Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đánh giá khả năng bảo vệ mô lành của chuột mang khối u khi điều trị bằng xạ trị thông qua các chỉ tiêu huyết học, sinh hóa và mô học

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:65

Thêm vào BST

Báo xấu

31
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là đánh giá được khả năng bảo vệ tế bào của melanin khỏi sự phá hủy của tia xạ trên mô hình chuột. Trên cơ sở đó có thể tiếp tục nghiên cứu khả năng ứng dụng trong lâm sàng, góp phần tăng hiệu quả điều trị ung thư cho bệnh nhân.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đánh giá khả năng bảo vệ mô lành của chuột mang khối u khi điều trị bằng xạ trị thông qua các chỉ tiêu huyết học, sinh hóa và mô học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------------------------- Bùi Thanh Duyên ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG BẢO VỆ MÔ LÀNH CỦA CHUỘT MANG KHỐI U KHI ĐIỀU TRỊ BẰNG XẠ TRỊ THÔNG QUA CÁC CHỈ TIÊU HUYẾT HỌC, HÓA SINH VÀ MÔ HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2019
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------------------------- Bùi Thanh Duyên ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG BẢO VỆ MÔ LÀNH CỦA CHUỘT MANG KHỐI U KHI ĐIỀU TRỊ BẰNG XẠ TRỊ THÔNG QUA CÁC CHỈ TIÊU HUYẾT HỌC, HÓA SINH VÀ MÔ HỌC Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số: 8420101.14 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN ĐÌNH THẮNG Hà Nội - 2019
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới TS. Nguyễn Đình Thắng, ThS. Nguyễn Thị Lê Na đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, tạo điều kiện giúp đỡ và động viên trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy, cô giáo và các cán bộ Khoa Sinh học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, đã luôn tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập và thực tập. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các cán bộ, các bạn sinh viên Bộ môn Hóa sinh và sinh học phân tử cũng như Bộ môn Tế bào đã hướng dẫn giúp đỡ rất nhiều để tôi có thể hoàn thành luận văn này. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp, những người đã động viên, ủng hộ, tạo điều kiện tốt nhất để hoàn thành luận văn này. Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) trong đề tài mã số 108.02-2017.07. Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Học viên Bùi Thanh Duyên
Mục Lục ĐẶT VẤN ĐỀ........................................................................................... 1 Chương 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................... 3 1.1 Thực trạng ung thư hiện nay ..................................................... 3 1.1.1 Thực trạng ung thư và tử vong do ung thư trên thế giới ...... 3 1.1.2 Thực trạng ung thư và tử vong do ung thư ở Việt Nam ....... 3 1.1.3 Các phương pháp sử dụng trong điều trị ung thư ................ 4 1.2 Điều trị ung thư bằng tia xạ ...................................................... 6 1.2.1 Cơ sở sinh học của xạ trị ...................................................... 6 1.2.2 Các mục tiêu của xạ trị ......................................................... 6 1.2.3 Các loại tia xạ thường dùng trong xạ trị.............................. 7 1.2.4 Ưu điểm và nhược điểm của xạ trị ....................................... 8 1.2.5 Tác dụng phụ của tia xạ trong việc điều trị ung thư ............ 9 1.2.6 Phương pháp bảo hộ được sử dụng khi xạ trị .................... 11 1.3 Melanin và ứng dụng trong điều trị ung thư ........................... 15 1.3.1 Sự tổng hợp melanin ........................................................... 