Ọ
Công ngh nano có ng d ng r t l n trong nhi u lĩnh v c c a đ i s ng. Cácệ ứ ụ ấ ớ ề ự ủ ờ ố
v t li u nano đ c s d ng và nghiên c u phát tri n đ t n d ng t i đa u thậ ệ ượ ử ụ ứ ể ể ậ ụ ố ư ế
và ích l i nhi u m t c a nó, k đ n nh :ợ ề ặ ủ ể ế ư
- Y d c : H t nanoượ ạ
- Hóa ch t và v t li u cao c p : ng nanoấ ậ ệ ấ Ố
- Công ngh thông tin, vi n thông : V t li u x p nanoệ ễ ậ ệ ố
- Năng l ng : L ng nanoượ ồ
- T đ ng hóa : Ch m l ng tự ộ ấ ượ ử
- Hàng không vũ tr : V t li u c u trúc nanoụ ậ ệ ấ
- D t : S i nanoệ ợ
- Nông nghi p : H t ch a h t nano (capsule)ệ ạ ứ ạ
Trong đó, y d c là th tr ng l n nh t tiêu th v t li u nano. V t li u nanoượ ị ườ ớ ấ ụ ậ ệ ậ ệ
có kh năng ng d ng cao trong y – sinh h c vì kích th c c a chúng so sánhả ứ ụ ọ ướ ủ
đ c v i kích th c c a t bào (10-100 nm), virus (20-450 nm), protein (5-50ượ ớ ướ ủ ế
nm), gen (2 nm r ng và 10-100 nm chi u dài). V i kích th c nh bé, c ng v iộ ề ớ ướ ỏ ộ ớ
vi c “ng y trang” gi ng nh các th c th sinh h c khác và có th thâm nh pệ ụ ố ư ự ể ọ ể ậ
vào các t bào ho c virus thì v t li u nano đ c ng d ng c th trong y – sinhế ặ ậ ệ ượ ứ ụ ụ ể
h c ra sao, chúng ta cùng tìm hi u v m t vài ng d ng đang đ c phát tri n vàọ ể ề ộ ứ ụ ượ ể
nghiên c u sôi n i.ứ ổ
A. Các ng d ng tiêu bi uứ ụ ể
1. Phân tách, ch n l c t bàoọ ọ ế
Trong y sinh h c, ng i ta th ng xuyên ph i tách m t lo i th c th sinhọ ườ ườ ả ộ ạ ự ể
h c nào đó ra kh i môi tr ng c a chúng đ làm tăng n ng đ khi phân tíchọ ỏ ườ ủ ể ồ ộ
ho c cho các m c đích khác. Phân tách t bào s d ng các h t nanô t tính làặ ụ ế ử ụ ạ ừ
m t trong nh ng ph ng pháp th ng đ c s d ng.ộ ữ ươ ườ ượ ử ụ
Các h t nano t tính dùng trong y – sinh h c th ng có d ng ch t l ng t ,ạ ừ ọ ườ ạ ấ ỏ ừ
còn g i là n c t , g m 3 ph n: h t nano t tính, ch t ho t hóa b m t vàọ ướ ừ ồ ầ ạ ừ ấ ạ ề ặ
dung môi. Trong đó h t nano t tính là thành ph n duy nh t quy t đ nh tínhạ ừ ầ ấ ế ị
ch t t c a ch t l ng t . Các ch t ho t hóa b m t làm h t nano phân tánấ ừ ủ ấ ỏ ừ ấ ạ ề ặ ạ
trong dung môi, tránh k t t và có tác d ng che ph h t nano kh i s phátế ụ ụ ủ ạ ỏ ự
hi n c a h th ng b o v c th , t o các liên k t hóa h cệ ủ ệ ố ả ệ ơ ể ạ ế ọ v i các phân tớ ử
khác nh nhóm ch c ư ứ amino, biotin, steptavidin, carbonxyl, thiol, silica ho cặ
các b m t có đi n tích âm ho c d ng.ề ặ ệ ặ ươ
u đi m c a h t nano t tính: Ư ể ủ ạ ừ
+ Kích th c : 1-100nmướ
+ B m t: có kh năng t ng thích v i cácề ặ ả ươ ớ th c th sinh h cự ể ọ
+ Tính ch t v t lý: có th thao tác b ng t tr ng (đi u khi n b ng tấ ậ ể ằ ừ ườ ề ể ằ ừ
tr ng ngoài)ườ
Quá trình phân tách đ c chia làm hai giai đo n:ượ ạ
* Đánh d u th c th sinh h c c n nghiên c uấ ự ế ọ ầ ứ
* Tách các th c th đ c đánh d u ra kh i môi tr ng b ng t tr ng.ự ể ượ ấ ỏ ườ ằ ừ ườ
1. Vi c đánh d u đ c th c hi n thông qua các h t nanô t tính. H t nanôệ ấ ượ ự ệ ạ ừ ạ
