Nền y học... siêu nhỏ

Thứ Tư, 04/12/2019, 17:17

Mặc dù có tuổi đời còn non trẻ nhưng các ứng dụng mà công nghệ nano đem lại hứa hẹn sẽ tạo nên những thay đổi vượt bậc trong lĩnh vực y dược.

Với nhiều loại vật liệu có kích thước siêu nhỏ, công nghệ nano đang mở ra cơ hội tạo nên các thiết bị chăm sóc sức khỏe độc đáo, cũng như đa dạng hóa các phương thức chẩn đoán và chữa trị bệnh tật, phá vỡ rào cản tồn tại ở nhiều phương thức truyền thống hiện nay.

Hạt truyền dược chất

Theo các chuyên gia, nanomet (tương đương 1 phần triệu milimet), là điểm kì diệu trong chiều dài của vật thể, cho phép các thao tác sắp xếp ở cấp độ nguyên - phân tử hay siêu phân tử.

Đây được coi là một lợi thế cho việc sản xuất các loại dược phẩm tập trung vào dẫn truyền dược chất (DDS), nhắm đến mục tiêu hỗ trợ cho dược động học hệ thống, tác động đến số lượng và thời gian tồn tại của thuốc trong cơ thể để đạt được hiệu quả điều trị mong muốn một cách an toàn, trúng đích mầm bệnh nhưng không ảnh hưởng đến tế bào xung quanh.

Các viên thuốc hạt nano nhắm đến mục tiêu hỗ trợ cho dược động học hệ thống.

Các dược phẩm thế hệ mới được phát triển nhờ công nghệ nano gồm các hệ DDS có nguồn gốc từ polyme, micelle, dendrimer, protein, virus hay các tiểu phân liposome. Dược chất (hoặc trong một số trường hợp là các tác nhân chẩn đoán bệnh) sẽ liên kết với các tiểu phân nano trong thuốc, dễ dàng đi qua tế bào, giúp vận chuyển nhanh và chính xác hơn đến các vị trí tế bào bệnh.

Quan trọng hơn, các chế phẩm DDS có tiềm năng giảm liệu điều trị của nhiều nhóm thuốc chống ung thư hay kháng viêm nhờ tính khả dụng cao hơn so với thuốc truyền thống khi mà công nghệ nano giúp tăng tốc độ và mức độ hấp thụ dược chất.

Hiện nay, nhóm chuyên gia Viện công nghệ Massachusetts (MIT) đang thử nghiệm hạt nano silicon tự phân hủy bên trong các khối u nhằm đưa thuốc tiêu diệt tế bào ác tính, hay hạt nano gelatin đưa thuốc đến các tổn thương bên trong khớp và não bộ.

MIT cũng lên kế hoạch dài hạn về một loại vaccine nano giúp chữa trị tiểu đường, cùng một số viên uống nano chứa enzyme ức chế sự phát triển của virus trong một số bệnh nguy hiểm như HIV/AIDS. Với kích thước rất nhỏ, các hạt nano có thể cải thiện hoặc điều chỉnh sự phân bố các thuốc thân nước và kỵ nước ở các mô khác nhau.

Ứng dụng này đặc biệt quan trọng đối với sự phân phối thuốc kháng retrovirus (ARV) hướng đích các tế bào nhiễm HIV.

Chẩn đoán bệnh chính xác

Bên cạnh những ứng dụng trong dược phẩm, công nghệ nano đang tạo nên những bước đột phá cho quy trình chẩn đoán bệnh tật. Theo giới chuyên gia, chip sinh học nano sẽ trở thành xu hướng mới khi tạo nên các thiết bị giúp nhận dạng tín hiệu từ các phần tử bệnh. Vật liệu được sử dụng chủ yếu là các ống nano carbon - một loại phiến graphite được cuộn lại thành khối hình trụ có các mạng lưới liên kết đặc trưng.

