Nghiên cứu biến tính bề mặt nano silica làm chất mang thuốc chống ung thư

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1. Mô tả quá trình hình thành nano silica xốp, biến tính và mang thuốc 5

Hình 1.2. Quá trình hình thành hạt nano silica cấu trúc xốp 6

Hình 1.3. Nguyên lý tạo hạt silica bằng phương pháp CVC 7

Hình 1.4. Sự tạo thành Chitosan từ Chitin 10

Có thể bạn quan tâm!

Hình 1.5. Cấu trúc hóa học của 3,3’-dithiodipropionic acid 11

Hình 1.6. Liên kết disulfide ban đầu bị cắt đứt và tái hình thành liên kết disulfide khác ... 11 Hình 1.7. Cấu trúc cơ bản của Gelatin 13

Hình 1.8. Công thức của Fluorouracil (5-FU) 14

Hình 1.9. Công thức hóa học của Fluorouracil (5-FU) và cơ chế tiêu diệt tế bào ung thư của 5-FU 14

Hình 1.10. Công thức cấu tạo của doxorubicin 15

Hình 1.11. Nhắm mục tiêu thụ động 18

Hình 1.12. Thành tựu nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực dẫn truyền thuốc 19

Hình 1.13. Cơ chế phản ứng thủy phân và ngưng tụ 20

Hình 1.14. Cấu trúc 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane 21

Hình 1.15. Phản ứng tạo cầu nối GPTMS trên nano silica xốp (PNS-GPTMS) 21

Hình 1.16. Phản ứng tạo cầu nối APTES trên nano silica xốp (PNS-APTES) 22

Hình 1.17. Phản ứng biến tính nano silica xốp(PNS) bằng hydrazine 22

Hình 1.18. Phản ứng tổng hợp mPEG-p-nitrophenyl carbonate 23

Hình 1.19. Phản ứng tổng hợp chitosan-mPEG 23

Hình 1.20. Phản ứng biến tính nano silica bởi Chitosan-mPEG 24

Hình 1.21. Phản ứng tạo gắn anhidride succinic lên PNS (PNS-APTES-COOH) 24

Hình 1.22. Phản ứng hoạt hóa PNS-APTES-Succinic bằng EDC 25

Hình 1.23. Phản ứng tạo liên kết PNS-APTES-Anhydride succinic với gelatin 25

Hình 1.24. Phản ứng tổng hợp gelatin-mPEG. 27

Hình 1.25. Phản ứng tạo liên kết PNS-APTES-Anhydride succinic với Gelatin-mPEG 27

Hình 1.26. Phản ứng tạo PNS-SS-COOH 28

Hình 1.27. Phản ứng hoạt hóa PNS-SS-COOH với EDC 28

Hình 1.28. Phản ứng tổng hợp chất mang thuốc PNS@CS-PEG 29

Hình 2.1. Mô tả qui trình tổng hợp porous nano silica (PNS) 31

Hình 2.2. Sơ đồ qui trình tổng hợp nano silica xốp (PNS) bằng phương pháp sol-gel 32

Hình 2.3. Qui trình tổng hợp nano silica xốp (PNS) bằng phương pháp kết tủa 33

Hình 2.4. Qui trình tổng hợp PNS-GPTMS 34

Hình 2.5. Sơ đồ tổng hợp PNS-APTES 35

Hình 2.6. Quy trình tổng hợp PNS-GPTMS-Hydrazine 36

Hình 2.7. Hoạt hóa mPEG bằng NPC 37

Hình 2.8. Qui trình tổng hợp Chitosan-mPEG 38

Hình 2.9. Qui trình tổng hợp PNS-GPTMS-CS-mPEG. 39

Hình 2.10. Quy trình tổng hợp PNS-APTES-succinic anhydrid 39

Hình 2.11. Qui trình tổng hợp PNS-APTES-COOH-GE 40

Hình 2.12. Hoạt hóa mPEG bằng NPC 41

Hình 2.13. Qui trình tổng hợp Gelatin-mPEG 42

Hình 2.14. Qui trình tổng hợp PNS-APTES-COOH-GEL-mPEG 43

Hình 2.15. Sơ đồ quy trình mang 5-FU 46

Hình 2.16. Sơ đồ quy trình mang DOX 47

Hình 3.1. Ảnh hưởng của TEOs lên kích thước hạt 50

Hình 3.2. Ảnh hưởng của ethanole lên kích thước hạt 50

Hình 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ amoniac lên kích thước hạt 51