15 1.3.2 Melanin thể hiện đặc tính dược lý thông qua sự tương tác với các loại thuốc..................................................................................... 17 1.3.3 Melanin và khả năng chống oxy hóa .................................. 18 1.3.4 Melanin tăng cường và điều hòa hệ thống miễn dịch ........ 19 1.3.5 Ứng dụng của melanin trong điều trị ung thư.................... 20 Chương 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .... 23 2.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu .............................................. 23 2.1.1 Động vật thí nghiệm ........................................................... 23 2.1.2 Tế bào nuôi cấy .................................................................. 23 2.1.3 Hạt nano-melanin bọc polyme ........................................... 24
2.2 Hóa chất và thiết bị ................................................................. 24 2.3 Các phương pháp, kỹ thuật sử dụng trong nghiên cứu ........... 25 2.3.1 Phương pháp nuôi cấy tế bào ung thư ............................... 25 2.3.2 Phương pháp tạo khối u trên chuột thí nghiệm .................. 25 2.3.3 Phương pháp chiếu xạ điều trị khối u trên chuột ............... 26 2.3.4 Thu mẫu các bộ phận trên chuột ........................................ 26 2.3.5 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu huyết học và hóa sinh27 2.3.6 Phương pháp phân tích mô học .......................................... 27 2.3.7 Phương pháp phân tích thống kê........................................ 27 Chương 3 - KẾT QUẢ........................................................................... 28 3.1 Tạo khối u trên mô hình chuột................................................ 28 3.2 Đánh giá sự thay đổi trước và sau khi chiếu xạ trên mô hình chuột............................................................................................................29 3.2.1 Khối lượng trung bình chuột các nhóm và thể tích trung bình khối u trước và sau khi xạ trị........................................................... 29 3.2.2 Đánh giá sự thay đổi của chỉ số huyết học sau khi chiếu xạ33 3.2.3 Đánh giá sự thay đổi của chỉ số hóa sinh sau khi chiếu xạ36 3.3 Đánh giá mô học các mẫu mô lân cận .................................... 39 3.3.1 Kết quả về mô lách ............................................................. 39 3.3.2 Kết quả về hạch lympho ..................................................... 43 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................... 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................... 48
CÁC CHỮ VIẾT TẮT ALT Alanine aminotransferase AST Aspartate aminotransferase ATCC American Type Culture Collection BCC Basal cell carcinoma DNA Deoxyribo Nucleic Acid DMSO Dimethyl sulfoxide DQ Dopaquinone FDA Food & Drug Administration GOT Glutamic oxaloacetic transaminase GPT Glutamic pyruvic transaminase HCT Hematocrit HGB Hemoglobin HIV Human Immunodeficiency Virus PBS Phosphate Buffer Saline PLT Platelet Count RBC Red Blood Cell ROS Reactive Oxygen Species SOD Super Oxide Dismutase SCC Squamous Cell Carcinoma TYRP1 Tyrosinase-related protein 1 UV Ultraviolet WBC White Blood Cell
DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Hóa chất sử dụng cho nghiên cứu ................................................ 24 Bảng 2: Thiết bị sử dụng cho nghiên cứu.................................................. 24 Bảng 3: Khối lượng trung bình các nhóm chuột ....................................... 29 Bảng 4: Thể tích trung bình khối u các nhóm chuột ................................. 31 Bảng 5: Kết quả xét nghiệm công thức máu các nhóm chuột ................... 33 Bảng 6: Chỉ số chức năng gan của các nhóm chuột .................................. 36 Bảng 7: Chỉ số chức năng thận của các nhóm chuột ................................. 37
