Chế tạo thuốc tấn công toàn diện khối u
Sự phân bố của các thuốc điều trị ung thư tới vị trí bệnh có thể được thực hiện bằng hai cách chính: Tiêm thuốc vào hệ tuần hoàn hoặc tiêm trực tiếp tại vị trí khối u. Ưu điểm của việc tiêm tại chỗ là các thuốc dạng nano được thiết kế đơn giản hơn, không đòi hỏi thiết kế hướng đích đến tế bào và đẩy nhanh quá trình điều trị. Tuy nhiên, để đưa thuốc này đến vị trí khối u cũng gặp nhiều khó khăn vì đa số các khối u đều nằm bên trong cơ thể, nhiều vị trí không thể tiếp cận được bằng các phương pháp thông thường mà phải thông qua phẫu thuật.
Sử dụng công nghệ nano trong điều trị ung thư được nghiên cứu rộng rãi hiện nay.
Mặt khác, tiêm vào tĩnh mạch và sử dụng hệ tuần hoàn để phân bố thuốc dễ thực hiện hơn so với tiêm trực tiếp vào vị trí khối u. Tuy nhiên, khi sử dụng phương pháp này, các thuốc nano phải được thiết kế sao cho thuốc phải tập trung phân bố ở vị trí khối u. Các thiết kế hướng đích của thuốc nano:
Hướng đích không đặc hiệu: Việc khám phá ra sự bất thường về mặt giải phẫu và chức năng sinh lý của mao mạch ở các khối u đã đặt ra nền tảng cho việc ứng dụng các hạt có kích thước nano trong điều trị ung thư. Trong đó, khi các tế bào khối u nhân lên đến kích thước nhất định, do nhu cầu lớn về ôxy và chất dinh dưỡng để khối u phát triển nên hệ thống mạch máu, mao mạch trong khối u cũng phát triển đột biến so với các mô, cơ quan khác. Các mạch máu này bất thường về hình dạng, bị giãn hoặc bị rò rỉ do các tế bào nội bào không được sắp xếp một cách trật tự và tạo những “lỗ thủng” trong hệ thống mao mạch. Nhờ vào khuyết điểm về mặt giải phẫu này, các hạt có kích thước bé từ 10 - 200nm có thể xâm nhập hệ thống mao mạch của khối u trong khi chúng không thể xâm nhập các mô, cơ quan bình thường. Hơn nữa, các hạt có kích thước bé này cũng bị giữ lại trong mô lâu hơn dẫn đến sự tích lũy của các hạt nano trong vùng mô bệnh lý. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng thẩm thấu và lưu giữ tăng cường, đây là nền tảng cho sự phân bố hướng đích các thuốc có kích thước bé đến vị trí các mô bệnh lý. Nhờ hiệu ứng này, các thuốc điều trị ung thư khi được bào chế ở dạng nano có thể đạt được nồng độ rất cao tại vị trí khối u (gấp 10 - 50 lần các mô bình thường).
Hướng đích đặc hiệu: Một trong những dấu hiệu của ung thư là sự đặc trưng của các tế bào hình thành khối u hoặc các tế bào di căn của mô bị ung thư. Những tế bào này thường cho thấy những đặc điểm mà những tế bào khác trong cơ thể không có và một trong những đặc điểm dễ nhận thấy nhất là khả năng phân chia.
Khối tế bào không bị kiểm soát thường trực tiếp hoặc gián tiếp dẫn đến sự xuất hiện của những phân tử sinh học đặc trưng có thể được sử dụng để phát hiện ra các tế bào ung thư trong cơ thể. Các phân tử sinh học đặc trưng cho khối u có thể là các kháng nguyên hoặc receptor bề mặt của tế bào. Nhiều loại receptor chỉ có mặt trên tế bào ung thư hoặc có số lượng nhiều hơn đáng kể so với các tế bào khác. Ngoài ra, một số phân tử sinh học khác như các peptide, aptamer, kháng thể đơn dòng cũng có thể được khai thác để làm các chỉ thị sinh học. Các thuốc hoặc các chất mang nano được chức năng hóa bởi các hợp chất hoặc các phân tử sinh học có khả năng gắn đặc hiệu với các phân tử sinh học đặc trưng trên bề mặt của tế bào khối u. Thêm vào đó, các tính chất vật lý, hóa học đặc biệt của các hạt nano còn làm tăng hiệu quả ứng dụng điều trị hoặc chẩn đoán thông qua đặc điểm hấp thụ, điện và quang.
Ứng dụng các hạt nano tạo năng lượng nhiệt loại bỏ khối u
Các hạt nano từ tính thể hiện tính chất từ, khi các hạt nano này tiếp xúc với từ trường sử dụng từ trường xoay chiều để các hạt nano dao động tại chỗ, sinh ra nhiệt cục bộ. Năng lượng nhiệt này cũng được ứng dụng để loại bỏ các tế bào khối u. Năng lượng nhiệt cũng được tạo ra từ các hạt nano kim loại hoạt động trong môi trường ngoài sử dụng ánh sáng hồng ngoại và sóng tần số vô tuyến. Kim loại đặc biệt là vàng có khả năng tương tác với môi trường ngoài như sóng điện từ như ánh sáng, tần số vô tuyến và cả tia X. Khi gặp bước sóng hoặc tần số thích hợp, các hạt kim loại ở kích thước nano thể hiện tính chất đặc biệt gọi là hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt (surface plasmon resonance-SPR), là sự dao động của các electron trên bề mặt phân tử tiếp xúc với môi trường ngoài. Plasmon bề mặt là sóng điện từ và chúng sẽ di chuyển theo hướng song song với kim loại và bề mặt tiếp xúc. Để làm tăng hiệu ứng SPR thì sự tăng độ lớn của các dao động phải làm tăng hiệu ứng phân tán của các electron và biến môi trường bên ngoài thành nhiệt. Các hạt nano vàng và bạc là những chất hoạt động gây ra hiệu ứng SPR rõ nhất. Vàng an toàn khi được đưa vào cơ thể. Các tấm chắn bằng vàng giống như các hạt nano vàng trong khả năng tạo hiệu ứng SPR với các bước sóng ánh sáng khác nhau. Các sóng tần số vô tuyến kích thích sự tạo nhiệt từ các hạt nano kim loại nhờ vào sự kích thích các ion kim loại làm cho các ion này dao động và tạo nhiệt.
Các ống nano carbon đã được các nhà khoa học mô tả như những tấm graphane cuộn lại với nhau tạo thành các ống hình trụ. Tính chất điện của các ống nano tạo nên sự hấp dẫn tĩnh điện giữa các ống. Chúng tồn tại ở dạng đơn thành và đa thành tùy thuộc vào phương pháp tổng hợp. Trong môi trường sóng tần số vô tuyến chúng hoạt động như những anten. Sự hấp thụ tần số vô tuyến của các ống nano sẽ tạo nên năng lượng nhiệt. Năng lượng nhiệt được tạo ra bởi các ống nano carbon hoặc các tấm chắn bằng vàng này được ứng dụng trong các phương pháp loại bỏ khối u trong cơ thể bằng cách hòa tan vào các môi trường sinh học tại vị trí khối u và loại bỏ các tế bào khối u này bằng năng lượng nhiệt, vì tổ chức sinh học như các tế bào sẽ chết ở nhiệt độ trên 40oC và tổn thương không hồi phục khi nhiệt độ cao hơn 45oC.
