Nghiên cứu liệu pháp nano oxy hóa khử ứng dụng trong kháng khuẩn và kháng ung thư

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

17
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong nghiên cứu này, hạt Nano oxy hóa khử có chứa nhóm silica (silica-containing redox nanoparticles, siRNP) được tổng hợp có kích thước khoảng 40 – 50 nm và được sử dụng để bao thuốc kháng sinh cephalothin và thuốc kháng ung thư sorafenib nhằm cải thiện tính tan cũng như tăng tính khả dụng của các thuốc này, làm tăng hiệu quả kháng khuẩn và kháng ung thư.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu liệu pháp nano oxy hóa khử ứng dụng trong kháng khuẩn và kháng ung thư

Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học NGHIÊN CỨU LIỆU PHÁP NANO OXY HÓA KHỬ ỨNG DỤNG TRONG KHÁNG KHUẨN VÀ KHÁNG UNG THƯ Vòng Bính Long*, Nguyễn Trịnh Quỳnh Như, Trần Ngọc Hân, Trịnh Thị Kim Xuyến, Nguyễn Thị Thu Hà, Nguyễn Quỳnh Anh, Mai Thị Huyền Trang Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh * Tác giả liên lạc: vblong@hcmus.edu.vn TÓM TẮT Các bệnh nhiễm khuẩn do kháng kháng sinh và ung thư là một trong những nguyên nhân gây tử vong hàng đầu trên thế giới, trong đó dư thừa các gốc oxy hóa mạnh (ROS) là một tác nhân gây kháng kháng sinh và ung thư. ROS là các phân tử tín hiệu đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì chức năng sinh lý của cơ thể, tuy nhiên ở nồng độ cao ROS gây phá hủy DNA, protein, lipid dẫn đến nhiều bệnh lý. Ngoài ra, nhiều loại thuốc được sử dụng thương mại hiện nay lại khó hòa tan trong nước, hạn chế hiệu quả và ứng dụng trong lâm sàng. Trong nghiên cứu này, hạt Nano oxy hóa khử có chứa nhóm silica (silica-containing redox nanoparticles, siRNP) được tổng hợp có kích thước khoảng 40 – 50 nm và được sử dụng để bao thuốc kháng sinh cephalothin và thuốc kháng ung thư sorafenib nhằm cải thiện tính tan cũng như tăng tính khả dụng của các thuốc này, làm tăng hiệu quả kháng khuẩn và kháng ung thư. Khi sử dụng phương pháp đo vòng kháng khuẩn, hoạt tính kháng khuẩn của cephalothin bao trong siRNP (cephalothin@siRNP) cho thấy kết quả tương đương với sử dụng celphalothin trên hai chủng vi khuẩn Gram dương Staphylococcus aureus (S. aureus) và Gram âm Escherichia coli (E. coli). Đáng chú ý là sự tái nhiễm của E. coli vào vòng kháng khuẩn xảy ra rất nhiều ở nhóm xử lý với cephalothin, trong khi đó cephalothin@siRNP giảm đáng kể sự tái nhiễm này, cho thấy khả năng giảm kháng kháng sinh. Đối với hoạt tính kháng ung thư, hạt siRNP bao sorafenib (sorafenib@siRNP) tăng khả năng gây độc trên cả hai dòng tế bào ung thư gan (HepG2) và ung thư đại trực tràng (C-26), đồng thời giảm độc tính trên tế bào nội mô bình thường (BAEC). Từ khóa: Kháng ung thư, kháng thuốc, kháng oxy hóa, nano oxy hóa khử. REDOX NANOPARTICLES FOR ANTIMICROBIAL AND ANTICANCER THERAPIES Vong Binh Long*, Nguyen Trinh Quynh Nhu, Tran Ngoc Han, Trinh Thi Kim Xuyen, Nguyen Thi Thu Ha, Nguyen Quynh Anh, Mai Thi Huyen Trang University of Science – VNU Ho Chi Minh City * Corresponding Author: vblong@hcmus.edu.vn ABSTRACT Cancer and bacterial infections induced by antibiotic resistance are leading causes of death globaly and are strongly related to reactive oxygen species (ROS) which are signaling mocules that play an important role in maintaining physiological functions of the body. However, the high levels of ROS incur 104
Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học damage to DNA, protein or lipids, which lead to many types of diseases including cancer and antibiotic resistance. On the other hand, most of commercially available drugs are low bioavailability due to poor water solubility, which limit their effectiveness and clinical application. In this research, silica-containing redox nanoparticles (siRNP) with 40-50 nm in size is used in loading cephalothin and sorafenib which have the potential to improve the solubility and efficency of drugs. When antibiotic susceptibility testing is used, the antimicrobial activity of cephalothin-loaded siRNP (cephalothin@siRNP) showed similar results to celphalothin free in Gram-positive Staphylococcus aureus and Gram-negative Escherichia coli. Interestingly, the reinfection of E. coli colonies in cephalothin@siRNP was significantly less than in cephalothin free. In in vitro anti-cancer study, siRNP significantly increased the toxicity of sorafenib to hepatocellular carcinoma (HepG2) and colorectal cancers (C-26), while sorafenib@siRNP remarkly decreased the toxicity of sorafenib in bovine aortic endothelial cell (BAEC). Keywords: Anti-cancer, antioxidant, drug resistance, redox nanoparticles. TỔNG QUAN thuốc ngược ra khỏi tế bào khi nồng độ Việc điều trị các bệnh do kháng kháng thuốc kháng sinh quá cao, đây là một sinh và ung thư ngày càng trở nên khó trong những cơ chế gây ra hiện tượng khăn bởi nhiều nguyên nhân, chủ yếu kháng thuốc. Vì vậy, việc tìm ra các nhất là do tính chất của thuốc điều trị loại kháng sinh mới đang là một bài tóa đều khó tan và có tính độc, gây ra các n khó đối với các nhà nghiên cứu hiện hệ quả không mong muốn đối với cơ nay. Mất cân bằng giữa các các gốc tự thể người bệnh, đồng thời hiện tượng do và chất kháng oxy hóa cũng là một kháng thuốc ở tế bào vi khuẩn và tế bào trong những nguyên nhân gây ung thư. ung thư cũng đang trở thành vấn đề cấp Khi sự có mặt của các gốc tự do tăng bách cho toàn nhân loại (Khan, et.al, lên đột ngột sẽ làm hư tổn cấu trúc 2017; Tanwar, et.al, 2014). Vi khuẩn DNA của tế bào dẫn đến các đột biến đa kháng thuốc trở thành thách thức hoặc phá hủy DNA, kết quả của quá đối với ngành y học một phần là do sự trình này sẽ dẫn đến việc hình thành lạm dụng thuốc của người bệnh khi khối u. Hiện nay, công nghệ Nano không có chỉ định từ bác sĩ, từ đó dẫn được cân nhắc là một trong những liệu đến sự hình thành các chủng vi khuẩn pháp có thể cải thiện hiệu quả điều trị đa kháng thuốc với các cơ chế kháng bệnh (Seleci et.al, 2016). Nhiều hạt thuốc khác nhau. Đặc biệt một trong Nano được tạo thành có tiềm năng ứng những nguyên nhân gây đa kháng dụng trong y học, nhưng đa phần các thuốc đến từ việc mất cân bằng giữa hạt Nano chỉ có chức năng vận chuyển các gốc tự do và các chất kháng oxy thuốc, mà không có hoạt tính sinh học. hóa (Mao, et.al, 2001). Sự có mặt của Trong nghiên cứu này, hệ Nano có hoạt nhiều gốc tự do làm thay đổi cấu trúc tính oxy hóa khử được sử dụng như bên cạnh đó làm thay đổi các tương tác một hệ thống phân phối thuốc giúp ổn định giữa các phân tử thuốc và đích tăng hiệu quả điều trị của thuốc. Hạt đến của thuốc dẫn đến làm mất tác Nano oxy hóa khử (silica-containing dụng của thuốc. Ngoài ra, việc hình redox nanoparticles, siRNP) được hình thành stress oxy hóa thúc đẩy sự hoạt thành từ vật liệu Nano polymer có sự động của các gen có khả năng bơm tương thích sinh học cao được thiết kế 105
Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học gồm một chuỗi ưa nước (PEG) và một Khảo sát đặc tính hạt Nano: Kích chuỗi kị nước (PMNT) có chứa thước (nm), điện tích bề mặt, phân bố Tempol có khả năng bắt các gốc tự do và hình thái của hạt Nano được xác ROS và nhóm silica tăng khả năng bao định bằng phương pháp tán xạ ánh thuốc như hình 1A (Vong, et.al, 2017), sáng động (DLS) (Vong, et.al, 2017; thuận lợi cho việc đóng gói thuốc giúp Hossain et.al, 2014). tăng hiệu quả và giảm những độc tính Khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa: không mong muốn của thuốc. Do vậy, Hoạt tính kháng oxy hóa của hạt Nano mục tiêu nghiên cứu này là sử dụng hạt siRNP bằng phương pháp DPPH (2,2- Nano oxy hóa khử bao thuốc kháng diphenyl-1-picrylhydrazyl, Sigma- sinh (cephalothin) và thuốc kháng ung Aldrich) thông qua khả năng bắt gốc tự thư (sorafenib) nhằm mục đích tăng do DPPH làm giảm màu tím đặc trưng, hoạt tính kháng khuẩn và kháng ung được xác định bằng cách đo độ hấp thu thư của hai loại thuốc thương mại ở bước sóng 517 nm bằng máy đo thông qua việc bắt gốc tự do ROS và quang phổ. (Bhaigyabati et.al, 2014). tăng tính khả dụng của thuốc. Thí Hoạt tính kháng khuẩn: Hoạt tính nghiệm kháng khuẩn được thực hiện kháng khuẩn được khảo sát bằng trên hai chủng vi khuẩn là S. aureus phương pháp khuếch tán thạch dựa (Gram dương) và E. coli (Gram âm) và trên kích thước đường kính của vùng thí nghiệm kháng ung thư được khảo ức chế tăng trưởng xung quanh giếng sát trên hai dòng tế bào là tế bào ung thạch sau thời gian ủ ở 37ºC trong 24 thư gan (HepG2) và tế bào ung thư đại giờ. tràng (C-26), kèm với đối chứng là tế Sự tái nhiễm của vi khuẩn được xác bào nội mô thường (BAEC). định bằng số khuẩn lạc mọc lại trong vòng kháng khuẩn sau thời gian nhất VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP định. Vật liệu Khảo sát hoạt tính kháng ung thư in Mạch polymer PEG-siPMNT dùng để vitro: Hoạt tính kháng ung thư được tạo siRNP được tổng hợp từ phòng thí xác định bằng phương pháp MTT (3- nghiệm Khoa học Vật liệu của đại học (4,5-dimethylthiazol bromide, USB Tsukuba Nhật Bản. Hai chủng vi Corporation Cleveland, OH USA) dựa khuẩn: E. coli, S. aureus (ATCC® trên sự biểu thị màu của MTT với 25922™; ATCC® 29213™). Thuốc enzyme ở ti thể của tế bào sống thành kháng khuẩn celphalothin (Tokyo formazan. Độ hấp thu formazan được Chemical Industry Co. Ltd) và thuốc đo ở bước sóng 540 nm. Khả năng kháng ung thư sorafenib (LC sống sót của tế bào tỷ lệ thuận với mức Laboratories). Dòng tế bào nội mô độ màu của formazan. thường BAEC, tế bào ung thư gan Phương pháp thống kê: Các kết quả HepG2 và tế bào ung thư đại tràng C- trong đề tài này đều sử dụng phương 26 từ viện RIKEN, Nhật Bản. pháp thống kê Student’s T-test trong Phương pháp Excel. Mỗi kết quả đều lặp lại ba lần Phương pháp bao thuốc: Cephalothin với độ lệch chuẩn và xử lý thống kê. và sorafenib được bao trong hạt Nano Giá trị p < 0.05 giữa hai nhóm cho thấy siRNP bằng phương pháp thẩm tích sự khác biệt có ý nghĩa thống kê. thuốc với polymer PEG-b-siPMNT. Cấu trúc của PEG-b-siPMNT được KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN trình bày ở hình 1A. 106
Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học Hình 1. Đặc tính hạt Nano kháng oxy hóa chứa nhóm silica (siRNP) (A) Cấu trúc mô phỏng hạt Nano siRNP; (B) Kích thước hạt Nano trước và sau khi bao thuốc sorafenib; (C) Khả năng tan của cephalothin khi bao trong hạt siRNP; (D) Khả năng kháng oxy hóa của hạt Nano siRNP so với acid ascorbic. Thuốc được bao trong hạt Nano siRNP siRNP so với các nghiên cứu khác. bằng phương pháp thẩm tích. Hoạt tính kháng khuẩn Sorafenib@siRNP kích thước hạt đạt Hoạt tính kháng khuẩn được xác định được là 46.19 ± 0.83 nm lớn hơn kích bằng phương pháp đo vòng kháng thước của siRNP 44.26 ± 0.57 nm khuẩn. Kết quả cho thấy vòng kháng (Hình 1B), điều này cho thấy thuốc khuẩn trên mẫu cephalothin và được bao thành công trong hạt siRNP. cephalothin@siRNP là tương tự nhau Ngoài ra, siRNP cũng làm tăng tính tan trên cả 2 dòng vi khuẩn E. coli và S. của cephalothin là một kháng sinh ít aureus. Tuy nhiên, điều thú vị ở đây tan trong nước (Hình 1C). Kết quả này chúng tôi nhận thấy rằng ở các mốc cho thấy siRNP có khả năng bao tốt các thời khảo sát với các nồng độ khác thuốc kém hòa tan trong nước và làm nhau, vi khuẩn E. coli xử lý với tăng tính khả dụng của các thuốc này. cephalothin có sự xuất hiện của nhiều Đồng thời, hoạt tính kháng oxy hóa của khuẩn lạc trong vòng kháng khuẩn hơn hạt siRNP được khảo sát bằng phương cephalothin@siRNP (Hình 2). Điều pháp bắt gốc tự do DPPH. Kết quả cho này đã cho thấy được khả năng làm thấy siRNP có khả năng kháng oxy hóa giảm sự tái nhiễm của E.coli do hạt ở nồng độ 500 µg/ml và lên đến 80% Nano siRNP giúp phóng thích thuốc (Hình 1D), so với chứng dương là acid chậm trong môi trường thạch nhằm ascorbic ở cùng nồng độ. Cùng với khả đảm bảo hoạt tính và thời gian tác động năng vận chuyển thuốc, hoạt tính lâu dài hơn đối với E.coli, đồng thời kháng oxy hóa của hạt nano siRNP là cho thấy khả năng kháng kháng sinh một trong những đặc tính quan trọng của E. coli. Các nghiên cứu sâu hơn làm tăng hiệu quả điều trị. Đây là một trong tương lai sẽ được tiến hành để trong những điểm mới của hạt nano tìm hiểu cơ chế thú vị này. 107
Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học Hình 2. Hoạt tính kháng khuẩn của cephalothin bao trong siRNP. (A) Sự tái nhiễm của E. coli khi xử lý với cephalothin và cephalothin@siRNP sau 48 giờ (mũi tên màu đỏ); (B) Sự tái nhiễm của chủng E. coli đối với hai nhóm cephalothin và cephalothin@siRNP ở 250 µg/ml và 500 µg/ml. (*p < 0.05, so với nhóm xử lý với cephalothin). Hoạt tính kháng ung thư sót khi xử lý với sorafenib rất thấp (nhỏ Hoạt tính kháng ung thư được xác định hơn 15%), cho thấy sorafenib có độc bằng phương pháp MTT sau khi tế bào tính cao trên dòng tế