Hình 3.4. Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của nanosilica xốp (PNS) 51

Hình 3.5. Ảnh SEM của nano silica xốp (PNS) tổng hợp bằng phương pháp kết tủa 52

Hình 3.6. So sánh giản đồ XRD của nano silica xốp tổng hợp bằng phương pháp kết tủa (a) và bằng phương pháp sol-gel (b). 53

Hình 3.7. So sánh phổ FT-IR của nano silica xốp (PNS) tổng hợp bằng phương pháp sol-gel và bằng phương pháp kết tủa 54

Hình 3.8. Ảnh TEM của PNS-GPTMS (A, A’) và PNS-GPTMS-Hydrazine (B, B’) 56

Hình 3.9. FTIR của PNS (a), PNS-GPTMS(b) và PNS-GPTMS-Hydrazine (c) 57

Hình 3.10. Ảnh TEM của PNS-GPTMS-CS-mPEG 57

Hình 3.11. Kết quả FTIR của a) Nano silica xốp (PNS); b)PNS-GPTMS; c) PNS-GPTMS – Cs-mPEG; d) Cs-mPEG 58

Hình 3.12. Giản đồ TGA của PNS-GPTMS (a) và PNS-GPTMS-Cs-mPEG (b) 59

Hình 3.13. FTIR của (a) PNS, (b) PNS-APTES, (c) PNS-APTES-COOH, (d) PNS-APTES- COOH-GE 61

Hình 3.14. Ảnh TEM của vật liệu nano silicate sau khi biến tính bằng gelatin 61

Hình 3.15. Ảnh TEM, sơ đồ phân bố kích thước hạt của vật liệu nano silicate trước biến tính(a,b) và sau biến tính bằng GEL-mPEG (c,d) 62

Hình 3.16. Giản đồ XRD góc nhỏ của (a) PNS (CTAB), (b) PNS-COOH, and (c) PNS- GEL-mPEG 63

Hình 3.17. FTIR của (a) PNS, (b) PNS-APTES, (c) PNS-APTES-COOH, (d) GEL-mPEG, and (e) PNS-GEL-mPEG 64

Hình 3.18. Giản đồ TGA của PNS; PNS-APTES-COOH; GEL-mPEG và PNS-GPTMS- GEL-mPEG 65

Hình 3.19. Đường đẳng nhiệt hấp phụ BET của hệ PNS-GPTMS-GEL-mPEG 65

Hình 3.20. Ảnh TEM của vật liệu PNS@CS-PEG và sơ đồ phân bố kích thước hạt 66

Hình 3.21. FT-IR của (a) PNS và (b) PNS@CS-PEG 67

Hình 3.22.Đồ thị tương quan giữa diện tích bề mặt (BET) và kích thước hạt (TEM) của hệ PNS trước và sau biến tính 68

Hình 3.23. Đường chuẩn 5-FU 69

Hình 3.24. Đường chuẩn thuốc DOX 70

Hình 3.25. Tỉ lệ giữa thuốc và chất mang 71

Hình 3.26. Phổ HPLC của 5-FU (a) và HPLC của hệ PNS mang 5-FU giải phóng (b) 72

Hình 3.27. Đồ thị mô tả khả năng giải phóng thuốc DOX của hệ PNS ở pH 4,5 và pH 7,4

.............................................................................................................................................. 74

Hình 3.28. HPLC của 5-FU (a) và HPLC của hệ PNS-Hydrazine mang 5-FU giải phóng (b)

.............................................................................................................................................. 75

Hình 3.29. Đồ thị mô tả khả năng giải phóng thuốc DOX của hệ PNS-Hydrazine ở pH 4,5 và pH 7,4 78

Hình 3.30. Quá trình giải phóng thuốc DOX của hệ PNS-Hydrazine ở pH 4,5 và pH 7,4

.............................................................................................................................................. 78

Hình 3.31. Phổ HPLC của 5-FU (a) và HPLC của hệ PNS-GPTMS-CS-mPEG mang 5-FU giải phóng (b) 80

Hình 3.32. Đồ thị mô tả khả năng giải phóng thuốc DOX của hệ PNS-GPTMS-CS-mPEG

.............................................................................................................................................. 82

Hình 3.33. Phổ HPLC của 5-FU (a) và HPLC của hệ PNS-APTES mang 5-FU giải phóng (b) 84

