Thứ hai, 15/06/2009 20:47 (GMT+7)
Nanô y học
Chúng ta thử nhìn lại một số thànhtựu của công nghệ nanô ứng dụng trong y học, gọi tắt là nanô y học. Đối với nhiều nước việc ứng dụng công nghệ nanô mới được đẩy mạnh chưa đầy 20 năm nay, tuy thế khó nói ra được hết những thành tựuứng dụng của công nghệ nanô ngay cả đối với một ngành hẹp. Cũng vậy khó bao quát được thành tựu của nanô y học. Dưới đây chúng ta chỉ nêu một số thí dụ ở một thí dụ ở một vài lĩnh vực phổ biến của yhọc.1. Dẫn thuốc nanôUống thuốc, tiêm thuốc dưới da hoặc tiêm mạch máu v.v… là cách thường dùng để đưa thuốc vào cơ thể. Trong thuốc có hai phần: dược chất tức là chất thuốc thực sự và chất dẫn thuốcgồm các hạt (mang dược chất) hoặc ép thành viên, hoặc nằm trong chất lỏng. Khi thuốc vào người (uống hoặc tiêm) các hạt mang dược chất này đưa các phân tử dược đến các tế bào ở bộ phận cần điều trịcủa cơ thể.Dược chất có vai trò quyết định đã đành nhưng chất dẫn thuốc cũng rất quan trọng. Từ nơi thuốc bắt đầu vào cơ thể người (uống vào miệng, tiêm ven, tiêm dưới da …) đến bộ phận của cơ thểcần điều trị thường là quãng đường khá xa và ngoằn ngoèo nên rất hay xảy ra hiện tượng các phân tử dược bị rơi vãi dọc đường hoặc đến tập trung nhiều vào nơi không cần còn nơi cần điều trị thì đếnrất ít.Điều này không những lãng phí dược chất, hiệu quả điều trị kém mà có khi gây ra hiệu ứng phụ bất lợi. Một thống kê cho thấy đối với các chất dẫn thuốc thông dung lâu nay, mỗi năm tính chunghao phí hết 65 tỷ đô la do chất dẫn thuốc không đưa đúng các phân tử dược đến nơi cần trong cơ thể. Công nghệ dược phẩm đã hình thành từ hàng trăm năm nay, đã có nhiều kinh nghiệm tìm chọn chất dẫnthuốc thích hợp để điều trị có kết quả cao. Tuy nhiên từ khi có công nghệ nanô, một hướng mới, thu được nhiều kết quả là phát huy kích cỡ nanô vào nhiệm vụ dẫn thuốc mà trước đó không có được. Mộtnhận xét chung là khi có các hạt to lại gần thì các tế bào có xu hướng đẩy ra do bản tính tự vệ. Nhưng khi hạt nhỏ đến kích cỡ nanomet thì các tế bào dễ có xu hướng hút và giữ lấy do kích thước nhỏ,dễ tương thích với chỗ hõm, với các mối liên kết móc nối của phân tử tế bào.Các hạt nanô dùng để dẫn thuốc vì là rất nhỏ nên xét hai cụm hạt cùng thể tích thì đối với cụm hạt nanô, diện tích mặtngoài lớn hơn nhiều. Nhờ đó bề mặt hạt nanô mang được dược chất nhiều hơn hạt thường. Người ta thường chọn các chất béo (lypid) hoặc polyme để làm các hạt nanô dẫn thuốc. Nhiều trường hợp có thể chọnđược chất liệu để làm hạt nanô thích hợp sao cho loại hạt nanô này có xu hướng bị bắt giữ bởi các tế bào của một bộ phận bị bệnh nào đó. Lúc đó các hạt nanô mang dược chất sẽ chọn lọc, tập trung vềbộ phận bị bệnh để các tế bào ở đây trực tiếp tiếp nhận dược chất chữa trị. Người ta còn thấy có khả năng hạt nanô mang dược chất không phải bám ở ngoài mà xuyên qua được màng tế bào vào bào tương(cell cytoplasm). Có những dược chất vào đến bào tương mới có hiệu quả thực sự mạnh nên cách nhờ hạt nanô để dẫn thuốc là cách có hiệu quả cao. Phát triển phương pháp đưa thuốc đến nơi cần điều trịtrong cơ thể người ta tìm cách thật hiệu quả để đưa hạt nanô mang thuốc tới đích (nanoparticle targeting). Thí dụ người ta phát hiện được hạt composit có vàng kích thước nanô sẽ tự lựa chọn đích đếnmột số bộ phận của cơ thể tuỳ thuộc vào kích thước và điện tích của hạt nanô. Người ta cho các hạt composit vàng này mang điện dương hoặc âm và thấy rằng hạt composit vàng mang điện dương thì đi vàothận còn hạt composit vàng mang điện âm thì bị giữ lại ở gan và tuỵ. Thử nghiệm cũng cho thấy khi hạt nhỏ đến 5 nanomet