NanoPharmaceurticals ( dược Nano ) là dạng dược phẩm tạo ra bởi “ Công nghệ Nano”.Vậy “ công nghệ Nano” là gì? Đó là ngành khoa học kỹ thuật sáng tạo và sử dụng các vật liệu, thiết bị các hệ thống thông qua việc kiểm soát vật chất ở phạm vi kích thước nanomet ( một nanomet bằng một phần tỉ met). Định nghĩa về công nghệ Nano do vậy bao hàm hàng loạt các lĩnh vực khoa học khác nhau từ các lĩnh vực in ấn, vật liệu
Từ năm 1959, khi tìm hiểu sự hoạt động của tự nhiên ở phạm vi kích thước nanomet, Tiến sĩ Feynman ( Người đoạt giải thưởng Nobel về vật lý năm 1965) đã kết luận rằng con người hoàn toàn có thể làm được những điều như tự nhiên với một bài phát biểu dưới tiêu đề “ There is plenty of room at the Bottom” tạm dịch “ Có một khoảng rộng tồn tại dưới Đây”. Từ đó một ngành khoa học phôi thai đã được sinh ra mà ngày nay được biết đến rộng rãi với tên gọi “ công nghệ Nano”. Ngành khoa học này đã thu hút mạnh mẽ một cộng đồng đông đảo các nhà khoa học cả trong lĩnh vực học tập cũng như trong sản xuất, tạo ra những vật liệu nhỏ bé không thể nhìn thấy được nhưng nó tác động lớn đến cuộc sống của toàn bộ chúng ta. Và người đầu tiên sử dụng thuật ngữ “ Công nghệ Nano” là K.Eric Drexler, người sáng lập và là Chủ tịch danh dự Viện chiến lược Hoa Kỳ, đó là vào thời điểm những năm 1980. Tầm quan trọng của công nghệ nano nằm ở hai vấn đề: thứ nhất nó sẽ tạo ra một ngành Công Nghiệp” với doanh thu ước tính 1000 tỷ USD vào năm 2015; thứ hai nó sẽ tác động đến cuộc sống của tất cả chúng ta.
Dược phẩm Nano
Rất nhiều nghiên cứu đang được tiến hành nhằm ứng dụng công nghệ nano trong lĩnh vực điều trị. Với kích thước siêu nhỏ, các tiểu phân nano chỉ có thể cấu tạo từ một số rất ít các phân tử, khi kích thước của nguyên liệu giảm xuống dưới 100 nm, vật chất sẽ thể hiện các bản chất của vật lý lượng tử với những đặc tính hoàn toàn mới. Ví dụ, vật chất có thể mạnh hơn, nhẹ hơn và có độ hoà tan cao, ít hút ẩm, nói chung là thể hiện đặc tính hoá lý hoàn toàn mới. Một ví dụ đơn giản là carbon, từ carbon Thiên nhiên đã tạo ra than đá và kim cương, ngày nay Nhân loại hoàn toàn có thể, với công nghệ nano, tạo ra nhiều vật liệu, thiết bị và cấu trúc hoàn toàn mới.
Trong ngành dược, các sản phẩm ứng dụng công nghệ nano có thể được phân thành 2 lĩnh vực chính: các thuốc tạo ra bởi công nghệ nano (NanoEngineered Drugs) và hệ dẫn thuốc nano (NanoCarriers).
1. NanoEngineered Drugs
Các nhà khoa học dược đã điều khển các phân tử thuốc để tạo ra những đặc tính vật lý mong muốn thông qua các quá trình kết tinh, muối hoá hoặc sử dụng các phân tử nước của dạng kết tinh. Nhờ vậy các phân tử thuốc trở nên bền vững hơn về mặt hoá học, có nhiều ưu việt hơn cho mục đích chế dược học, tăng sinh khả dụng hoặc tăng hiệu quả điều trị. Tương tự, việc thiết kế các phân tử thuốc dưới các dạng nanocrystals (tinh thể nano), nanoprecipitas (kết tủa nano), nanosupensions (hỗn dịch nano) và nanoparticles (tiểu phân nano) có các tác dụng sau:
– Tăng độ hoà tan và tăng sinh khả dụng của các phân tử thuốc (các vật liệu dưới dạng tinh thể nano tăng sinh khả dụng đường uống).
– Phát triển các dạng thuốc khác nhau (ví dụ hỗn dịch nano dùng cho đường tiêm).
– Khai thác các đường dùng thuốc khác nhau (ví dụ vận chuyển thuốc qua mũi và mắt tạo ra nhiều tiện lợi cho bệnh nhân).
2. NanoCarriers và Hệ vận chuyển thuốc liposom
Công nghệ nano đã tạo ra hàng loạt hệ vật chất với kích thước từ vài nanomet tới 250 nanomet được sử dụng để vận chuyển dược chất đến các bộ phận mong muốn trong cơ thể với liều lượng thích hợp và theo đúng thời gian mong muốn, nói tóm lại đảm bảo được 3 yếu tố góp phần tạo nên tính an toàn và hiệu quả của thuốc: đúng nơi, đúng lúc và đúng liều. Các hệ vận chuyển thuốc có nhiều triển vọng là polymer-micelles, dendrimers, các tiểu phân nano có nguồn gốc kim loại polymer, ceramic, protein, virus, và các tiểu phân liposome. Các dược chất hoặc các tác nhân chẩn đoán sẽ được đưa vào bên trong, liên kết hoá học hoặc gắn vào bề mặt của các tiểu phân này. Hệ vận chuyển thuốc tiêu biểu có nhiều triển vọng nhất là dạng thuốc liposome.
