Hạt nano chữa bệnh

Các kích thước đưa ra trên đây giúp chúng ta hình dung được hạt kích cỡ nanomet có khả năng len lỏi vào khắp nơi trong cơ thể và nếu biết cách, con người có thể trao cho hạt nano những nhiệm vụ y học tỉ mỉ đến tận từng tế bào, từng protein…

Khi nói về công nghệ nano trong y tế, người ta hay nhắc đến một bộ phim khoa học giả tưởng lý thú tên là “Cuộc du hành kỳ diệu” (The fantastic voyage). Bộ phim mô tả một đoàn bác sỹ, y tá giỏi được trang bị đầy đủ dao, kéo, thuốc thang, dụng cụ khám và chữa bệnh bỗng chốc hoá thân thành những người tí hon đi vào trong cơ thể, đi dọc theo những mạch máu lớn cho đến các huyết quản li ti, tới mọi nơi trong cơ thể. Gặp những tế bào hư hỏng họ sửa chữa; kiểm tra cho đến tận protein của tế bào, thấy chỗ nào, protein nào có bệnh tật, hư hỏng thì sửa chữa, điều trị, nếu hư hỏng quá nhiều thì họ cắt bỏ, thay cái mới, cái tốt vào, những cái thừa ra thì loại bỏ, những cái thiếu thì bổ sung…

Đó là chuyện giả tưởng. Nhưng chính hiện nay người ta đang tìm cách biến các hạt nano thành các bác sĩ, y tá tí hon như vậy. Dưới đây chúng ta cùng xem xét một vài ví dụ cụ thể đã làm được trong thời gian gần đây:

Hạt nano chữa bệnh ung thư

Bệnh ung thư bắt đầu bằng một số tế bào trong cơ thể phát triển theo cách không điều khiển được (quá giới hạn phân chia tế bào thông thường), xâm lấn phá hoại các tế bào lân cận, có khi lây lan ra chỗ khác theo máu. Phần lớn là chúng phát triển, tụ tập lại thành các u ung thư nhưng cũng có thể phân tán, không tạo rau.

Cái khó của việc chữa bệnh ung thư là không phát hiện được sớm, lúc mới chỉ có một nhóm nhỏ hình thành. Mặt khác, rất khó tiêu diệt tế bào ung thư mà không làm hủy hoại tế bào lành.

Năm 2005, các nhà khoa học ở Viện Công nghệ Georgiavà Đại học Californiaở San Francisco (Mỹ) đã công bố rằng, hạt nano vàng có thể dùng để phát hiện sớm ung thư một cách dễ dàng. Đó là vì các tế bào ung thư luôn có một loại protein gọi tắt là EFGR (Epidermal Growth Factor Receptor) bám nhiều lên trên bề mặt, còn các tế bào lành thì không có. Do hạt nano vàng có tính chất tán xạ mạnh ánh sáng nên đính thêm kháng thể của EFGR vào các hạt nano vàng rồi trộn với dung dịch tiêm vào cơ thể thì kháng thể của EFGR khi gặp tế bào ung thư sẽ bám chặt vào các protein EFGR dính ở mặt ngoài. Vì vậy, chỗ nào có tế bào ung thư thì có hạt vàng, còn ở các tế bào lành thì không có. Với kính hiển vi thường dùng ánh sáng trắng, nếu quan sát kỹ thì những chỗ có hạt nano vàng tập trung sẽ thấy sáng lên, đó là chỗ có tế bào ung thư.

Hạt vàng ở đây hình cầu, đường kính 35 nanomet. Cách này phát hiện tốt các tế bào ung thư da, khó phát hiện những tế bào ung thư ở sâu bên trong và chưa tiêu diệt được các tế bào ung thư.

Tháng 3.2009, các nhà khoa học của Đại học Californiaở Santa Cruz lại công bố cách dùng hạt nano vàng tìm tế bào ung thư để tiêu diệt. Nguyên do là khi chiếu tia hồng ngoại vào, cũng như đối với nhiều loại hạt khác, hạt nano vàng hấp thụ tia hồng ngoại và nóng lên. Nhưng đối với mỗi bước sóng của tia hồng ngoại có một kích thước (đường kính) phù hợp của hạt nano vàng, có hiện tượng hấp thụ cộng hưởng xảy ra: Hạt nano vàng rất nóng. Lợi dụng hiện tượng này, người ta chế tạo hạt nano vàng hình cầu rỗng (vì tia hồng ngoại chỉ làm nóng lớp mặt ngoài) đường kính cỡ 30-50 nanomet. Khi đính các kháng thể vào các hạt nano vàng này rồi cho vào cơ thể, chúng chỉ tập trung bám dính vào những tế bào ung thư. Chiếu tia hồng ngoại có bước sóng thích hợp vào, do hấp thụ cộng hưởng, các hạt nano vàng rất nóng làm tiêu diệt tế bào ung thư, còn các tế bào lành ở xung quanh nóng lên không đáng kể. Tất nhiên, khi điều trị phải chọn chế độ thích hợp. Người ta thấy rằng chỉ cần làm nóng tế bào ung thư cao hơn nhiệt độ bình thường của cơ thể khoảng 6-7 ⁰C là có thể tiêu diệt được mà không ảnh hưởng đến các tế bào lành.