thì phần ngoài của các biểu mô sẽ giữ lại lâu dài trong cơ thể. Như vậy có vấnđề đối với hạt nanô: khi có kích thước và điều kiện thích hợp thì làm nhiệm vụ dẫn thuốc đến đích rất tốt nhưng khi kích thước nhỏ đến một mức nào đó thì lại có nguy hiểm gây tích tụ độc hại. Vấn đềhạt nanô dẫn thuốc hiện nay được nghiên cứu rất công phu và đã có nhiều kết quả khích lệ.2. Dùng hạt nano trong chụp ảnh, phát hiện sớm ung thưKích thước nhỏ đến mức nanomet của các hạt tạo ra nhữngtính chất rất có lợi cho việc chữa các bệnh u bướu, đặc biệt là để chụp ảnh phát hiện sớm. Những hạt chất bán dẫn và một số chất phát quang có đặc điểm là khi bị kích thích thì phát ra ánh sáng nhưngmàu sắc phụ thuộc vào kích thước to nhỏ của hạt nanô. Về danh từ chuyên môn người ta thường gọi các hạt nanô đó là các chấm lượng tử (quantum dots) vì khi kích thước nhỏ nhiều hiệu ứng lượng tử xảyra trong đó có hiệu ứng màu sắc thay đổi tuỳ theo kích thước hạt.Thí dụ thường xảy ra hiện tượng các tế bào ung thư rất kém khả năng trao đổi lưu thông bạch cầu. Do đó một số loại hạt kích thước từ10 đến 100 nanomet rất dễ bám vào các tế bào ung thư. Khi cho các hạt nanô phát quang đó vào cơ thể, chúng tập trung vào tế bào ung thư và khi chiếu sóng điện từ vào cơ thể, chỗ có hạt nanô phátquang sẽ sáng lên (theo màu phụ thuộc kích thước hạt nanô ta sử dụng) do đó dễ nhận biết theo dõi và chụp ảnh chỗ có các tế bào ung thư tập trung, chẩn đoán được sớm khi u ung thư còn nhỏ. Ung thư ởda, ở vú dễ phát hiện sớm theo cách này. Đối với ung thư ở các bộ phận sâu bên trong khó khăn hơn vì ánh sáng phát ra từ các hạt nanô không ra được bên ngoài.Một phương pháp cực nhạy nhưng tốn kém đểphát hiện ung thư sớm là dùng các hạt nanô từ và chụp ảnh theo cộng hưởng từ hạt nhân. Như đã nói trên các hạt nanô thích hợp có thể tập trung vào các tế bào ung thư, nếu hạt nanô đó là hạt nanô từthì khi tập trung từ trường ở nơi tập trung thay đổi đôi chút. ở phép chụp ảnh cắt lớp cộng hưởng từ hạt nhân, nếu bên cạnh từ trường rất đều do nam châm siêu dẫn sinh ra, khi bên trong cơ thể, ở bộphận cần chụp có một nơi nào đó có hạt nanô từ tập trung thì nơi đó sinh ra từ trường phụ, tuy nhỏ nhưng đủ để tín hiệu cộng hưởng từ thay đổi rất mạnh, rất dễ quan sát thấy ở ảnh cộng hưởng từ hạtnhân.3. Dùng hạt nanô điều trị ung thưMột cách điều trị ung thư là cắt bỏ khối ung thư. Cách này khá nguy hiểm vì lúc phát hiện để cắt được là lúc u ung thư đã rõ ràng và khá to. Chữa trị ung thư tốtnhất là phát hiện thật sớm khi mới chỉ là một nhóm nhỏ các tế bào ung thư tập trung là đã phát hiện được và loại bỏ chúng ngay. Đã có nhiều cách phát hiện sớm ung thư trong đó có phương pháp dùng cáchạt nanô như đã nói trên. Nhưng làm thế nào để cắt bỏ, loại trừ một nhóm nhỏ tế bào ung thư như vậy vì rất dễ lẫn lộn cắt bỏ đi nhiều tế bào lành nhưng tế bào ung thư vẫn còn sót lại.Cách dùng côngnghệ nanô có hiệu quả ở đây là chế tạo các hạt nanô hoặc do chất liệu, kích thước hoặc do có đính thêm vào đấy các kháng thể sao cho khi cho vào người chúng tìm đến và bị các tế bào ung thư giữ lại.