Luận văn Thạc sĩ Hóa phân tích: Tổng hợp dẫn xuất chitosan-pluronic và khảo sát ảnh hưởng của dung dịch đệm lên hiệu quả dẫn truyền paclitaxel và quercetin

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:91

Thêm vào BST

Báo xấu

19
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong nghiên cứu này, các tác giả tiến hành điều chế hệ nanogel ChitosanPluronic với tỉ lệ khối lượng là 1:15. Dựa vào kết quả đánh giá cấu trúc và tính chất của copolymer, sau đó nang hóa QU và PTX để bước đầu đánh giá cấu trúc, hình thái cũng như một số hoạt tính của hệ nanogel.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Hóa phân tích: Tổng hợp dẫn xuất chitosan-pluronic và khảo sát ảnh hưởng của dung dịch đệm lên hiệu quả dẫn truyền paclitaxel và quercetin

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Huỳnh Hoàng Hạnh TỔNG HỢP DẪN XUẤT CHITOSAN-PLURONIC VÀ KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG DỊCH ĐỆM LÊN HIỆU QUẢ DẪN TRUYỀN PACLITAXEL VÀ QUERCETIN LUẬN VĂN THẠC SĨ: HÓA PHÂN TÍCH Hồ Chí Minh – 03/2021
BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Huỳnh Hoàng Hạnh TỔNG HỢP DẪN XUẤT CHITOSAN-PLURONIC VÀ KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG DỊCH ĐỆM LÊN HIỆU QUẢ DẪN TRUYỀN PACLITAXEL VÀ QUERCETIN Chuyên ngành: Hóa phân tích Mã số: 8 44 01 18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA PHÂN TÍCH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : Người hướng dẫn 1 : TS. Lê Hoàng Sinh Người hướng dẫn 2 : PGS. TS. Trần Ngọc Quyển Hồ Chí Minh – 03/2021
LỜI CAM ĐOAN Công trình được thực hiện tại phòng Hóa Dược – Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng – Viện Hàn Lâm Khoa Học Công Nghệ Việt Nam tại thành phố Hồ Chí Minh. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn khoa học của TS. Lê Hoàng Sinh và PGS.TS. Trần Ngọc Quyển. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây. TP. Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2021 Huỳnh Hoàng Hạnh i
LỜI CÁM ƠN Trong thời gian học tập và nghiên cứu với sự nỗ lực của bản thân và với sự giúp đỡ của tất cả mọi người để hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Các Thầy Cô trong Bộ Môn Hóa – Khoa Hóa học – Học Viện Khoa học và Công nghệ - Viên Hàn Lâm Khoa Học và Công nghệ Việt Nam đã truyền đạt cho tôi nhiều kiến thức bổ ích trong quá trình học tập. TS. Lê Hoàng Sinh – Đại học Duy Tân và PGS.TS. Trần Ngọc Quyển – Viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng – Viện Khoa Học và Công nghệ Việt Nam, người đã định hướng nghiên cứu và tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Bạn Đặng Thị Lệ Hằng (Nghiên cứu viên), bạn Nguyễn Đình Trung (Nghiên cứu viên) và nhóm nghiên cứu tại phòng Vật Liệu Hóa Dược – Viện Khoa Học Vật Liệu Ứng Dụng – Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công nghệ Việt Nam đã nhiệt tình hướng dẫn, cùng tham gia nghiên cứu và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành đề tài. Sau cùng xin cám ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ tôi an tâm học tập và hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu này. ii
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt ACN Acetonitril Hóa chất CP Chitosan-Pluronic F127 Hóa chất DI Nước deionized Hóa chất Tán xạ ánh sáng động DLS Dynamic Light Scattering học Et Ethanol Hóa chất F127 Pluronic F127 Hóa chất High Performance Liquid Sắc kí lỏng hiệu năng HPLC Chromatography cao Nuclear Magnetic Resonance Phổ cộng hưởng từ hạt NMR Spectroscopy nhân NPC Nitrophenyl chloroformate Hóa chất PBS Phosphate-buffered saline Hóa chất PEO Poly (ethylene oxide) Hóa chất PPO Poly (propylene oxide) Hóa chất PTX Paclitaxel Hóa chất QU Quercetin Hóa chất Transmission Electron Kính hiển vi điện tử TEM Microscopy truyền qua THF Tetrahydrofuran Hóa chất iii
