zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Luận Văn - Báo Cáo

» Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano từ trong chẩn đoán và điều trị khối u thực nghiệm

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:85

Báo xấu

102
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn cao học nhằm thực hiện một số nhiệm vụ cơ bản sau: Xác định độc tính của chất lỏng từ lên một số dòng tế bào ung thư và Fibroblast; khảo sát khả năng tạo tương phản ảnh của hạt nano từ bằng phương pháp chụp cộng hưởng từ hạt nhân (MRI); thử liệu pháp nhiệt trị trên mô hình ung thư thực nghiệm.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano từ trong chẩn đoán và điều trị khối u thực nghiệm

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 VIẾT ĐẦY ĐỦ AAS Atomic absorption spectrometry AEH Arterial embolization hyperthermia CHHBM Chất hoạt hoá bề mặt CLT Chất lỏng tử DIH Direct injection hyperthermia DMEM Dulbecco's modiﬁed Eagle's medium FBS Fetal bovine serum IH Intracellular hyperthermia MRI Magnetic resonance imaging PBS Phosphate buffered saline PEG Polyethylene glyco PVA 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 (
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

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.01: Bộ Luận Văn Thạc Sĩ Quản Trị Kinh Doanh MBA

165 tài liệu

2070 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.