Trong những năm qua, các vật liệu nano đã được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực trong cuộc sống như công nghiệp (chất nhuộm, thiết bị điện tử), công nghệ mỹ phẩm, công nghệ thực thẩm, y học, nông nghiệp… Sự phát triển của công nghệ nano trong lĩnh vực y học được gọi là nanomedicine, có vai trò rất quan trọng trong điều trị các bệnh hô hấp.
Vật liệu nano là gì?
Thuật ngữ “nano” dùng để chỉ các cấu trúc trong khoảng từ 1 - 100nm. Các hạt nano (nanoparticles) có đường kính từ 1 - 100nm. Vật liệu nano có thể bao gồm các nguyên tố lớn hơn 100nm nhưng cần phải được cấu trúc trong kích cỡ nano và biểu hiện tính chất đặc trưng của cấu trúc nano. Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế đã đưa ra định nghĩa vật liệu nano là một vật liệu có 1, 2 hoặc 3 kích thước ngoài nằm trong kích thước nano. Vật liệu nano có diện tích bề mặt cực lớn so với tỷ lệ thể tích, vì vậy, một số chúng có phản ứng hoặc hoạt tính xúc tác mạnh.
Ứng dụng của công nghệ nano trong điều trị bệnh lý hô hấp
Công nghệ nano đưa ra cách tiếp cận mới trong điều trị các bệnh hô hấp. Bên cạnh đó, nghiên cứu các tác động hô hấp của các vật liệu nano giúp hiểu được tác động của khí thải và các hạt bụi siêu mịn tới sức khỏe con người bởi phổi là cửa ngõ quan trọng nhất của các hạt nano để tới các cơ quan trong cơ thể người. Những ứng dụng của công nghệ nano trong các bệnh hô hấp bao gồm: chẩn đoán bệnh, đặc biệt trong chẩn đoán hình ảnh cho bệnh hô hấp; điều trị (phân phối thuốc tới đích, gene liệu pháp; phẫu thuật tạo hình).
Công nghệ nano trong phát triển các thuốc điều trị ung thư phổi.
Các bệnh phổi tắc nghẽn: Trong hen phế quản, selectin làm xuất hiện quá trình viêm và tăng phản ứng đường thở. Các nghiên cứu cho thấy vai trò của protein gắn hạt nano đối kháng với selectin có tác dụng chống viêm trong hen phế quản và bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính. Kumar và cộng sự tại Hoa Kỳ thấy kết quả tốt khi sử dụng các hạt nano gắn Chitosan IFN-genome-pDNA (CIN) trong chẩn đoán và điều trị hen dị ứng ở mô hình động vật. Những nghiên cứu gần đây cho thấy hiệu quả của poly-lactide-co-glycolide (PLGA) dựa trên công nghệ nano để đưa thuốc chọn lọc tới phổi. Các thuốc chống viêm (prednisolon), giãn cơ trơn phế quản đã được chế tạo theo cơ chế đưa thuốc này tới đích ở phổi trong điều trị hen phế quản và bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính.
Bệnh xơ nang (cystic fibrosis): Bệnh xơ nang là bệnh lý di truyền do đột biến gene điều hòa vận chuyển màng xơ nang (cystic fobrosis transmembrane regulator). Tổn thương của bệnh ảnh hưởng đến tất cả các tuyến ngoại tiết, trong đó phổi và tụy là rối loạn chính. Liệu pháp thay thế gene là phương pháp điều trị cơ bản trong bệnh xơ nang. Quá trình sản xuất và thay đổi thành phần cũng như độ quánh của chất nhầy tiết ra trong phổi trong bệnh xơ nang sẽ dẫn đến tắc nghẽn đường thở, phổi dễ bị nhiễm khuẩn tái diễn. Giống như virut, các hạt nano có thể được sử dụng như các vectơ cho gene nhưng chúng ít gây miễn dịch và có khả năng vận chuyển DNA cao hơn. Sử dụng hạt nano nạp DNA đã được ứng dụng điều trị bệnh xơ nang.
Bệnh lao phổi: Một số nghiên cứu đã đánh giá hiệu quả tiềm năng của các hạt nano được sử dụng trong kháng sinh chống lao. Pandey và cộng sự ở Ấn Độ đã nghiên cứu tác dụng của khí dung các kháng sinh chống lao (rifampicine, isoniazid, pirazinamid) gắn với công nghệ nano thấy nồng độ thuốc duy trì ở mức cao từ 6 - 8 ngày trong máu và kéo dài đến 11 ngày trong phổi, thời gian bán thải và sinh khả dụng cao hơn so với đường uống. Các nghiên cứu cho thấy sử dụng thuốc lao gắn với công nghệ nano có những ưu điểm sau: rút ngắn thời gian điều trị; phân phối thuốc tới đích; sử dụng liều lượng thuốc thấp tối thiểu và ngăn ngừa các tác dụng phụ của thuốc.
Ung thư phổi: các nghiên cứu trong những năm gần đây đã tập trung vào ứng dụng công nghệ nano trong việc đưa thuốc tới đích để điều trị ung thư phổi. Thế hệ thuốc đầu tiên là hệ thống phân phối thuốc bằng công nghệ nano làm tăng tính thấm và lưu giữ thuốc (enhanced permeability and retention) như hạt nano gắn paclitaxel polumeric (Genoxol-PM). Thế hệ thuốc thứ hai được cấu tạo đa dạng như: kháng thể đơn dòng đặc hiệu khối u (cetucimab) gắn hạt nano; tác nhân đích aptamer có khả năng gắn các cấu trúc đặc hiệu đích bởi kích thước nhỏ, tổng hợp dễ dàng và không gây đáp ứng miễn dịch; các phân tử nhỏ như folate được sử dụng cho đích các tế bào ung thư (các tế bào ung thư có đậm độ cao thụ thể cho folate). Các protein như transferrin cũng là đích cho tế bào ung thư.
Một hướng khác là các hạt nano gây hiệu ứng tăng nhiệt độ (hyperthermia) dẫn đến phá hủy các khối u phổi.
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung, công nghệ nano đã được ứng dụng trong y học nói chung và trong điều trị bệnh hô hấp nói riêng. Đây cũng là một trong những hướng phát triển tiềm năng của y học trong tương lai.