Cách mới nhất dùng hạt nano vàng để điều trị ung thư là của các nhà khoa học ở Đại học Washington (Mỹ), được đưa ra vào tháng 8.2009. Nhằm dễ theo dõi các hạt vàng khi đã đi vào sâu trong cơ thể, các nhà khoa học đã dùng cái gọi là “chấm lượng tử” (quantum dot) để đánh dấu. Chấm lượng tử thật ra chỉ là hạt bán dẫn nhỏ cỡ nanomet. Khi kích thước hạt nhỏ đến mức này thì nhiều hiệu ứng lượng tử xảy ra. Ví dụ, khi chiếu tia hồng ngoại vào thì tuỳ thuộc kích thước chấm lượng tử có thể phát ra ánh sáng đơn sắc màu đỏ, màu xanh… rất mạnh nhưng chấm lượng tử phải cách điện với xung quanh vì nếu tiếp xúc với chất dẫn điện thì không phát ra ánh sáng nữa. Vì vậy, người ta làm hạt nano vàng có chấm lượng tử phát sáng như sau: Làm hạt bán dẫn hình cầu (chấm lượng tử) đường kính độ 5-6 nanomet. Bên ngoài hạt bán dẫn cho các chuỗi polyme cách điện mọc đều lên và cuối cùng phủ lên một lớp vàng mỏng, thế là có được một quả cầu rỗng bằng vàng đường kính độ 15-20 nanomet, ở giữa có chấm lượng tử cách điện, phát sáng.

Đính peptit kháng thể vào quả cầu vàng nano, đưa vào cơ thể rồi dùng tia hồng ngoại chiếu vào, chỗ nào có hạt nano vàng, chấm lượng tử sẽ sáng lên màu đặc trưng rất dễ phân biệt. Tia hồng ngoại dễ đi sâu vào dưới da cũng như màu đặc trưng của chấm lượng tử phát sáng mạnh nên dễ quan sát được các tế bào ung thư ở sâu bên trong. Khi cần tiêu diệt những tế bào ung thư ở khu vực nào thì chiếu tia hồng ngoại vào khu vực đó. Hạt nano vàng ở đây cùng một lúc làm nhiều nhiệm vụ và còn chống được các hiệu ứng phụ vì nó bao bọc kín hạt bán dẫn (hạt bán dẫn nano có khi có hại cho cơ thể, còn hạt vàng rất dễ thích ứng với cơ thể và vô hại).

Hạt nano dẫn thuốc

Uống thuốc, tiêm dưới da/vào mạch máu… là các cách thường dùng để đưa thuốc vào cơ thể. Trong thuốc có 2 phần: Dược chất (tức là chất thuốc thực sự) và chất dẫn thuốc gồm các hạt (mang dược chất). Khi thuốc được uống hoặc tiêm vào cơ thể người, các hạt mang dược chất đưa các phân tử dược chất đến các tế bào của bộ phận cần điều trị của cơ thể.

Dược chất giữ vai trò quyết định hàng đầu nhưng việc dẫn thuốc sao cho dược chất đến đúng nơi cần điều trị cũng không kém phần quan trọng. Từ chỗ thuốc bắt đầu vào cơ thể (uống vào miệng, tiêm vào bắp thịt hay vào ven…) đến chỗ cần điều trị (tức là nơi cần thiết để các phân tử dược chất tác dụng lên tế bào) là quãng đường khá xa, ngoằn ngoèo. Trong quá trình này thường xảy ra hiện tượng các phân tử dược bị rơi vãi dọc đường, nơi cần thì đến ít, thậm chí là không đến, còn nơi không cần lại tập trung nhiều. Phỏng tính thì mỗi năm trên thế giới mất đi 65 tỷ USD do chất dẫn thuốc không đưa được dược chất đến đúng nơi cần trong cơ thể, để hao hụt lãng phí. Không những tốn kém lãng phí dược chất, việc dẫn thuốc không đến đúng nơi cần thiết còn có thể gây ra những hiệu ứng phụ tai hại.

Phương pháp chung là dùng hạt nano để mang thuốc, tìm cách để hạt nano đưa thuốc đến tận các tế bào bị bệnh. Tốt hơn cả là trên đường đi, dược chất như là bị bọc kín, không tác dụng với bất cứ tế bào nào cả, khi đến khu vực có các tế bào cần điều trị thì cái vỏ bọc dược chất mới mở ra để dược chất tác dụng. Trong các phần sau ta sẽ thấy cụ thể một số trường hợp.