Danh mục các bảng Bảng 2.1. Chương trình dung môi chạy máy sắc ký HPLC............................ 25 Bảng 2.2. Mẫu dung dịch chuẩn để khảo sát tính tuyến tính của PTX ........... 27 Bảng 2.3. Kết quả khảo sát độ tuyến tính của QU .......................................... 33 Bảng 3.1. Tính tương thích của hệ thống HPLC đối với mẫu PTX …………41 Bảng 3.3. Kết quả khảo sát độ tuyến tính ....................................................... 43 Bảng 3.2. Kết quả giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng ........................ 44 Bảng 3.4. Kết quả khảo sát độ đúng ............................................................... 45 Bảng 3.5. Kết quả khảo sát độ lặp lại.............................................................. 46 iv
Danh mục các hình vẽ Hình 1.1. Tương tác ion .................................................................................... 7 Hình 1.2. Tương tác kỵ nước ............................................................................ 8 Hình 1.3. Quá trình nhả chậm thuốc theo thời gian của nanogel mang thuốc.. 9 Hình 1.4. Số người tử vong do ung thư năm 2018 ........................................ 10 Hình 1.5. Pluronic từ copolyme khối PEO-PPO-PEO . .................................. 11 Hình 1.6. Cấu trúc của chitosan (hay Poliglusam; Deacetylchitin; Poly-(D) glucosamine) ................................................................................................... 12 Hình 1.7. Cấu tạo phân tử Paclitaxel............................................................... 16 Hình 1.8. Cấu tạo phân tử của Quercetin ........................................................ 17 Hình 2.1. Phương trình phản ứng tổng hợp NPC-F127-NPC……………….21 Hình 2.2. Phương trình phản ứng tổng hợp NPC-F127-OH……………….. 22 Hình 2.3. Phương trình phản ứng tổng hợp copolymer chitosan-pluronic F127 (CP-F127)……………………………………………………………...23 Hình 2.4. Đồ thị biểu diễn tỉ lệ giữa nồng độ QU và độ hấp thụ……………33 Hình 3.1. Công thức cấu tạo NPC-F127-NPC……………………………….35 Hình 3.2. Phổ IR của NPC-F127-NPC……………………………………… 35 Hình 3.3. Phổ 1H-NMR của NPC-F127-NPC………………………………. 36 Hình 3.4. Công thức cấu tạo NPC-F127-Ami………………………………. 37 Hình 3.5. Phổ 1H-NMR của NPC-F127-ami……………………………….. 38 Hình 3.6. Công thức cấu tạo Chitosan- Pluronic F127………………………39 Hình 3.7. Phổ IR của Chitosan-Pluronic F127……………………………… 39 Hình 3.8. Phổ 1H-NMR của Chitosan-Pluronic F127………………………. 40 Hình 3.9. Sắc ký đồ ghép thể hiện độ đặc hiệu của 3 mẫu: mẫu trắng, mẫu chuẩn và mẫu thử…………………………………………………………….42 v
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc tuyến tính giữa nồng độ và diện tích peak tương ứng của chất chuẩn PTX……………………………………….. 43 Hình 3.11. Sắc ký đồ ghép của các mẫu lập đường chuẩn………………….. 44 Hình 3.12. Hình chụp TEM và đo DLS của hệ copolymer sau khi nang hóa thuốc PTX và QU…………………………………………………………… 47 Hình 3.13. Kết quả thế zeta hệ copolymer trước (A) và sau (B) khi mang thuốc PTX và QU…………………………………………………………… 47 Hình 3.14. Biểu đồ tốc độ giải phóng thuốc PTX từ hệ copolymer CP (1:15) trong PBS (pH=7,4)………………………………………………………….50 Hình 3.15. Biểu đồ tốc độ giải phóng thuốc QU từ hệ copolymer CP (1:15) trong PBS (pH=7,4)………………………………………………………….51 vi