bào thường, làm được xử lý với mẫu trong 24 giờ. Phần hạn chế hiệu quả điều trị của thuốc. trăm tế bào sống sót khi xử lý với Tuy nhiên, nhóm tế bào BAEC xử lý sorafenib@siRNP thấp hơn so với xử với sorafenib@siRNP, số lượng tế bào lý với sorafenib ở cùng nồng độ (50 còn sống là 61% và 82% ở các nồng độ µg/ml) trên dòng tế bào ung thư gan thuốc 25 và 50 µg/ml sorafenib, kết HepG2. Trên dòng tế bào ung thư đại quả này cho thấy tiềm năng ứng dụng trực tràng C-26, tại nồng độ 50 µg/ml hạt Nano siRNP trong điều trị ung thư, siRNP không gây chết tế bào ung thư, làm giảm tác dụng phụ của thuốc hóa nhưng khi xử lý với sorafenib@siRNP trị lên tế bào bình thường. số lượng tế bào sống dưới 50% và thấp hơn số lượng tế bào sống của nhóm xử KẾT LUẬN lý với sorafenib. Kết quả này cho thấy Trong nghiên cứu này, hạt Nano oxy kết hợp thuốc sorafenib với hạt nano hóa khử siRNP được tổng hợp. Sau khi siRNP làm tăng khả năng kháng ung bao thuốc sorafenib kích thước hạt đạt thư của sorafenib. Ngoài ra, đối với tế được 46.19 ± 0.83 nm là khoảng giá trị bào nội mô thường BAEC, ở nồng độ phù hợp trong ứng dụng y sinh. siRNP 5 µg/ml sorafenib, sorafenib@siRNP đã cải thiện tính tan của thuốc và siRNP đều không gây ảnh hưởng cephalothin và sorafenib giúp tăng tính lớn đến tế bào BAEC nhưng tăng nồng khả dụng của thuốc. Trong nghiên cứu độ lên 25 và 50 µg/ml, tỷ lệ tế bào sống kháng khuẩn, hạt Nano 108
Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học cephalothin@siRNP có hoạt tính kháng ung thư của thuốc cao hơn đáng kháng khuẩn đối với hai chủng vi kể so với thuốc sorafenib trên cả dòng khuẩn Gram dương và Gram âm cao ung thư đại trực tràng C-26 và ung thư tương tự cephalothin, nhưng gan HepG2, đồng thời giảm đáng kể cephalothin@siRNP hạn chế đáng kể tác dụng phụ của sorafenib trên dòng tế sự tái nhiễm đối với E. coli, tăng hiệu bào thường. Kết quả của nghiên cứu quả của thuốc kháng sinh. Trong này cho thấy tiềm năng ứng dụng cao nghiên cứu kháng ung thư của hạt của hạt Nano siRNP trong lĩnh vực y Nano sorafenib@siRNP, hoạt tính sinh học. TÀI LIỆU THAM KHẢO BHAIGYABATI, T., P. G. DEVI, AND G. C. BAG. Total Flavonoid Content and Antioxidant Activity of Aqueous Rhizome Extract of Three Hedychium Species of Manipur Valley. Research Journal of Pharmaceutical, Biological, and Chemical Sciences 5.5 (2014): 970-6. KHAN SHAKIR, KHAN SHAHPER N, MEENA RAMOVATAR, DAR AYAZ M, PAL RUCHITA, KHAN ASAD U (2017). Photoinactivation of multidrug resistant bacteria by monomeric methylene blue conjugated gold nanoparticles. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 174, pp. 150-161. SELECI MUHARREM, SELECI DIDEM AG, JONCYZK REBECCA, STAHL FRANK, BLUME CORNELIA, SCHEPER THOMAS (2016). Smart multifunctional nanoparticles in nanomedicine. BioNanoMaterials. 17(1- 2), pp. 33-41. TANWAR, JYOTI, ET AL. Multidrug resistance: an emerging crisis. Interdisciplinary perspectives on infectious diseases 2014 (2014). VONG LONG BINH, KIMURA SHINYA, NAGASAKI YUKIO (2017). Newly Designed Silica‐Containing Redox Nanoparticles for Oral Delivery of Novel TOP2 Catalytic Inhibitor for Treating Colon Cancer. Advanced healthcare materials. 6(20), p. 1700428. 109