Hình 3.34. Đồ thị mô tả khả năng giải phóng của PNS-APTES 85

Hình 3.35. Phổ HPLC của 5-FU (a) và HPLC của hệ PNS-APTES-COOH-GE mang 5-FU giải phóng (b) 88

Hình 3.36. Đồ thị so sánh khả năng giải phóng DOX của PNS-APTES-COOH-GE 89

Hình 3.37.Phổ HPLC của 5-FU (a) và HPLC của hệ PNS-GEL-mPEG mang 5-FU giải phóng (b) 90

Hình 3.38. So sánh giải phóng DOX của PNS và PNS-GEL-mPEG tại pH 7,4 và 4,5 ... 92 Hình 3.39. Đồ thị so sánh khả năng DOX của PNS và PNS-GEL-mPEG tại pH 7,4 94

Hình 3.40. So sánh giải phóng DOX của PNS@CS-PEG tại pH 7,4 và 4,5 95

Hình 3.41. Hoạt tính ức chế tế bào MCF-7 (ung thư vú) của (a) DOX và (b) PNS-APTES- COOH-GE mang DOX 99

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1. Tên hóa chất và nơi xuất xứ 30

Bảng 3.1. Số liệu tương quan giữa diện tích bề mặt (BET) và kích thước hạt (TEM) của hệ PNS trước và sau biến tính 67

Bảng 3.2. Số liệu đường chuẩn thuốc 5-FU 69

Bảng 3.3. Số liệu đường chuẩn thuốc DOX 70

Bảng 3.4. Số liệu khảo sát tỷ lệ giữa thuốc DOX và chất mang 70

Bảng 3.5. Kết quả giải phóng DOX của hệ PNS 73

Bảng 3.6. Số liệu biểu thị khối lượng thuốc được mang trong 60 mg hạt 74

Bảng 3.7. So sánh DLE và DLC của PNS và PNS-GPTMS-Hydrazine mang thuốc 5FU . 75 Bảng 3.8. Kết quả giải phóng DOX của hệ PNS GPTMS-Hydrazine 77

Bảng 3.9. Lượng thuốc 5-FU tự do của hệ PNS-GPTMS-CS-mPEG 79

Bảng 3.10. Kết quả đo thuốc DOX tự do của hệ PNS-GPTMS-CS-mPEG 81

Bảng 3.11. So sánh số liệu DLE và DLC của PNS-GPTMS-CS-mPEG và PNS 81

Bảng 3.12. Dữ liệu cho thấy khả năng giải phóng thuốc DOX của hệ PNS-GPTMS-CS- mPEG ở pH=7,4 và pH=4,5 81

Bảng 3.13. Khối lượng thuốc tự do và được mang trong 60 mg chất mang PNS-APTES 83

Bảng 3.14. Hiệu suất mang thuốc và khả năng chứa thuốc 5-FU của hạt nano silica xốp đã biến tính (PNS-APTES) so sánh với PNS chưa biến tính 83

Bảng 3.15. Số liệu giải phóng DOX của PNS-APTES tại pH 7,4 và 4,5 85

Bảng 3.16. Kết quả đo dung dịch A và B (trước và sau mang thuốc 5-FU của hệ PNS- APTES-Anhydrid Succinic-GE) 87

Bảng 3.17. Số liệu giải phóng DOX của hệ PNS- APTES-COOH-GE tại pH 7,4 và 4,5... 88

Bảng 3.18. Số liệu biểu thị khối lượng thuốc 5-FU được mang trong 60 mg PNS-GEL- mPEG 90

Bảng 3.19. Khả năng giải phóng DOX của hệ PNS-GEL-mPEG ở pH=7,4 và pH=4,5 91

Bảng 3.20. So sánh khả năng giải phóng DOX của hệ PNS và PNS-GEL-mPEG ở pH=7,4

..................................................................................................................................... 93

Bảng 3.21. Dữ liệu cho thấy khả năng giải phóng thuốc DOX của hệ PNS@CS-PEG ở pH=7,4 và pH=4,5 95

Bảng 3.22. So sánh hiệu suất mang thuốc và khả năng giải phóng thuốc DOX của PNS và các hệ PNS biến tính 97

Bảng 3.23. So sánh hiệu suất mang thuốc và khả năng giải phóng 5-FU của PNS và các hệ PNS biến tính 98