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i LỜI CÁM ƠN ................................................................................................... ii Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt .............................................................. iii Danh mục các bảng .......................................................................................... iv Danh mục các hình vẽ ....................................................................................... v MỤC LỤC ....................................................................................................... vii TÓM TẮT ......................................................................................................... 1 ABSTRACT ...................................................................................................... 2 MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................. 5 1.1. TỔNG QUAN VỀ NANOGEL VÀ UNG THƯ ................................... 5 1.1.1. Tổng quan về nanogel ..................................................................... 5 1.1.2. Tổng quan về ung thư ..................................................................... 9 1.2. TỔNG QUAN VỀ PLURONIC VÀ CHITOSAN .............................. 10 1.2.1. Pluronic ......................................................................................... 10 1.2.2. Chitosan......................................................................................... 12 1.3. XÁC NHẬN GIÁ TRỊ SỬ DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP ............... 13 1.3.1. Tính tương thích hệ thống ............................................................. 14 1.3.2. Khoảng tuyến tính ......................................................................... 14 1.3.3. Độ đúng ......................................................................................... 14 1.3.4. Độ chụm ........................................................................................ 14 1.3.5. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng ................................... 15 1.4. TỔNG QUAN VỀ HOẠT CHẤT PACLITAXEL VÀ QUERCETIN 16 1.4.1. Hoạt chất paclitaxel ....................................................................... 16 vii
1.4.2. Hoạt chất quercetin ....................................................................... 17 1.5. CÁC NGHIÊN CỨU QUỐC TẾ VÀ TRONG NƯỚC ....................... 18 1.5.1. Quốc tế .......................................................................................... 18 1.5.2. Trong nước .................................................................................... 18 CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 20 2.1. VẬT LIỆU ........................................................................................... 20 2.1.1. Hóa chất ........................................................................................ 20 2.1.2. Thiết bị và dụng cụ........................................................................ 20 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........................................................ 21 2.2.1. Tổng hợp hệ copolymer Chitosan-Pluronic .................................. 21 2.2.2. Tổng hợp hệ Chitosan-Pluronic mang Paclitaxel và Quercetin .... 24 2.2.3. Xây dựng phương pháp thẩm định Paclitaxel ............................... 24 2.2.4. Đánh giá đặc tính cấu trúc của hệ copolymer ............................... 30 2.2.5. Đánh giá khả năng mang và phóng thích thuốc của hệ copolymer CP ............................................................................................................ 31 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 35 3.1. KẾT QUẢ TỔNG HỢP HỆ COPOLYMER CHITOSAN – PLURONIC………………………………………………………………. 