DANH MỤC HÌNH Hình 1: Ưu điểm của hạt proton so với tia X [90] ...................................... 8 Hình 2: Công thức hóa học của eumelanin và pheomelanin [80] ............. 16 Hình 3: Sự tổng hợp melanin [80] ............................................................. 17 Hình 4: Chuột Swiss trắng......................................................................... 23 Hình 5: Mẫu u của nhóm NC và IR........................................................... 28 Hình 6: Biểu đồ biểu diễn khối lượng trung bình các nhóm chuột ........... 30 Hình 7: Thể tích trung bình khối u trước và sau khi xạ trị ........................ 32 Hình 8: Khối lượng trung bình lách các nhóm chuột ................................ 34 Hình 9: Chỉ số chức năng gan của các nhóm chuột .................................. 37 Hình 10: Chỉ số Ure của các nhóm chuột .................................................. 38 Hình 11: Chỉ số Creatinin của các nhóm chuột ......................................... 39 Hình 12: Mẫu lách của nhóm NIL và NC ................................................. 40 Hình 13: Mẫu lách của nhóm IR và IR+MEL ........................................... 41 Hình 14: Mẫu hạch lympho của nhóm NIL và NC ................................... 44 Hình 15: Mẫu hạch lympho của nhóm IR và IR+MEL............................. 45
ĐẶT VẤN ĐỀ Ung thư là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây tử vong trên toàn thế giới, là nguyên nhân gây tử vong đứng thứ 2, chỉ sau bệnh tim mạch. Theo ước tính trên thế giới, trong năm 2018 có 9,6 triệu người chết vì ung thư. Còn ở Việt Nam, mỗi năm có khoảng 160.000 ca mới mắc và trên 110.000 ca tử vong do ung thư [88]. Ung thư là một bệnh lý ác tính, mục tiêu điều trị tùy thuộc giai đoạn bệnh, lý tưởng nhất là phát hiện bệnh ở giai đoạn sớm và loại bỏ hoàn toàn tế bào ung thư. Điều trị ung thư hiện nay là đa mô thức, trong đó xạ trị là một phương pháp có nhiều điểm ưu việt. Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm thì cũng có những tác dụng phụ mà tia gây ra, đặc biệt là sự gây chết tế bào thường, mô lành, hình thành ung thư thứ cấp [77]. Hơn nữa, quá trình chiếu xạ còn làm sản sinh các chất oxy hóa có hoạt tính cao (ROS) có tác động tiêu cực tới tế bào thường và mô lành [14]. Do đó các phương pháp, các loại thuốc có khả năng làm giảm tác dụng phụ trong quá trình chiếu xạ vẫn đang không ngừng được nghiên cứu và phát triển. Melanin là một polymer không tan trong nước có nguồn gốc tự nhiên, có khả năng hấp thụ các loại tia xạ và tiêu thụ ROS hiệu quả. Vì vậy, melanin được thử nghiệm trong việc bảo vệ tủy xương, cũng như các loại tế bào thường khác kháng lại quá trình apoptosis, giảm stress oxy-hóa ở các mô trong quá trình xạ trị toàn thân [70]. Từ những thực tế này, chúng tôi tin rằng việc tăng cường và phân bố melanin ở các vùng mô lành trong cơ thể sẽ giúp bảo vệ tế bào thường và mô lành của cơ thể, góp phần làm giảm tác dụng phụ của tia xạ. Tuy nhiên, các nghiên cứu về khả năng này của melanin còn hạn chế. Do đó, chúng tôi quyết định thực hiện đề tài: “Đánh giá khả năng bảo vệ mô lành của chuột mang khối u khi điều trị bằng xạ trị thông qua các chỉ tiêu huyết học, sinh hóa và mô học”, với mục tiêu đánh giá được khả năng bảo vệ tế bào của melanin khỏi 1
sự phá hủy của tia xạ trên mô hình chuột. Trên cơ sở đó có thể tiếp tục nghiên cứu khả năng ứng dụng trong lâm sàng, góp phần tăng hiệu quả điều trị ung thư cho bệnh nhân. 2