th ng dùng là h t ô-xít s t. Các h t này đ c bao ph b i m t lo i hóaườ ạ ắ ạ ượ ủ ở ộ ạ
ch t (ch t ho t hóa) có tính t ng h p sinh h c nh là dextran, polyvinylấ ấ ạ ươ ợ ọ ư
alcohol (PVA),... s có tính ch t t ng t các phân t trong h mi n d ch, cóẽ ấ ươ ự ử ệ ễ ị
th t o ra các liên k t v i các t bào h ng c u, t bào ung th , vi khu n.ể ạ ế ớ ế ồ ầ ế ư ẩ
Ngoài ra, các hóa ch t này còn giúp cho các h t nanô phân tán t t trong dungấ ạ ố
môi, tăng tính n đ nh c a ch t l ng t . Đây là cách r t hi u qu và chính xácổ ị ủ ấ ỏ ừ ấ ệ ả
đ đánh d u t bào.ể ấ ế
2. Quá trình phân tách đ c th c hi n nh m t gradient t tr ng ngoài.ượ ự ệ ờ ộ ừ ườ
T tr ng ngoài t o m t l c hút đ i v i các h t t tính có mang các t bàoừ ườ ạ ộ ự ố ớ ạ ừ ế
đ c đánh d u. Các t bào không đ c đánh d u s không đ c gi l i vàượ ấ ế ượ ấ ẽ ượ ữ ạ
thoát ra ngoài.
L c tác đ ng lên h t t tính đ c cho b i ph ng trình sau:ự ộ ạ ừ ượ ở ươ
m
F 6πηR Δυ
=
Trong đó
η
là đ nh t c a môi tr ng xung quanh t bào (n c),ộ ớ ủ ườ ế ướ
m
R
là
bán kính c a h t t tính,ủ ạ ừ
Δυ
là s khác bi t v v n t c gi a t bào và n c.ự ệ ề ậ ố ữ ế ướ
Đ t tr ng bên ngoài có th gi đ c h t nanô t tính đang ch y trongể ừ ườ ể ữ ượ ạ ừ ả
n c thì ph i có s cân b ng gi a l c th y đ ng và l c do t tr ng t o ra.ướ ả ự ằ ữ ự ủ ộ ự ừ ườ ạ
Tách t bào b ng t tr ng đã đ c ng d ng thành công trong y – sinhế ằ ừ ườ ượ ứ ụ
h c. Đây là m t trong nh ng ph ng pháp r t nh y đ có th phân tách tọ ộ ữ ươ ấ ạ ể ể ế
bào ung th t máu, đ c bi t là khi n ng đ t bào ung th r t th p, khó cóư ừ ặ ệ ồ ộ ế ư ấ ấ
th tìm th y b ng các ph ng pháp khác.ể ấ ằ ươ Ng i ta có th phát hi n kí sinhườ ể ệ
trung s t rét trong máu b ng cách đo t tính c a kí sinh trùng đánh d u.ố ằ ừ ủ ấ
V i nguyên t t t ng t nh phân tách t bào, h t nanô t tính đ c dùngớ ắ ươ ự ư ế ạ ừ ượ
đ phân tách DNA.ể
Tách ADN c a siêu vi Herpes b ng h t nano t tínhủ ằ ạ ừ
H t nano t tính ch c năng hóa amino còn đ c s d ng đ tách ADNạ ừ ứ ượ ử ụ ể
c a siêu vi Herpes gây b nh ngoài da và b nh đ ng sinh d c. B ng cáchủ ệ ệ ườ ụ ằ
ch c năng hóa amino h t nano ô-xít s t đ g n k t v i m t đo n ADN dòứ ạ ắ ể ắ ế ớ ộ ạ
đ c tr ng cho siêu vi Herpes, ADN đích trong b nh ph m c n xét nghi m sặ ư ệ ẩ ầ ệ ẽ
g n k t v i h t nano có ADNắ ế ớ ạ dò đ c phân tách b ng m t nam châm. N ngượ ằ ộ ồ
đ c a ADN sau phân tách tăng hàng trăm l n so v i ban đ u.ộ ủ ầ ớ ầ K t h p v iế ợ ớ
m t c m bi n đi n hóa đ n gi n, đ nh y v a ph i, quy trình làm giàu ADNộ ả ế ệ ơ ả ộ ạ ừ ả
giúp n ng đ ADN đ t đ n m c mà c m bi n có th phát hi n ra. Quy trìnhồ ộ ạ ế ứ ả ế ể ệ
phân tách này và c m bi n có th xác đ nh nhanh siêu vi này vùng sâu, vùngả ế ể ị ở
xa, nh ng n i còn ch a có các thi t b y t chính xác. Đây là m t ph ngữ ơ ư ế ị ế ộ ươ
