Công nghệ Nano đang là một xu hướng trong lĩnh vực công nghệ trên toàn cầu hiện nay, đặc biệt là trong lĩnh vực y sinh. Tuy nhiên, hiểu như thế nào cho đúng về công nghệ Nano trong lĩnh vực y sinh và những ứng dụng phổ biến nhất của công nghệ Nano trong y sinh hiện nay là gì.
Hiểu đúng về Nano y sinh
Nano y sinh là ứng dụng của vật liệu nano, hoặc hạt nano, vào y học. Các hạt nano được sử dụng để phân phối thuốc thường có kích thước nằm trong khoảng 20 đến 100 nm.
Nano y sinh ứng dụng vào lĩnh vực nào
Công nghệ nano có tác động đáng kể đến nhiều sự phát triển của y tế và được phân chia vào ba lĩnh vực chính: Điều trị, Chẩn đoán / Hình ảnh và Y học Tái tạo.
| Nhóm bệnh | Trị liệu | Chẩn đoán | Y học tái tạo |
| Tim mạch | Thiết bị cấy ghép (nano
thay đổi bề mặt) Phân phối thuốc có mục tiêu vào mảng bám |
Hạt nano dung để chẩn đoán | Vật liệu có hoạt tính sinh học thông minh
Huy động và cố định tế bào gốc tại chỗ bị thương |
| Thoái hóa thần kinh | Thiết bị nano bán xâm lấn dùng để phân phối thuốc (cho Parkinson)
Công thức bào chế nano để qua được hàng rào máu não |
Cấy ghép thuốc kích thích thần kinh có chẩn đoán hình ảnh hỗ trợ | Dẫn truyền các hoạt chất đến vị trí cụ thể
Vật liệu sinh học thông minh kiểm soát quá trình tái tạo thần kinh trung ương |
| Tiểu đường | Đo insulin và vận chuyển insulin bằng thiết bị mang hạt nano | Bao gói và điều khiển việc cấy ghép đảo tụy có gắn chất phát quang
Chụp hình ảnh phân bố chất béo trên toàn cơ thể Thiết bị giám sát lượng đường huyết
|
Chức năng hóa các vật liệu 2D và 3D cho việc
giải phóng các yếu tố sinh hóa trong không gian tuyến tụy nhân tạo |
| Ung thư | Công thức nano cho
việc nhắm đích khối u Các hạt nano nhiệt RF cho liệu pháp nhiệt Các thiết bị cấy ghép cho đưa thuốc tại chỗ Các công cụ trị liệu mới dựa trên nền tảng vật lý
|
Máy dò hạt nano và
chất tương phản để chẩn đoán (Hình ảnh hạt từ tính) Giám sát hiệu quả điều trị Nội soi ít xâm lấn Nano cảm biến sinh học |
Các hạt nano có chức năng kích hoạt quá trình sản xuất tế bào gốc tạo máu. |
| Viêm | Vật liệu nano cho tái tạo xương, bệnh thấp khớp, viêm khớp và bệnh Crohn
Các vật liệu nano không mang vi khuẩn để tránh nhiễm trùng từ các vật liệu cấy ghép. |
Chụp hình ảnh tế bào bạch cầu gắn chất phát quang | Vật liệu nano 3D để
cố định tế bào gốc tại vị trí chấn thương
|
| Truyền nhiễm | Các hạt nano kim loại, nano mang hợp chất tự nhiên nhằm ức chế, tiêu diệt vi khuẩn, vi rút. | Định vị các khu vực nhiễm khuẩn
Chẩn đoán hình ảnh các cơ quan khi bị bệnh truyền nhiễm như phổi, thận |
Vật liệu cấy ghép mới để ngăn nhiễm trùng trong quá trình cấy ghép |
REF: https://www.kooperation-international.de/uploads/media/etpn-white-paper-H2020.pdf
Chức năng của nano trong Y sinh
Nano trong y sinh được ứng dụng khá rộng rãi như trên với các chức năng cụ thể được liệt kê sau đây.