Chương 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Thực trạng ung thư hiện nay 1.1.1 Thực trạng ung thư và tử vong do ung thư trên thế giới Ung thư là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây tử vong trên toàn thế giới, là nguyên nhân gây tử vong đứng thứ hai, chỉ sau bệnh tim mạch. Trong năm 2018, có khoảng 18,1 triệu trường hợp ung thư được phát hiện mới và có đến 9,6 triệu ca tử vong liên quan đến ung thư. Trong đó, số lượng các ca tử vong do các dạng ung thư chủ yếu là: ung thư phổi (1,76 triệu ca), ung thư gan (781 nghìn ca), ung thư dạ dày (782 nghìn ca), ung thư vú (626 nghìn ca), ung thư đại tràng (551 nghìn ca). Số lượng các ca ung thư mới được dự đoán sẽ tăng khoảng 70 trong vòng 2 thập kỷ tới. Hơn 60% số các ca ung thư mới hàng năm trên thế giới xảy ra ở Châu Phi, Châu Á, Trung và Nam Mỹ, chiếm 70% số các ca tử vong do ung thư trên toàn thế giới. Đối với nam giới, 5 ung thư phổ biến nhất được chẩn đoán trong năm 2018 là ung thư phổi, ung thư tuyến tiền liệt, ung thư đại trực tràng, ung thư dạ dày và ung thư gan. Đối với nữ giới, 5 ung thư phổ biến nhất được chẩn đoán là ung thư vú, ung thư đại trực tràng, ung thư phổi, ung thư cổ tử cung và ung thư dạ dày [6]. 1.1.2 Thực trạng ung thư và tử vong do ung thư ở Việt Nam Tại Việt Nam các bệnh ung thư phổ biến nhất ở nam giới là: ung thư phổi, ung thư dạ dày, ung thư gan, ung thư đại-trực tràng, ung thư thanh quản và ung thư tiền liệt tuyến. Ở nữ giới các bệnh ung thư phổ biến nhất là: ung thư vú, ung thư cổ tử cung, ung thư đại-trực tràng, ung thư phổi, ung thư dạ dày và ung thư gan. Trong năm 2018, số lượng các ung thư gặp phổ biến ở nam giới là: gan 19.568 ca, phổi 16.722 ca, dạ dày 11.161 ca, đại-trực tràng 7.607 ca và vòm họng 4.559 ca; còn các ung thư gặp phổ biến ở nữ giới là: vú 15.229 ca, phổi 6.945 ca, gan 5.767 ca, cổ tử cung 4.177 ca và dạ dày 6.366 ca. Tổng số ca tử 3
vong do ung thư năm 2018 là 114.871 ca, trong đó: số nam giới tử vong do ung thư là 70.888 ca, số nữ giới tử vong do ung thư là 43.983 ca: ung thư gan chiếm 22,1%, phổi 18,0%, dạ dày 13,1%, vú 5,3%, đại trực tràng 4,1% và các ung thư khác [88]. Nguyên nhân gây ung thư chủ yếu là do các yếu tố môi trường (90-95%), còn lại là do yếu tố di truyền (5-10%). Các yếu tố môi trường góp phần vào con số tử vong do ung thư gồm: thuốc lá (25-30%), chế độ ăn không hợp lý và béo phì (30-35%), nhiễm khuẩn (15-20%), bức xạ (cả ion hóa và không ion hóa, 10%), sự căng thẳng, thiếu hoạt động thể chất và các chất ô nhiễm môi trường [89]. 1.1.3 Các phương pháp sử dụng trong điều trị ung thư Ung thư là một bệnh lý ác tính, mục tiêu điều trị phụ thuộc vào giai đoạn phát hiện bệnh, lý tưởng nhất là phát hiện bệnh ở giai đoạn sớm và loại bỏ hoàn toàn tế bào ung thư. Hiện nay, điều trị ung thư là đa mô thức, bao gồm các phương pháp: phẫu thuật, xạ trị, hóa trị, liệu pháp miễn dịch và cấy ghép tế bào gốc [89]. Phẫu thuật là biện pháp mà phương tiện thường được sử dụng là dao mổ. Để loại trừ tổ chức khối u, phẫu thuật viên phải cắt qua da, cơ hay thậm chí là xương, Sau phẫu thuật, vết mổ có thể gây đau đớn và phải mất thời gian để bình phục. Ngoài phẫu thuật bằng dao, hiện nay còn một số cách phẫu thuật giảm gây thương tổn hơn cho cơ thể bệnh nhân, như là: Phẫu thuật lạnh, sử dụng tia laser, sử dụng nhiệt và liệu pháp quang động. Đầu tiên, phẫu thuật lạnh là phương pháp mà trong đó cực lạnh được tạo ra bởi nitơ lỏng hoặc khí argon được sử dụng để phá hủy các mô bất thường. Phương pháp này thường được sử dụng để điều trị ung thư da ở giai đoạn đầu. Thứ hai, sử dụng tia laser là phương pháp sử dụng các chùm ánh sáng mạnh để cắt xuyên qua mô. Laser có thể tập trung rất chính xác vào các khu vực nhỏ, vì vậy chúng có thể được sử dụng cho các ca phẫu thuật đòi hỏi độ chính xác cao. Thứ ba, điều trị bằng nhiệt là phương pháp 4