35 3.1.1. Kết quả tổng hợp NPC-F127-NPC ............................................... 35 3.1.2. Kết quả tổng hợp NPC-F127-Ami ................................................ 37 3.1.3. Kết quả tổng hợp hệ copolymer Pluronic F127 đã hoạt hóa với Chitosan ................................................................................................... 39 3.2. XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP THẨM ĐỊNH PALITACXEL ......... 41 3.2.1. Khảo sát tính tương thích hệ thống ............................................... 41 3.2.2. Độ đặc hiệu ................................................................................... 41 3.2.3. Khảo sát khoảng tuyến tính ........................................................... 42 viii
3.2.4. Giới hạn phát hiện – Giới hạn định lượng .................................... 44 3.2.5. Độ đúng ......................................................................................... 45 3.2.6. Độ lặp lại ....................................................................................... 45 3.3. KẾT QUẢ CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CẤU TRÚC CỦA HỆ COPOLYMER ............................................................................ 46 3.3.1. Kết quả của phương pháp đo TEM, DLS của hệ copolymer mang PTX và QU .............................................................................................. 46 3.3.2. Kết quả thế zeta của hệ copolymer trước và sau khi mang thuốc PTX và QU .............................................................................................. 47 3.4. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG NANG HÓA VÀ PHÓNG THÍCH THUỐC CỦA HỆ COPOLYMER CP .......................................... 48 3.4.1. Kết quả đánh giá khả năng nang hóa PTX và QU ........................ 48 3.4.2. Kết quả tốc độ giải phóng thuốc PTX và QU ............................... 49 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................. 52 4.1. KẾT LUẬN: ......................................................................................... 52 4.1.1. Tổng hợp dẫn xuất chitosan-pluronic ........................................... 52 4.1.2. Xây dựng phương pháp xác định PTX bằng HPLC...................... 52 4.2. KIẾN NGHỊ: ........................................................................................ 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC ix
TÓM TẮT Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành điều chế hệ nanogel Chitosan- Pluronic với tỉ lệ khối lượng là 1:15. Dựa vào kết quả đánh giá cấu trúc và tính chất của copolymer, sau đó nang hóa QU và PTX để bước đầu đánh giá cấu trúc, hình thái cũng như một số hoạt tính của hệ nanogel. Cấu trúc của Copolymer được xác định bằng cách đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR và phổ FT-IR. Hình thái và kích thước hạt nanogel được kiểm tra thông qua kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và máy đo tán xạ ánh sáng động học (DLS) và thế Zeta. Hiệu quả nang hóa và phóng thích thuốc QU 10% và PTX 2% được kiểm tra lần lượt bằng phương pháp đo phổ tử ngoại khả biến UV-Vis và phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC). Đồng thời, xây dựng được một quy trình xác định và đánh giá hàm lượng PTX trong mẫu CP bằng máy sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) với đầu dò UV-Vis được khảo sát. Quy trình sử dụng cột InertSustain C18 (4,6 x 250 mm, 5µm) và bước sóng phát hiện là 227 nm, hệ pha động là dung dịch 0,1% phosphoric Acid – Acetonitril, kiểu rửa giải đẳng môi. Kết quả thẩm định cho thấy quy trình có độ đặc hiệu cao, đạt độ tuyến tính với R2= 0,9997, đạt độ lặp lại với RSD = 0,19 %, đạt độ đúng với tỷ lệ phục hồi khoảng 90-107%, giới hạn phát hiện (LOD) là 0,15 ppm và giới hạn định lượng (LOQ) là 0,5 ppm. 1