Đối với hạt nanô, trước đấy người ta đã bọc thêm màng vàng hoặc cho lẫn hạt vàng sao cho khi tác dụng sóng điện từ (hồng ngoại hoặc tử ngoại) thì các hạt vàng đó bị dao động cộng hưởng và nóng lên.Chỉ cần tiêm các hạt nanô có vàng đó vào người, rồi chiếu vào khu vực phát hiện có tế bào ung thư tập trung, các tế bào ung thư bị nóng lên và bị tiêu diệt còn các tế bào lành quanh đó không bị ảnhhưởng gì đáng kể. Người ta thường nói đó là phương pháp nanô đốt từng tế bào ung thư, sự thật chữ đốt ở đây là làm tế bào ung thư nóng hơn cỡ dưới 100C, lúc đó tế bào ung thư bị tiêu diệt còn các tếbào lành xung quanh vẫn bình an vô sự. Thật ra xét sâu xa của bệnh ung thư thì nguyên nhân là do trong mỗi tế bào có cơ chế lưu giữ và truyền đạt thông tin về gen ở phân tử DNA và các RNA, cơ chế nàybị rối loạn hư hỏng làm cho sự phát triển tế bào không theo đúng những quy luật phát triển cần thiết của cơ thể. Kích cỡ DNA, RNA thuộc kích cỡ nanomet nên người ta đã dùng công nghệ nanô để canthiệp vào đến DNA, RNA, đây là cách điều trị ung thư sâu sắc, cơ bản nhất của y học nanô hiện nay.4. Chẩn đoán bệnh bằng công nghệ nanô, phòng thí nghiệm trên một con chip LOCBên cạnh cải tiến cáccách chụp ảnh thường và chụp ảnh cắt lớp bằng công nghệ nanô hiện nay rất phát triển cái gọi là LOC (laboratory on chip – phòng thí nghiệm trên một con chip).ở bệnh viện muốn khám được bệnh, ngườibệnh phải qua nhiều phòng khám: thử máu, thử nước tiểu, kiểm tra vi trùng v.v… Riêng một việc thử máu phải lấy khá nhiều máu để xét nghiệm nhiều phần, mỗi phần dùng một lượng máu nhất định, áp dụngmột phương pháp đo nhất định. Thật ra trong máu, trong nước tiểu chẳng hạn có chứa thông tin tổng hợp của nhiều loại bệnh. Công nghệ nanô cho phép thu nhỏ các phòng khám nghiệm riêng biệt thành cácphòng thí nghiệm cực nhỏ, tất cả được lắp đặt trên một con chip nhỏ cỡ nhỏ hơn centimet vuông và gọi là phòng thí nghiệm trên một con chip (laboratory on chip – LOC).ở đây bằng công nghệ vi cơ điệntử MEMS (micro electromechanical systems) người ta làm máy bơm, kênh dẫn dung dịch, các nơi chứa dung dịch, các cảm biến để đo lường phân tích v.v… có chức năng như ở phòng thí nghiệm nhưng mỗi bộphận cực nhỏ, kích cỡ chỉ là micromet do đó hàng trăm hàng nghìn bộ phận nhưng chỉ cỡ nhỏ vài chục milimet vuông. Đưa một lượng chất cần phân tích như máu, nước tiểu v.v… với thể tích nhỏ cỡ phầnmười, phần trăm của giọt nước vào, hệ thống bơm sẽ phân phối lượng chất đó đi qua nhiều kênh đến những “ống nghiệm” nhỏ cỡ phần nghìn tỷ lít (picolit) để tiến hành xét nghiệm cho kết quả hiện trênmàn hình máy tính. LOC có thể có những ứng dụng sau đây:- Phát hiện tức khắc vi trùng, vi khuẩn, vi rút, các dấu hiệu của ung thư- Làm các thí nghiệm sinh hoá.- Thử kháng thể, virut trên cơ sở kiểmtra các phản ứng kháng thể.- Dùng các cách điện hoá tìm tế bào ung thư, vi trùng.- Thử máu, có thể xé tế bào ra để tìm hiểu DNA.- Có thể dùng LOC để phân tích tế bào.- Kiểm tra các kênh dẫn ion củacác tế bào.Vì nhỏ nên LOC có thể được đưa ra sử dụng ở hiện trường, thí dụ ở nơi trực tiếp có dịch bệnh, nơi có vấn đề về môi trường, sức khoẻ. Đối với quân đội, có thể trực tiếp đưa ra sử dụng ở mặttrận.Nói chung đã đi sâu đến tế bào, cấu trúc bên trong của tế bào là đã đi sâu đến mức phân tử của cơ thể. Xét về mặt kích thước hình học thì đây là mức nanomet. Vì vậy đưa những ứng dụng của côngnghệ nanô vào y học là đã tiến đến can thiệp, điều khiển tinh vi nhất đối với cơ thể. Giai đoạn này đã bắt đầu từ vài chục năm nay và con đường phía trước con đang rất rộng mở.
2. Các hạt nano theo máu vào cơ thể đọng lại ở chỗ ung thư rỉ máu. 3. Chiếu tia hồng ngoại cường độ yếu vào các hạt nano sáng lên quan sát được; chiếu mạnh tia hồng ngoại, các hạt nano nóng lên, tiêu diệt tế bào ung thư.
 |
| 1. Các hạt thủy tinh cỡ nanomet có phủ lớp mỏng vàng được đưa vào máu bằng cách tiêm. |
 |
| Hình 2. Đưa hạt nano mang duợc chất tới đích: tiêm hạt nano vào máu, hạt tập trung vào chỗ u ung thư. |
 |
| Hình 1. Các hạt nano có mang duợc chất (phóng đại hàng trăm nghìn lần).Ảnh nguồn: www.imm.ul.pt |