sử dụng nhiệt độ cao tiếp xúc với các mô nhỏ của cơ thể. Nhiệt độ cao có thể làm tổn thương và tiêu diệt các tế bào ung thư hoặc làm cho chúng nhạy cảm hơn với bức xạ và một số loại thuốc hóa trị. Cuối cùng là liệu pháp quang động, một loại điều trị sử dụng các loại thuốc phản ứng với một loại ánh sáng nhất định. Khi khối u tiếp xúc với ánh sáng này, các loại thuốc này sẽ hoạt động và tiêu diệt các tế bào ung thư gần đó. Liệu pháp quang động thường được sử dụng để sử dụng để điều trị hoặc làm giảm các triệu chứng của ung thư da, ung thư phổi [89]. Xạ trị là liệu pháp sử dụng tia xạ với mức năng lượng cao để tiêu diệt hoặc thu nhỏ khối u bằng cách gây tổn thương tới ADN của tế bào ung thư. Xạ trị không tiêu diệt tế bào ung thư ngay lập tức mà phải kéo dài nhiều ngày tới nhiều tuần để làm tổn thương ADN. Sau đó xạ trị kéo dài trong nhiều tuần tới nhiều tháng cho tới khi tế bào ung thư bị tiêu diệt [77, 89]. Hóa trị là liệu pháp dùng hóa chất để tiêu diệt hoặc làm chậm phát triển tế bào ung thư. Hóa trị có thể được sử dụng để chữa trị, làm giảm khả năng tái phát của ung thư hay thu nhỏ khối u [89]. Liệu pháp miễn dịch là liệu pháp giúp hệ miễn dịch chiến đấu chống lại ung thư. Có hai hướng đi chính của liệu pháp: một là giúp hệ miễn dịch tấn công trực tiếp tế bào ung thư và thứ hai là kích thích hệ miễn dịch một cách tổng thể. Hướng đi thứ nhất có các dạng sau: (1) Thuốc ức chế điểm kiểm tra, là sử dụng những loại thuốc giúp hệ thống miễn dịch phản ứng mạnh hơn với khối u. Những loại thuốc này không nhắm trực tiếp vào khối u. Thay vào đó, chúng can thiệp vào khả năng tránh sự tấn công của hệ thống miễn dịch đối với tế bào ung thư. (2) Liệu pháp chuyển tế bào T, là liệu pháp điều trị giúp tăng cường khả năng chiến đấu của tế bào T với ung thư. Trong liệu pháp này, các tế bào T được lấy từ khối u của người bệnh và chuyển vào các phòng thí nghiệm. Sau đó, 5
những tế bào hoạt động tốt nhất chống lại bệnh ung thư được nuôi theo lô lớn và được chuyển lại vào cơ thể người bệnh. (3) Kháng thể đơn dòng, là sử dụng những protein của hệ thống miễn dịch được thiết kế để gắn vào các đích đặc hiệu trên tế bào ung thư. Hướng đi thứ 2 là sử dụng cytokine, là các protein được tạo ra bởi các tế bào cơ thể của người bệnh. Hai loại cytokine chính được sử dụng để điều trị ung thư là interferon và interleukin [89]. Cấy ghép tế bào gốc là liệu pháp giúp phục hồi tế bào gốc tạo máu ở những người đã bị ảnh hưởng do tác dụng phụ của hóa trị và xạ trị. Có 3 kiểu cấy ghép chính: thứ nhất là từ chính người bệnh, thứ hai là từ người khác và thứ ba là từ anh chị em sinh đôi [89]. 1.2 Điều trị ung thư bằng tia xạ 1.2.1 Cơ sở sinh học của xạ trị Xạ trị là liệu pháp chiếu xạ sử dụng tia xạ có năng lượng cao để tiêu hủy các mô ung thư và giết tế bào ung thư. Các loại tia X, tia gamma hay các hạt tích điện là những loại phổ biến được sử dụng trong điều trị ung thư. Liệu pháp xạ trị sử dụng các chất phóng xạ di chuyển trong máu để giết các tế bào ung thư. Tia xạ giết tế bào ung thư bằng cách phá hủy ADN của chúng [89]. 1.2.2 Các mục tiêu của xạ trị Hiện nay, việc sử dụng tia xạ trong điều trị ung thư đang là một trong các biện pháp điều trị chính và được dùng phổ biến. Xạ trị sử dụng trong lâm sàng có thể chữa lành các bệnh ung thư bằng cách tiêu hủy các mô ung thư, ngăn cản sự tái phát của ung thư hay cả hai. Tuy nhiên, xạ trị cũng có thể chỉ có tác dụng tạm thời nhằm giảm đau đớn về thể xác và kéo dài tuổi thọ của bệnh nhân ung thư mà không thể chữa khỏi, chẳng hạn như làm giảm khối u di căn trong não, 6