pháp có th s d ng đ m r ng đ xác đ nh s có m t c a nhi u lo i siêuể ử ụ ể ở ộ ể ị ự ặ ủ ề ạ
vi khác nh siêu vi cúm gia c m.ư ầ
2. D n truy n thu cẫ ề ố
M t trong nh ng nh c đi m quan tr ng nh t c a hóa tr li u đó làộ ữ ượ ể ọ ấ ủ ị ệ tính
không đ c hi uặ ệ . Khi vào trong c th , thu c ch a b nh s phân b không t pơ ể ố ữ ệ ẽ ố ậ
trung nên các t bào m nh kh e b nh h ng do tác d ng ph c a thu c.ế ạ ỏ ị ả ưở ụ ụ ủ ố
Chính vì th vi c dùng các h t nano nh là h t mang thu c đ n v trí c nế ệ ạ ư ạ ố ế ị ầ
thi t trên c th (thông th ng dùng đi u tr các kh i u ung th ) đã đ cế ơ ể ườ ề ị ố ư ượ
nghiên c u t nh ng năm 1970, nh ng ng d ng này đ c g i là d n truy nứ ừ ữ ữ ứ ụ ượ ọ ẫ ề
thu c b ng công ngh nano.ố ằ ệ
C ch chungơ ế : H t nano có tính t ng h p sinh h c đ c g n k t v iạ ươ ợ ọ ượ ắ ế ớ
thu c đi u tr . Lúc này h t nano có tác d ng nh m t h t mang (h t t i).ố ề ị ạ ụ ư ộ ạ ạ ả
Thông th ng h thu c/h t t o ra m t ch t l ng và đi vào c th thông quaườ ệ ố ạ ạ ộ ấ ỏ ơ ể
h tu n hoànệ ầ . Và khi các h t t i đ c t p trung m t cách chính xác t i vùngạ ả ượ ậ ộ ạ
c n đi u tr thì quá trình nh thu c có th di n ra thông qua c ch ho tầ ề ị ả ố ể ễ ơ ế ạ
đ ng c a các enzym ho c các tính ch t sinh lý h c do các t bào ung th , cácộ ủ ặ ấ ọ ế ư
kh i u gây ra nh đ pH, quá trình khuy ch tán ho c s thay đ i c a nhi tố ư ộ ế ặ ự ổ ủ ệ
đ .ộ
Có hai u đi m c b nư ể ơ ả là:
+ Thu h p ph m vi phân b c a các thu c trong c th nên làm gi m tácẹ ạ ố ủ ố ơ ể ả
d ng ph c a thu c.ụ ụ ủ ố
+ Gi m l ng thu c đi u tr .ả ượ ố ề ị
Phân lo i ạh t nano d n truy n thu c vào t bào:ạ ẫ ề ố ế
-H t nano t tính s d ng Gradientạ ừ ử ụ : h t oxit s t, h t nano vàng.ạ ắ ạ
-H t nano s d ng liên k t hóa h cạ ử ụ ế ọ : liposome, polymer.
a. H t nano t tính s d ng gardient đi u khi n đ n vùng c n đi u tr :ạ ừ ử ụ ề ể ế ầ ề ị
H thu c/h t t tính khi đi vào m ch máu s đ c m t gradient t tr ngệ ố ạ ừ ạ ẽ ượ ộ ừ ườ
ngoài r t m nh t p trung vào m t v trí nào đó c n thi t trên c th . Sauấ ạ ậ ộ ị ầ ế ơ ể
đó h t t i s ti n hành nh thu c.ạ ả ẽ ế ả ố
Các h t nano t tính th ng dùng là ô-xít s t bao ph xung quanh b i m tạ ừ ườ ắ ủ ở ộ
h p ch t cao phân t có tính t ng h p sinh h c nh PVA, detran ho cợ ấ ử ươ ợ ọ ư ặ
silica. Ch t bao ph có tác d ng ch c năng hóa b m t đ có th liên k tấ ủ ụ ứ ề ặ ể ể ế
v i các phân t khác nh nhóm ch c carboxyl, biotin,...ớ ử ư ứ
b. H t nano s d ng liên k t hóa h c đ đ a thu c t i vùng đi u tr :ạ ử ụ ế ọ ể ư ố ớ ề ị
H t t i thu c nano đ c k t h p v i phân t thu c v ho c đ c ch aạ ả ố ượ ế ợ ớ ử ố ở ỏ ặ ượ ứ
bên trong h t.ạ
* Liposome: là m t lo i h t có v kép đ c thi t k có tính thân n cộ ạ ạ ỏ ượ ế ế ướ
(hydrophilic) b m t trong và ngoài đ có thở ề ặ ể ể di chuy n trong môiể
tr ng sinh h c vàườ ọ ch a phân t thu c trong tr ng tháiứ ử ố ạ dung d ch n c.ị ướ