Bảng 3.24. Giá trị IC50 của chất mang DOX và DOX tự do trên các dòng tế bào 99

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Từ viết đầy đủ

APTES (3-aminopropyl)triethoxysilane

CTAB Cetyltrimethylamnonium bromide

CS Chitosan

GEL hoặc GE Gelatin

Da Dalton

DOX Doxorubicin

5-FU Fluorouracil

DLS Dynamic light scattering

EDC 1-3 Dimethylamino-5-ethyl carbodimide

Et Ethyl

EtOH Ethanol

FT-IR Fourier transform infrared spectroscopy (phổ hồng ngoại)

Gelatin GEL hoặc GE

mPEG Methoxy ethyleneglycol

MSN Nano silica mesoporous

NPC p-nitrophenyl carbonate

PEG Poly ethyleneglycol

PNS Porous nano silicas

PBS Phosphate buffered saline

TEOS Tetraethyl orthosilicate

THF Tetrahydrofuran

TGA Thermogravimetric analysis

TEM Transmission electron microscopy

UV-Vis Ultraviolet-visible

XRD X-ray powder diffraction

Theo đánh giá thống kê của GLOBOCAN năm 2020, tình hình mắc và tử vong do ung thư trên toàn thế giới có xu hướng tăng. Việt Nam là quốc gia có tỷ lệ mắc ung thư thuộc loại cao trên thế giới, ước tính có 182 563 ca mắc mới và 122 690 ca tử vong do ung thư. Vậy cứ 100 000 người thì có 159 người chẩn đoán mắc ung thư và 106 người tử vong do ung thư (nội dung trích từ cổng thông tin điện tử của Bộ Y tế). Ung thư đem lại gánh nặng cho nền kinh tế quốc gia.

Việc chữa trị bệnh ung thư với các phương pháp khác nhau như phẫu thuật, xạ trị, hóa trị liệu, sinh trị liệu,… nhưng phổ biến hơn là hóa trị liệu. Sử dụng hóa chất trong điều trị ung thư có ưu điểm là tiêu diệt tế bào ung thư đang phát triển và nhân lên nhanh chóng, làm cho khối u ung thư dần bị suy thoái. Nhưng các tác dụng phụ của phương pháp hóa trị theo cách truyền thống là cực kỳ nguy hiểm cho bệnh nhân. Cụ thể là, sau khi đưa thuốc vào cơ thể một phần lượng thuốc sẽ bị chuyển hóa tại gan hoặc bị thải trừ ở thận, chỉ có một lượng nhỏ thuốc đến tiêu diệt tế bào ung thư và phần còn lại phân bố vào các cơ quan khác của cơ thể làm hại cho tế bào lành, gây cho người bệnh những tác dụng phụ buồn nôn, suy tủy, rụng tóc…Trong mười năm gần đây, nhiều nghiên cứu về vật liệu nano ứng dụng trong lĩnh vực y sinh đang phát triển mạnh mẽ với mong muốn tìm những hệ dẫn truyền thuốc thông minh có thể mang thuốc đến đúng tế bào bệnh và giải phóng đúng mục tiêu, làm giảm thiệt hại cho các bệnh nhân trong điều trị ung thư, thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học trên khắp thế giới.

Có rất nhiều vật liệu nano đã và đang được nghiên cứu, trong số đó nano silica nổi bật bởi những đặc tính như tính tương thích sinh học cao, khả năng phân hủy sinh học vượt trội, dễ đào thải, dễ tổng hợp, dễ biến tính, kích thước và cấu trúc ổn định, diện tích bề mặt và thể tích lỗ xốp lớn[1, 2]. Tuy nhiên, chính vì thể tích lỗ xốp lớn, thuốc dễ mang vào thì cũng dễ dàng rò rỉ ra trong quá trình mang thuốc lưu thông trong hệ tuần hoàn, như thế sẽ không đạt được mong muốn là dẫn truyền thuốc đúng mục tiêu là tế bào bệnh. Do đó, cầnbiến tính bề mặt hạt nano silica bởi các polymer thiên nhiên với mong muốn tăng hiệu suất mang thuốc, duy trì thời gian mang thuốc và giải phóng đến đúng mục tiêu. Trên cơ sở đó đưa ra đề tài “Nghiên cứu biến tính bề mặt nano silica làm chất mang thuốc chống ung thư” với hi vọng tìm ra một hệ mang thuốc chống ung thư hiệu quả hơn.