trong tủy xương, khối u chèn ép cột sống, khối u vòm họng gây đau đớn và ngăn cản khả năng tư duy, ăn uống của bệnh nhân... [77, 89]. Một cách cụ thể hơn, có thể chia mục tiêu xạ trị ra thành 4 loại, bao gồm: (1) Xạ trị triệt căn: xạ trị đơn thuần hoặc kết hợp với các phương pháp điều trị khác, nhằm mục đích tiêu diệt hoàn toàn khối ung thư. Tất cả các kỹ thuật điều trị bằng tia xạ đều nhằm đạt được một liều lượng tối đa tại khối u và giảm thiểu liều chiếu ở các mô lành lân cận. (2) Xạ trị dự phòng: mục đích là để phòng ngừa tái phát hoặc di căn sau phẫu thuật, sau hoá trị. (3) Xạ trị hỗ trợ: với mục đích làm giảm thể tích khối u, nhằm biến ung thư ở giai đoạn không mổ được thành mổ được, hoặc hỗ trợ cho hoá trị đạt hiệu quả. (4) Xạ trị tạm thời, điều trị giảm nhẹ các triệu chứng: giảm đau trong ung thư di căn xương, gan; giảm áp trong ung thư di căn não, tuỷ sống, chèn ép tĩnh mạch chủ, cầm máu trong chảy máu do ung thư vòm họng, bàng quang, tử cung; giảm thể tích khối u, giảm chèn ép nhằm tạo sự thoải mái cho bệnh nhân ở giai đoạn cuối hoặc bệnh nhân tuổi quá cao, bệnh nhân mắc bệnh lý khác mà các biện pháp điều trị khác không thực hiện được [77, 89]. 1.2.3 Các loại tia xạ thường dùng trong xạ trị Tia X chính là loại tia được sử dụng nhiều nhất cho việc xạ trị cho tới nay. hầu hết tia X có dải bước sóng trong khoảng từ 0,01 đến 10 nano mét tương ứng với dãy tần số từ 30 Petahertz đến 30 Exahertz (3x1016 Hz đến 3x1019 Hz) và có năng lượng từ 120 eV đến 120 keV. Bước sóng của nó ngắn hơn tia tử ngoại nhưng dài hơn tia gamma. Do có tính chất đâm xuyên tia X còn có ứng dụng lớn trong việc chẩn đoán hình ảnh sử dụng để chụp hình y tế. Kể từ khi được tìm ra vào cuối thế kỷ 19 tia X được sử dụng trong xạ trị ung thư khoảng 5 thập kỷ cho tới năm 1946 khi nhà khoa học Robert Wilson giới thiệu sử dụng hạt proton thay cho tia X trong việc điều trị ung thư. Robert Wilson đưa ra được những lợi ích về việc sử dụng hạt proton chính là khi bay ở tốc độ 70-80% vận tốc ánh sáng thì đặc điểm của hạt proton là bị 7
mất năng lượng khi đi vào cơ thể. Trong khi tia X đâm xuyên khối u và còn tiếp tục đâm xuyên một cách không kiểm soát ra phía sau các mô khỏe mạnh, chùm tia proton sẽ dừng lại ở đúng vị trí khối u và mất năng lượng ở điểm cuối (hình 1) [42]. Hình 1: Ưu điểm của hạt proton so với tia X [90] Điều này giúp liệu pháp sử dụng hạt proton tập trung liều vào vị trí khối u và tránh gây ảnh hưởng tới các mô lành xung quanh. Mặc dù vậy, xạ trị với proton vẫn có các thách thức như để thiết lập nguồn chiếu đòi hỏi một máy gia tốc lớn để cung cấp năng lượng cho proton, thiết bị đi kèm phức tạp hơn rất nhiều so với tạo tia X. 1.2.4 Ưu điểm và nhược điểm của xạ trị  Những ưu điểm của phương pháp xạ trị:  Đối với ung thư giai đoạn sớm, bức xạ ion hoá có khả năng điều trị khỏi tương tự như phẫu thuật, thậm chí trong một số trường hợp, xạ trị còn tỏ ra ưu việt hơn phẫu thuật do ít gây tổn thương và rối loạn chức năng của cơ quan và tổ chức lân cận hơn và ít gây đau đớn hơn.  Chiếu xạ có thể điều trị được ung thư ở một số vị trí mà các phương pháp khác không có khả năng can thiệp hoặc nếu can thiệp dễ gây ảnh 8
hưởng nặng nề, làm mất chức năng tổ chức lành xung quanh (ung thư vòm họng).  Chiếu xạ còn được dùng trong một số trường hợp như: giảm đau (trong di căn cột sống, xương), giảm chèn ép do khối u quá lớn, cầm máu. Chiếu xạ không gây độc toàn thân, không gây nên những biến chứng cấp tính đe doạ tính mạng của người bệnh [77, 89].  Những nhược điểm của phương pháp xạ trị:  Vùng lõi của khối u thường bị hoại tử, thiếu oxy, do đó ít nhạy cảm với tia xạ hơn. Vì vậy sự tái phát thường từ các tế bào ở vùng trung tâm của khối u.  