Hạt nano chữa bệnh lao

Bệnh lao do vi trùng lao M-tubercolisis gây ra (loại vi trùng này do bác sĩ Cock tìm ra nên còn gọi là vi trùng Cock). Điểm đặc biệt của vi trùng lao là có lớp vỏ sừng, khó tấn công tiêu diệt. Trước đây, lao thuộc “tứ chứng nan y” (phong, lao, cỗ, lại) nhưng sau này có thuốc trị lao rất hữu hiệu. Tuy nhiên, phác đồ điều trị bệnh lao phải rất công phu: Uống nhiều thứ thuốc trong một thời gian tương đối dài (khoảng 8-9 tháng), nếu sơ suất uống thuốc không đúng liều lượng, để ngắt quãng thì không những bệnh không lành mà sau này vi trùng kháng thuốc, bệnh không chữa được.

Công trình nghiên cứu của các nhà khoa học Nga và Mỹ phối hợp đăng ở tạp chí Hô hấp và Y học dự phòng của Mỹ năm 2005 đã cho thấy ưu điểm của việc dùng các hạt nano để dẫn thuốc cho hoá trị liệu bệnh lao. Ở đây vật liệu thích ứng sinh học và phân huỷ sinh học như lipid (chất béo), gelatin, albumin… được dùng để làm thành những hạt hay những túi nano đường kính vào cỡ từ hàng chục đến hàng trăm nanomet. Các dược chất chuyên để trị vi trùng lao được tẩm vào các hạt nano đó hoặc đặt trong hạt nano rỗng (túi nano).

Vì hạt nano nhỏ nên có thể nhờ các hạt nano này dẫn thuốc vào cơ thể theo nhiều cách: Tiêm, uống, thậm chí hít thở. Điểm đặc trưng của các hạt nano là nhỏ, diện tích mặt ngoài lớn nên chứa các dược chất trị lao có thể nhiều gấp 10 lần (so với thông thường không dùng hạt nano, tính cùng thể tích hoặc khối lượng thuốc). Khi đưa vào cơ thể, do kích thước nhỏ nên các hạt nano này len lỏi rất nhanh vào cả các vi quản li ti mà các hạt to cỡ hàng chục micromet không đi qua được. Hơn nữa, do kích thước hạt nhỏ nên chúng vào tận tế bào, len lỏi vào các hốc nhỏ. Vì hạt nano dẫn thuốc làm bằng chất liệu đã chọn, nên một mặt chúng không bị đẩy ra (tương thích sinh học - biocompatible), mặt khác, nó bị phân hủy (phân hủy sinh học - biodegradable).

Thử nghiệm trên chuột cho thấy, không cần đến 9-10 tháng (như người) mà chỉ cần 6-8 tuần sau khi cho uống thuốc (bằng miệng) thì tất cả vi trùng lao của chuột đã bị tiêu diệt hết.

Hạt nano từ chữa ung thư

Phương pháp này được công bố trên tạp chí “Dược học phân tử” ngày 27.7.2006. Ở đây, người ta dùng các hạt nano oxyt sắt, bao bọc bởi các phân tử polyme sinh học có đính thêm kháng thể dễ bám dính vào tế bào ung thư.

Sau khi cho các hạt nano này vào cơ thể, người ta dùng từ trường bên ngoài phụ thêm vào để đẩy các hạt nano này chuyển động hướng đến các tế bào ung thư và bám dính vào đấy. Khi bị tác dụng của sóng điện từ, các hạt nano oxyt sắt dao động mạnh, nóng lên, làm tiêu diệt tế bào ung thư. Như vậy là các hạt nano từ được cả kháng thể lẫn từ trường một chiều ở ngoài hỗ trợ để đến và bám dính vào đích (target) là các tế bào ung thư và các hạt nano này chỉ nóng lên để tiêu diệt tế bào ung thư, không tiêu diệt tế bào lành. Cách dùng sóng điện từ mạnh (có thể là ánh sáng laser) để làm các hạt từ nóng lên, tiêu diệt tế bào ung thư thường được gọi là phương pháp điều trị động lực học ánh sáng (photodynamic therapy).

Hạt nano canxi chữa loãng xương

Xương rất cần đầy đủ canxi để cứng cáp. Người có xương thiếu canxi không phải là trong thực phẩm ăn uống thiếu canxi mà là do canxi không hấp thụ vào xương được.

Người ta đã phát hiện ra rằng, canxi ở dạng hạt nano vì quá nhỏ nên khi uống vào sẽ theo máu và thực hiện chuyển động Brown trong máu rất mạnh (chuyển động Brown là chuyển động của các hạt rất nhỏ do bị va chạm không đều của các phân tử chuyển động nhiệt ở xung quanh).

Người ta đã thử nghiệm đối với một người 56 tuổi bị bệnh loãng xương (Osteoporosis) ngồi và đi đều khó. Sau 6 tháng uống Nano-Calcium (tức là loại thuốc viên trong có nhiều hạt canxi kích cỡ nanomet), mật độ của xương tăng lên rõ rệt và đi lại dễ dàng.

Rất khó điều chế khoáng vật canxi thành hạt nano thích hợp cho y tế. Người ta thường dùng hạt nano canxi lấy từ vỏ hàu, sinh vật tự nhiên.