Ứng dụng Nano trong Đưa thuốc
Công nghệ nano cung cấp khả năng phân phối thuốc đến các tế bào. Lượng thuốc tiêu thụ và các tác dụng phụ có thể được giảm xuống đáng kể do thuốc được đưa trực tiếp đến vùng bệnh. Điều này cũng sẽ giúp giảm chi phí điều trị. Hệ mang thuốc nano tập trung vào việc tối đa hóa sinh khả dụng tại vị trí tác dụng và thời gian tác dụng. Hiệu quả đưa thuốc của hạt nano y sinh chủ yếu dựa trên: a) bao gói thuốc hiệu quả, b) phân phối thuốc đến vùng được xác định của cơ thể, và c) giải phóng thuốc thành công. Rất nhiều hệ mang thuốc nano đã được FDA cấp phép như: Abraxane, Doxil, Onivyde, Rapamune, Cabenuva.
REF: Nanomedicines accessible in the market for clinical interventions. Journal of Controlled Release 330 (2021) 372–397
Ứng dụng Nano trong chẩn đoán hình ảnh
Chẩn đoán hình ảnh sử dụng chất tương phản dạng hạt nano giúp các hình ảnh như siêu âm và MRI có sự phân bố thuận lợi và độ tương phản được cải thiện. Trong hình ảnh chụp tim mạch, các hạt nano có khả năng hỗ trợ phác họa lên sự tích tụ máu, thiếu máu cục bộ, hình thành mạch, xơ vữa động mạch và các khu vực có biểu hiện viêm.
Kích thước nhỏ của các hạt nano mang lại cho chúng những đặc tính hữu ích trong ung thư, đặc biệt là trong chẩn đoán hình ảnh. Các hạt nano lượng tử khi được sử dụng kết hợp với MRI (chụp cộng hưởng từ), có thể tạo ra hình ảnh rõ nét của khối u. Các hạt nano của cadmium selenua phát sáng khi tiếp xúc với ánh sáng cực tím. Khi được tiêm vào cơ thể, chúng sẽ thấm vào các khối u ung thư. Bác sĩ phẫu thuật có thể nhìn thấy khối u phát sáng và sử dụng nó như một chỉ dẫn để loại bỏ khối u chính xác hơn. Sử dụng các chấm lượng tử huỳnh quang có thể tạo ra hình ảnh có độ tương phản cao hơn với chi phí thấp hơn các loại thuốc nhuộm hữu cơ. Tuy nhiên, nhược điểm là các chấm lượng tử thường được làm bằng các nguyên tố khá độc hại, nhưng mối lo ngại này có thể được giải quyết bằng cách sử dụng chất làm mờ huỳnh quang.
REF: Recent Progress in the Theranostics Application of Nanomedicine in Lung Cancer
Ứng dụng Nano trong Kỹ thuật mô
Công nghệ nano có thể được sử dụng như một phần của kỹ thuật mô để giúp tái tạo hoặc sửa chữa hoặc định hình lại mô bị hư hỏng bằng cách sử dụng các giá đỡ và yếu tố tăng trưởng tải nạp lên vật liệu nano phù hợp. Kỹ thuật mô nếu thành công có thể thay thế các phương pháp điều trị thông thường như cấy ghép nội tạng hoặc cấy ghép nhân tạo. Các hạt nano như graphene, ống nano carbon, molypden disulfide và vonfram disulfide đang được sử dụng làm chất gia cố để chế tạo các hợp chất nano polyme phân hủy sinh học mạnh về mặt cơ học cho các ứng dụng kỹ thuật mô xương. Việc bổ sung các hạt nano này trong polyme ở nồng độ thấp (~ 0,2% trọng lượng) dẫn đến những cải thiện đáng kể trong các đặc tính cơ học nén và uốn của vật liệu tổng hợp nano cao phân tử. Về khả năng, những vật liệu nano này có thể được sử dụng như một vật liệu tổng hợp mới, mạnh về mặt cơ học, nhẹ về trọng lượng trong cấy ghép xương.
REF: Regenerative nanomedicine: current perspectives and future directions
TS. Nguyễn Thế Hiệp