Sự nhạy xạ của các mô lành và cơ quan khác nằm sát cạnh u là yếu tố cản trở việc nâng liều xạ đến mức tối đa để có thể tiêu diệt hoàn toàn khối u.  Bức xạ ion hóa có nguy cơ gây ung thư thứ phát. 1.2.5 Tác dụng phụ của tia xạ trong việc điều trị ung thư Xạ trị và hóa trị là những phương pháp trị liệu chính được sử dụng trong điều trị bệnh ung thư hiện nay. Tuy nhiên, cả hai đều có ảnh hưởng mạnh đến tế bào thường và tác dụng phụ của chúng lên sự chết của tế bào hay sự tăng sinh mô là những vấn đề rất quan trọng và khó giải quyết. Xạ trị có thể gây ra các phản ứng phụ cấp tính cũng như mãn tính [77, 89]. Ảnh hưởng cấp tính là nguyên nhân gây ra sự chết hoặc sự phân chia nhanh của các tế bào thường trong vùng điều trị. Những tác dụng phụ này có thể bao gồm sự nổi mẩn ngứa hay sự phá hủy trên da tại vùng chiếu xạ, phá hủy các tuyến nước bọt hay sự rụng tóc khi xạ trị các vùng đầu và cổ hay các vấn đề liên quan đến đường tiết niệu khi điều trị vùng bụng dưới. Hầu hết các tác dụng phụ cấp tính sẽ hết sau khi kết thúc điều trị. Sự mệt mỏi cũng là một tác dụng phụ thường thấy và xuất hiện với sự điều trị ở bất cứ 9
vùng nào trên cơ thể [77, 89]. Các tác dụng phụ lâu dài (mạn tính) có thể xảy ra hoặc không, phụ thuộc nhiều vào vùng điều trị trên cơ thể. Các tác dụng phụ lâu dài có thể là: sự xơ hóa (sự hình thành các mô sẹo); sự phá hủy ruột, gây ra chảy máu hay tiêu chảy; Sự giảm sút và có thể dẫn đến mất trí nhớ; mất khả năng sinh sản; và có thể gây ra một loại ung thư khác (ung thư thứ cấp) cho bệnh nhân. Sự hình thành loại ung thư thứ cấp trong quá trình điều trị bằng xạ trị phụ thuộc nhiều vào vùng cơ thể được xạ trị [77]. Ví dụ như phụ nữ khi chiếu xạ ở vùng ngực để chữa trị bệnh ung thư Hodgkin lymphoma thì nguy cơ mắc bệnh ung thư vú cũng tăng lên rất cao [77]. Nhìn chung, sự xuất hiện ung thư thứ cấp thường xuất hiện khi xạ trị các bệnh nhân là trẻ em hay vị thành niên [77, 89]. Ngoài ra, bệnh nhân có phải chịu các tác dụng phụ lâu dài hay không còn tùy thuộc nhiều vào các yếu tố cụ thể, chẳng hạn như các nguy cơ mắc bệnh của mỗi người, thuốc sử dụng trong hóa trị, yếu tố di truyền, thói quen trong sinh hoạt hằng ngày, môi trường sống... Xạ trị hay hóa trị thường gây ra sự phá hủy ADN và sinh ra các gốc oxy hóa có hoạt tính cao (ROS) [38, 85]. Sự tăng nồng độ của ROS không chỉ ảnh hưởng trực tiếp đến tế bào mà nó còn ảnh hưởng đến các mô bình thường [38, 79]. Sự phá hủy ADN và sự sinh ra ROS sẽ dẫn tới sự đáp ứng với những sự phá hủy ADN bằng cách kích hoạt chuỗi các tương tác sinh học thông qua sự hoạt hóa của rất nhiều nhân tố phiên mã, các cytokine tiền viêm hay các enzyme, chẳng hạn như NF-κB, IL-1 β, IL-6, TNFα, enzyme SOD [86]. Sự sinh ra các cytokine tiền viêm hay các nhân tố phiên mã này sẽ làm tăng cường sự tiết các enzyme phân hủy chất nền ngoại bào là các metalloprotease và các cytokine viêm [59], những protein đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển và di căn của tế bào ung thư. Sự phơi nhiễm các hóa chất trong hóa trị hay các tia xạ trong xạ trị cũng gây sự chết của tế bào [19], dẫn tới sự tiết ra các interleukin, chemokin, nhân tố phát triển, protease, và sự phân hủy của các protein màng [15]. ROS hoạt động như là các chất truyền tin thứ cấp trong tín hiệu tế bào và là yêu cầu bắt buộc để một số quá trình sinh học xảy ra 10