ABSTRACT In this study, a nanogel system based pluronic F127-grafted chitosan (CP-F127) was fabricated for quercetin/paclitaxel codelivery system. 1H-NMR and FT-IR spectrum proved that the fabricating method of the CP-F127 copolymer was successful. The morphology and size of nanogel were investigated by transmission electron microscopy (TEM), dynamic light scattering (DLS), respectively. To measure the drug loading (DL) and entrapment efficiency (EE) of nanoformulation, Ultra Violet-Visible (UV-Vis) and high-performance liquid chromatography (HPLC) were performed. HPLC method coperating with UV-Vis detector showed the best description for the assay of PTX encapsalated in CP-F127 samples. The assay was conducted with a InertSustain C18 column (15 cm x 4,6 mm, 5 µm) and UV detection at 227 nm. The program was achieved isocratically with a mobile phase of 0.1% phosphoric acid – acetonitrile (v/v). The method was high specificity, linearity with R2 = 0.9997, repeatability with RSD = 0.19%, accurary with recovery rate of about 90-107%, the limit of detection and the limit of quantification are 0.15 ppm and 0.5 ppm, respectively. 2
MỞ ĐẦU Sự phát triển mạnh mẽ về khoa học công nghệ nhờ vào các kết quả nghiên cứu có tính đột phá trong lĩnh vực như vật liệu nano polymer. Các vật liệu từ nano polymer được quan tâm phát triển nghiên cứu như dendrimer, naonogel-nanocapsule, polymer micelle-liposome… đã được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực y dược và nghiên cứu vật liệu mới, tuy có nhiều hướng nghiên cứu khác nhau nhưng quan tâm nhiều nhất là hướng nghiên cứu: Nano polymer là thành phần gia cường do các hợp chất cao phân tử để tạo vật liệu mới và ứng dụng nano polymer làm chất dẫn thuốc, đưa thuốc đến đúng tế bào đích. Mặc dù các chất điều trị hiện nay như cisplatin hoặc 5-FU .. cho thấy sự tiềm năng trong điều trị ung thư, tuy nhiên, liệu pháp điều trị bằng các thuốc này còn chưa phát huy được tính dược dụng quan trọng của nó. Các triệu chứng phụ kèm theo như độc tủy, nhiễm độc thận thường xảy ra với gần 80% ca bệnh điều trị bằng cisplatin. Bên cạnh đó, sự phát triển của ngành hóa hợp chất thiên nhiên, rất nhiều hoạt chất có dược tính thú vị, tiềm năng làm thuốc điều trị như curcumin, quercetin,… Tuy vậy, các hợp chất này hầu hết chỉ dừng ở mức có hoạt tính dược do những hạn chế liên quan đến sinh khả dụng, đặc biệt là khả năng hòa tan. Bên cạnh đó, sự phát triển các hệ thuốc mới dựa trên gốc của thuốc cũ cũng cho thấy nhiều nhược điểm, ví dụ: công nghệ sử dụng để tổng hợp phức tạp, quá trình loại bỏ các dung môi hữu cơ và tinh sạch sản phẩm gặp nhiều khó khăn do sự có mặt các đồng phân hoặc các sản phẩm phụ và hiệu suất phản ứng thường không cao. Nhờ cách mạng về công nghệ nano, hệ thống mang thuốc nano đã được giới thiệu vào cuối những năm 1990, đã trở thành một trong những giải pháp tối ưu để nâng cao hiệu quả của sự dụng thuốc. Thông qua việc gói thuốc vào hệ thống chất mang, tính sinh khả dụng của thuốc cải thiện rõ rệt, trong khi tính dược lý của thuốc không bị thay đổi. Bằng phương pháp trên, các triệu chứng phụ kèm theo khi sử dụng thuốc trong điều trị được giảm đáng kể. Đặc biệt, các hệ chất mang được phát triển đều dựa trên các tiêu chí về tương hợp sinh học cao, tránh các kích thích liên quan đến hệ miễn dịch; do đó, thay vì phát triển các loại thuốc mới dựa trên gốc của thuốc cũ, việc sử dụng hệ thống chất mang thuốc trở thành xu thế nóng trong lĩnh vực dược phẩm 3