Tận dụng các ống nano này, các nhà khoa học ở một số quốc gia châu Âu đã thử nghiệm gắn các kháng thể nhằm phát hiện tế bào ung thư trong máu. Trong khi đó, viện MIT sáng chế thành công đầu dò ống nano carbon để kiểm tra chỉ số NO nhằm đánh giá tình trạng nhiễm khuẩn, hay kỹ thuật que thử có nano vàng xem xét tổn thương ở thận khi phát hiện sự tích tụ các protein lạ làm đổi màu que thử.

Hạt nano còn thể hiện rõ ưu thế trong quá trình đánh giá sự xâm lấn, di căn và phân bố của các tế bào bệnh nhờ khả năng DDS vận chuyển các chất phát sáng. Các nghiên cứu cho thấy, hạt siêu nhỏ, trong cùng điều kiện thí nghiệm với các phân tử thông thường, có độ phát sáng lớn gấp 20 lần, liên tục trong thời gian lên đến 12 giờ. Một ứng dụng nổi bật liên quan đến tiêm tĩnh mạch các tiểu phân nano phát tia hồng ngoại sóng ngắn nhằm xác định các khối u ác tính.

Từ đây, các hạt nano phát sáng giúp bác sĩ đưa ra kết quả chuẩn xác hơn dựa vào hệ thống hình ảnh chi tiết, đặc biệt ở các vùng sâu trong cơ thể hay các tổn thương rất nhỏ có thể "vô hình" trên kết quả chụp cộng hưởng từ. Sau đó, các phương pháp ứng dụng DDS tới vị trí tế bào bệnh một cách chính xác sẽ được áp dụng, mở ra triển vọng cho điều trị nhiều loại ung thư khác nhau.

Kháng khuẩn và chỉnh sửa gen

Ứng dụng nano thực sự đem lại những lợi ích quan trọng liên quan đến khả năng kháng khuẩn của các hạt nano. Ví dụ như, hạt nano bạc đã giúp sát khuẩn dụng cụ y tế, hay tạo lớp màng bảo vệ trên các dụng cụ gia đình/cá nhân để phòng chống bệnh tiêu chảy ở đối tượng trẻ em dưới 3 tuổi.

Trong khi đó, một số nghiên cứu chỉ ra tiềm năng của hạt nano NO dùng để sát khuẩn vết thương, nano vàng với kỹ thuật thanh trùng dụng cụ y khoa hay các hạt nano sắt oxide sử dụng trong điều trị các nhiễm khuẩn mạn tính. Điều này đặt nền móng cho ý tưởng sản xuất các loại băng gạc y tế chứa các tiểu phân siêu nhỏ có mang theo chất kháng sinh, từ đó tiêu diệt khuẩn gây hại trong các trường hợp có nguy cơ nhiễm trùng.

Thú vị hơn, các nhà khoa học đề xuất ý tưởng robot siêu nhỏ, có khả năng can thiệp vào các bộ phận ở mức độ phân tử. Các robot kiểu này hoạt động chuyên biệt như các kháng thể, di chuyển trong cơ thể đến chính xác vị trí cần điều chỉnh, từ đó chỉnh sửa gen các tế bào bệnh mà không gây ảnh hướng đến tế bào xung quanh.

Vừa qua, giới khoa học Trung Quốc và Mỹ đã giới thiệu công nghệ DNA-origami (tạo hình DNA), sử dụng các robot nano thông minh để phân phối thuốc, hướng trực tiếp vào khối u để kích hoạt các chất tiêu diệt tế bào ác tính.

Nghiên cứu này kết hợp chỉnh sửa gen tế bào bệnh, hướng tới hoàn thành mục tiêu quan trọng nhất là loại bỏ khối u và ngăn chặn di căn. Rõ ràng, nhờ ý tưởng robot nano, viễn cảnh chiến thắng bệnh ung thư sẽ không còn quá xa vời...

Trần Quân (tổng hợp)