trong tế bào [30, 68]. Tuy nhiên, nếu lượng ROS sinh ra quá lớn có thể làm tăng cường phá hủy do sự oxy hóa đối với các phân tử trong tế bào như lipid, protein, ADN và dẫn tới sự chết của tế bào [25]. Vì vậy, tiêu thụ ROS sinh ra trong quá trình hóa trị và xạ trị là cần thiết để bảo vệ cơ thể tránh khỏi tác dụng phụ của quá trình điều trị. Nhiều nghiên cứu trước đây đã sử dụng các loại enzyme kháng oxy hóa như là các tác nhân tiêu thụ ROS nhằm giảm tác hại của ROS lên các quá trình sinh học của tế bào [30, 68]. 1.2.6 Phương pháp bảo hộ được sử dụng khi xạ trị Hiện nay nhằm tăng hiệu quả của xạ trị và giảm tác dụng phụ trong điều trị ung thư là một trong những vấn đề quan trọng mà các bác sĩ lâm sàng, các nhà nghiên cứu y sinh quan tâm. Phương pháp được sử dụng đó là sử dụng tia xạ có thể theo dõi trực tiếp hình ảnh theo thời gian thực của khối u đích trong suốt thời gian trị liệu để tăng tính chính xác của tia xạ lên khối u cũng như giảm sự chiếu xạ vào các mô thường. Các loại thuốc bảo vệ được nghiên cứu trong thời gian dài, có thể chia làm ba loại chính là chất bảo vệ bức xạ, chất điều trị bức xạ và chất giảm nhẹ bức xạ [13, 51, 74]. Thêm vào đó, các nhà nghiên cứu sử dụng các chất gây nhạy cảm bức xạ và các chất bảo vệ bức xạ, thường là các hóa chất có thể cải biến sự đáp ứng của tế bào đối với tia xạ. Các chất gây nhạy cảm bức xạ là những thuốc làm cho tế bào ung thư trở nên nhạy cảm hơn tới tác dụng của liệu pháp xạ trị. Nhiều chất đã được nghiên cứu và được ứng dụng trong lâm sàng như 5-fluorouracil và cisplatin [9]. Các chất bảo vệ bức xạ là những thuốc có khả năng bảo vệ tế bào thường tránh khỏi những tác dụng phá hủy của tia xạ. Những thuốc này có khả năng giúp tế bào thường nhanh chóng sửa chữa những hư hỏng khi tiếp xúc với tia xạ. Một số loại thuốc cũng đã được FDA Hoa Kỳ chứng nhận cho phép sử dụng trong lâm sàng nhằm bảo vệ các mô thường dưới tác dụng của tia xạ trong thời gian xạ trị như amifostine, neupogen, neulasta và leukine [51]. Thuốc giảm nhẹ bức xạ thường được sử dụng sau quá trình xạ trị khi mà các tác dụng phụ 11
chưa xuất hiện, nhằm thúc đẩy quá trình sửa chữa ADN, còn chất điều trị bức xạ được sử dụng khi xuất hiện các tác dụng phụ giúp hạn chế hậu quả của tác dụng phụ cũng như kích thích phục hồi lại vùng hư tổn [13]. Tuy nhiên, để dễ dàng phân loại cụ thể các hợp chất bảo vệ bức xạ này một cách rõ ràng hơn, người ta chia thành các nhóm dựa vào đặc tính sinh hóa của các nhóm chất khi áp dụng trong lâm sàng. Nhằm đánh giá khả năng bảo vệ của các chất, hiệu quả các chất bảo vệ phóng xạ khác nhau thể hiện ở yếu tố thay đổi liều lượng phóng xạ. Yếu tố này được xác định nhờ tỉ lệ liều lượng bức xạ tạo ra hiệu ứng tương tự khi có hoặc không có chất này. Vì thí nghiệm trên cơ thể người là không khả thi, các thí nghiệm được thực hiện bằng cách sử dụng phương pháp nuôi cấy tế bào và trên mô hình động vật. Các chất bảo vệ bức xạ và dẫn xuất được chia thành các nhóm, cụ thể như sau: hợp chất sulphahydryl; vitamin, khoáng chất, hoocmon; hóa thực vật và các chất chống oxy hóa; chiết xuất từ thực vật và thảo dược; chiết khuất từ vi khuẩn; các cytokine; các tác nhân liên kết ADN; các chất hấp thụ [51]. Các hợp chất sylphahydryl có cơ chế bảo vệ nhờ vào đặc tính tăng cường sửa chữa và bảo vệ ADN. Tuy nhiên các hợp chất sylphahydryl có tính gây độc cao và thời gian bán hủy ngắn nên thúc đẩy các nhà nghiên cứu tìm kiếm các hợp chất không chứa thiol. Một số chất như nitrioxit, superoxide dismutase cũng đã được nghiên cứu và được xếp vào các chất bảo vệ bức xạ tự nhiên không gây độc [81]. Các vitamin và khoáng chất đều là những chất có sẵn trong tự nhiên. Hầu hết là các chất chống oxy hóa tự nhiên nhờ khả năng vô hiệu hóa các gốc tự do và hoạt động như các chất đồng yếu tố trong các hoạt động trao đổi chất khác nhau. Các vitamin và khoáng chất là những chất dinh dưỡng cần thiết nhưng chỉ cần một lượng nhỏ để đảm bảo chức năng bình thường của cơ thể sống. Vậy nên khi sử dụng liều lượng lớn có thể gây hại hơn là mục đích bảo vệ bức xạ ban đầu [51]. 12