ngày nay, đặc biệt là các nước có trình độ kỹ thuật chưa phát triển mạnh như Việt Nam. Hiện nay, nghiên cứu và phát triển của hệ chất mang thuốc đã phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây. Do hệ chất mang có các ứng dụng điều trị vượt trội hơn rất nhiều so với cách điều trị thuốc thông thường ở đa dạng các bệnh. Tiêu biểu trong đó, có các hệ dẫn đã được cho phép của FDA, một tổ chức có nhiệm vụ kiểm tra và cấp phép các sản phẩm thương mại như là hệ dẫn thuốc dựa trên chất mang lipid (lipid-based drug delivery systems) - DaunoXome® (Gilead Sciences, Inc) hay như hệ dẫn thuốc trên cơ sở polymer. Trong nước, nghiên cứu về hệ dẫn truyền thuốc đang là lĩnh vực mới thu hút nhiều sự quan tâm. Nhóm nghiên cứu của PGS.TS. Trần Ngọc Quyển đã tạo ra nhiều hệ chất mang khác nhau như liposome, dendrimer, polymeric micelles …Để tạo được hệ chất mang có tiềm năng ứng dụng trong y học, các nguyên tắc cơ bản về tính tương hợp sinh học, độ ổn định, kích thước cũng như khả năng nang hóa thuốc là những cơ bản trong quá trình điều chế, khả năng kiểm soát tốc độ nhả thuốc của hệ chất mang là điều kiện tiên quyết cần phải đạt được trước khi tiến hành các thử nghiệm tiếp theo, đang thu hút sự quan tâm của giới khoa học trong lĩnh vực nghiên cứu này. Tuy nhiên, hiện tại việc nghiên cứu về khả năng nhả chậm của hệ chất mang còn nhiều hạn chế và thiếu thông tin khoa học đầy đủ trong việc lựa chọn môi trường tối ưu để nhả thuốc. Do đó, việc nghiên cứu và tìm hiểu về sự ảnh hưởng của môi trường dung dịch đệm lên quá trình nhả thuốc của hệ chất mang sẽ giúp cho việc nghiên cứu cũng như điều chế chất mang dễ dàng và thuận lợi hơn. Trên cơ sở đó, đề tài nghiên cứu luận văn thạc sĩ của tôi là “Tổng hợp dẫn xuất chitosan-pluronic và khảo sát ảnh hưởng của dung dịch đệm lên hiệu quả dẫn truyền paclitaxel và quercetin”. 4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. TỔNG QUAN VỀ NANOGEL VÀ UNG THƯ 1.1.1. Tổng quan về nanogel Công nghệ nano (nanotechnology): là ngành công nghệ liên quan đến việc nghiên cứu, phân tích, thiết kế, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước của các hạt và vật liệu trên quy mô từ 1 đến 100 nanomet (nm). Sự phát triển mạnh mẽ công nghệ này đang được quan tâm, nghiên cứu và đã được ứng dụng trong các lĩnh vực mới như tổng hợp các vật liệu nano và phát hiện hoặc sử dụng tính chất hóa lý, tính chất quan và điện của chúng. Hiện nay, công nghệ nano được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi và nhanh chóng đạt được tầm quan trọng trong nhiều lĩnh vực của đời sống như: hóa học, sinh học, y học, xúc tác… đặc biệt hơn là trong hóa dược phẩm. Trong ngành công nghiệp dược phẩm, hàng loạt phẩn tử mới có hoạt tính sinh học mạnh nhưng khả năng hòa tan trong nước kém, thời gian bán hủy ngắn, độ ổn định kém,… khả năng ứng dụng trong dược phẩm sẽ bị ảnh hưởng và sẽ đối mặt với nhiều thách thức khi muốn phát triển thành thuốc [1]. Kích thước nano: Nano (viết tắt là n) là một tiền tố được viết liền trước một đơn vị đo lường quốc tế để chỉ đơn vị nhỏ gấp 109 lần (1 nanomet =10-9 met). Độ lớn này được công nhận năm 1960. Thuật ngữ nano (có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp là nanos) dùng để chỉ một phần tỉ của vật nào đó. Nanomet là một phần tỉ của met, tức là có kích cỡ khoảng 10 nguyên tử hydrogen [1]. Nanogel: Thuật ngữ nanogel được định nghĩa là những hạt gel có kích thước nano (1-100 nm), các hạt nanogel thường được tạo thành từ những polymer tổng hợp hoặc polymer sinh học có liên kết ngang. Cấu trúc nanogel thường có những khoảng không gian trống và các đặc tính như sự trương nở, phân hủy dần theo thời gian. Nên thích hợp cho việc tải và giải phóng phân tử các chất khác [2]. Vì vậy, nanogel gây sự chú ý với sự vận chuyển thuốc và các chất sinh học, quá trình vận chuyển thuốc vào trong cơ thể mang hiệu suất cao và vận chuyển nhiều loại thuốc ung thư. Việc phân phối thuốc và các hạt nano polymer với polyethylene glycol (1990 và 1994) làm tăng thời gian lưu thông, duy trì thời gian điều trị hiệu quả, giảm thiểu thời gian hồi phục và giảm thiệt 5
hại cho các tế bào khỏe mạnh…Tại mô ung thư, sự phát triển của tế bào ung thư đòi hỏi sự tăng sinh mạch máu, các vi mạch máu mới được hình thành tại các mô ung thư và kích thước lên đến vài trăm nanomet. Do đó, kích thước nhỏ hơn 10 nm, khi biến tính với một số polymer tương hợp sinh học sẽ nhỏ hơn 50 nm, nên khả năng khuyết tán của chất mang thuốc đến vùng mô tập trung các tế bào ung thư nhanh và khá dễ dàng. Mặt khác với kích thước nano, nanogel có thể tải được hầu hết các loại thuốc đang điều trị nhiều loại ung thư hiện nay và đang được sử dụng rộng rãi làm chất mang nanogel trong lĩnh vực dược phẩm. [3]. Chất mang nanogel: là một loại vật liệu nanogel được dùng như một phương tiện vận chuyển hợp chất khác, ví dụ như thuốc, phổ biến thường là polymer, micelles, liposome, dendrimer… có kích thước dao động trong khoảng 1-100 nm [4,5]. Do kích thước nhỏ nên chất mang nano có thể vận chuyển thuốc đến những vị trí đặc biệt, cho phép phân phối thuốc vào đúng các cơ quan hoặc tế bào mục tiêu mà không ảnh hưởng đến các tế bào khác [6]. Từ đó cho thấy lợi ích đầy tiềm năng trong phương pháp hóa trị liệu vì chúng làm giảm thiểu các độc tính trên tế bào lành. Đa số các thuốc chống ung thư không những gây độc cho tế bào bệnh mà còn tác động lên tế bào lành. Hơn nữa, các dược chất này nhanh chóng bị miễn nhiễm bởi các tế bào ung thư. Việc dùng hóa trị liệu đưa vào trong cơ thể có tế bào ung thư thì làm tăng khả năng điều trị bệnh nhưng không làm giảm các tác dụng phụ của thuốc mang lại, vì vậy kết hợp hóa trị liệu với chất mang vận chuyển thuốc nhằm mục đích giải quyết các vấn đề nói trên. Sử dụng hệ chất mang thuốc trên cơ sở hạt kích thước nano có thể giảm thiểu các tác dụng phụ, tăng độ hòa tan, tăng hiệu quả điều trị của nhiều loại thuốc và kéo dài thời gian tồn tại của thuốc trong hệ tuần hoàn máu. Các hệ chất mang thuốc này có khả năng hướng đích, kiểm soát nhả thuốc tại tế bào ung thư dựa trên sự khác nhau về đặc điểm sinh học giữa các tế bào ung thư và tế bào lành, và quan trọng hơn là làm cho tế bào ung thư mất tính khả năng kháng thuốc [5]. 6
Các tương tác tạo nanogel Trong chuỗi Pluronic có liên kết ngang vật lý có thể được tạo thành nhờ nhiều yếu tố môi trường tác động như pH, nhiệt độ, lực ion… và một loạt các tương tác hóa lý khác như tương tác kỵ nước, tương tác ion, liên kết hydro… [5]. Tương tác ion Sự nghiên cứu rộng rãi của tương tác tĩnh điện để tạo liên kết ngang trong quá trình gel hóa. Phương pháp này có một lợi thế là sự phân hủy sinh học có thể xảy ra như sự phân ly ion trong ngoại bào, phá vỡ mạng lưới liên kết ngang [5]. Tương tác ion xảy ra giữa một phân tử polymer và một phân tử nhỏ hoặc giữa hai phân tử polymer trái dấu để tạo liên kết ngang trong gel hạt nano, nhằm tạo ra chuỗi phân tử ba chiều thích hợp cho mang thuốc và nhả thuốc. Ví dụ, vi cầu dextran được hình thành do tương tác phức tạp giữa các vi hạt tích điện trái dấu. Một ví dụ về liên kết ngang giữa một phân tử polymer và một phân tử nhỏ: liên kết polypeptide elastin được hình thành thông qua tương tác tĩnh điện giữa dư lượng ion dương lysine và ion âm phopho hữu cơ trong điều kiện sinh lý [5]. Hình 1.1. Tương tác ion [5] Tương tác kỵ nước Các phân tử polymer có chứa một đầu ưa nước và một đầu kỵ nước có thể được tạo thành bằng phản ứng trùng hợp hoặc bằng cách trực tiếp tạo ra 7
một khối copolymer. Các phân tử copolymer này có thể hòa tan trong nước ở nhiệt độ thấp. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng, phần kỵ nước có xu hướng xoay vào trong đề giảm thiểu diện tích bề mặt tiếp xúc trực tiếp với nước. Nhiệt độ mà tại đó xảy ra hiện tượng gel hóa phụ thuộc vào nồng độ của các polymer, độ dài đầu kỵ nước và cấu trúc hóa học polymer [5]. Copolymer của poly (ethyleneoxide) - poly (propylenoxide)-poly(ethyleneoxide) (PEO-PPO-PEO) là polymer được sử dụng rộng rãi nhất trong lĩnh vực gel hóa [7]. Hình 1.2. Tương tác kỵ nước Ứng dụng trong mang nhả thuốc của nanogel Quá trình phân phối thuốc cần đảm bảo được các yếu tố như đưa thuốc đến đúng vị trí, vào đúng thời điểm và đúng nồng độ. Vì vậy với để đáp ứng được vấn đề này, các polymer thông minh được nghiên cứu làm các chất mang để phân phối thuốc. Các polymer mang thuốc này cho phép đưa thuốc vào đúng vị trí và nhả thuốc ra ngoài khi có các kích thích của môi trường. Ví dụ như trong điều trị bệnh tiểu đường tuýp 1 các nhà nghiên cứu đưa insulin có thể tiêm dưới da, và hydrogel sẽ giải phóng insulin ra ngoài một cách từ từ để thay thế việc tiêm insulin nhiều lần. Hoặc sử dụng hydrogel như một chất bảo vệ insulin khỏi acid dạ dày, nhằm đảm bảo việc insulin được hấp thu an toàn vào cơ thể bằng đường uống. Tương tự trong điều trị ung thư các nhà nghiên cứu đang cố gắng tạo ra các loại thuốc tiêm và uống có khả năng mang thuốc trúng đích (hydrogel nhạy pH: tế bào ung thư phát triển trong môi trường pH thấp) 8
và nhả chậm thuốc từ đó hạn chế khả năng gây độc của thuốc cũng như giảm chi phí điều trị cho bệnh nhân [30,31]. Hình 1.3. Quá trình nhả chậm thuốc theo thời gian của nanogel mang thuốc 1.1.2. Tổng quan về ung thư Các khối u ác tính và u là bất kỳ sự tăng sinh bất thường của các tế bào được gọi là ung thư, có thể là lành tính hoặc ác tính. Một khối u lành tính vẫn bị giới hạn ở vị trí ban đầu, không xâm lấn vào các mô bình thường cũng như không lan đến các vị trí cơ thể xa. Một khối u ác tính, có các đặc điểm: làm tăng tốc chu kỳ tế bào; thay đổi bộ gen; tăng tính di động của tế bào; hóa trị liệu; thay đổi bề mặt tế bào; bài tiết các yếu tố lytic, khả năng xâm lấn cả mô bình thường và lan rộng khắp cơ thể thông qua hệ thống tuần hoàn hoặc bạch huyết di căn [9]. Chỉ có khối u ác tính được gọi đúng là ung thư, và chính khả năng xâm lấn và di căn của chúng khiến ung thư trở nên nguy hiểm. Trong khi các khối u lành tính thường có thể được loại bỏ bằng phẫu thuật.[10] Ở phần lớn các nước trên thế giới tỷ lệ ung thư có xu hướng tăng nhanh. Tổ chức Y tế thế giới(WHO) và Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc Tế (IARC) nhận định đây là đại dịch đang xảy ra trong hiện tại. Theo thống kê tình hình trên toàn cầu tháng 12/2018 có hơn 18 triệu ca bệnh mới và gần 9,6 triệu người chết do ung thư, trong đó gần 60% là ở các nước châu Á và các nước đang phát triển. Hiện khoảng 43,8 triệu người đang sống với ung thư. [11] Nếu không có biện pháp can thiệp các con số này sẽ còn tăng nhanh chóng. Và cũng theo WHO, IARC trong 185 quốc gia, vùng lãnh thổ có tỷ lệ mắc và tử vong do ung thư nhiều nhất thế giới, Việt Nam đứng thứ 100. Tính đến 2018, Việt Nam có 9