Liposomes là những tiểu phân nhân tạo hình cầu có kích thước nano được cấu tạo cơ bản từ các thành phần phospholipid tự nhiên và cholesterol. Năm 1961, nhà khoa học người Anh Alec D. Bangham đã phát hiện ra rằng khi các phân tử phospholipid kết hợp với nước sẽ lập tức hình thành những quả cầu được cấu tạo bởi những màng kép do cấu trúc phân tử phospholipid với một đầu phân tử hoà tan được trong nước, trong khi đó đầu kia của phân tử không hoà tan trong nước (xem hình minh họa). Ngay sau đó liposome đã được xem như là hệ vận chuyển thuốc lý tưởng, một “magic bullets”(viên đạn thần diệu), có khả năng định vị và phá huỷ các mô bị bệnh mà không gây hại cho các mô khoẻ mạnh như ước mơ của nhà vi khuẩn học nổi tiếng thế kỷ 19 người Đức Paul Ehrlich.
Liposome có 3 khả năng đặc trưng:
– Có thể vận chuyển được các dược chất hoà tan trong nước (được giữ ở các khoang nước
bên trong) cũng như các dược chất hoà tan trong dầu (được cấu tạo trong các lớp màng kép phospholipid). Các tiểu phân liposome đồng thời còn có tác dụng bảo vệ và phóng thích một cách có kiểm soát các hoạt chất. Do vậy liposome có thể thay đổi hoàn hoàn các đặc điểm dược động học của hoạt chất.
– Cấu trúc màng phospholipid của liposome đồng thời cũng là cấu trúc màng sinh học của cơ thể sống, do vậy liposome sẽ là chế phẩm y học có tính an toàn cao.
– Liposome có khả năng được thiết kế để tăng nồng độ thuốc ở những mô đặc biệt, được coi là dạng thuốc “đích” (targeting drugs) lý tưởng. Liposome tạo ra nhiều hệ vận chuyển thuốc chọn lọc (selective drug delivery) như các thế hệ liposome miễn dịch (Immunoliposome) và liposome nhạy cảm với sự thay đổi của nhiệt độ hoặc pH (Thermal-sensitive liposome và pH-sensitive liposome).
Dựa theo cấu trúc màng phospholipid, liposome có thể phân loại thành:
– Multilamellar liposomes (Liposome đa lớp): có cấu trúc gồm nhiều lớp màng kép phospholipid hình cầu đồng tâm.
– Unilamellar liposomes (Liposome đơn lớp): có cấu trúc gồm chỉ một lớp màng kép phospholipid hình cầu.
Đặc điểm cấu tạo của các tiểu phân liposome tạo ra nhiều ưu điểm về chế dược như sau:
– Có cấu trúc ổn định khi bị pha loãng
– Có thể dễ dàng thay đổi tính thấm của lớp màng kép với các phân tử phospholipid khác nhau.
– Có khả năng kết hợp tất cả các dược chất tan hay không tan trong nước và vận chuyển chúng đến môi trường mong muốn.
Trong cơ thể sống, sau khi được đưa vào tuần hoàn máu bằng cách tiêm, truyền tĩnh mạch, khác với các dạng thuốc thông thường, các tiểu phân liposome không khuyếch tán được qua thành mạch máu bình thường để đi đến các mô trong toàn cơ thể. Mặc dầu có cấu tạo lớp màng kép tương tự các tế bào cơ thể, các tiểu phân liposome vẫn có thể bị cơ thể coi là “ngoại lai” và ít nhiều sẽ bị đào thải theo cơ chế miễn dịch, chủ yếu thông qua tác dụng thực bào của hệ thống lưới nội mô (reticuloendothelial system (RES)) và/hoặc bị phá vỡ (lysis) trong huyết tương.
Tuy nhiên trong nhiều trường hợp người ta đã khai thác tác dụng thực bào để đưa thuốc đến
các tổ chức RES. Một ví dụ tiêu biểu là chế phẩm liposome chứa Amphotericin B, một hoạt chất chống nấm hoạt phổ rộng. Mặc dầu các tế bào thực bào là những tế bào chủ yếu đảm nhiệm chức năng bảo vệ cơ thể chống lại các tác nhân gây bệnh vi sinh vật, tuy nhiên trong các trường hợp bệnh lý, nhiều vi sinh vật đã thâm nhập và tồn tại bên trong các tế bào này. Theo cơ chế thực bào, các tiểu phân liposome cũng sẽ xâm nhập vào bên trong tế bào bị bệnh, giải phóng hoạt chất và tiêu diệt vi sinh vật. Ngoài tác dụng tăng cường nồng độ thuốc bên trong các tế bào bị bệnh, chế phẩm liposome còn có tác dụng làm giảm độc tính đối với thận và giảm tiết cytokin.
Các kết quả nghiên cứu lâm sàng cho thấy chế phẩm liposome chứa amphotericin B chỉ với liều 1 mg/kg/ngày đã mang lại hiệu quả điều trị thành công trên 91,1% bệnh nhân bị nấm hệ thống (invasive, system fungus infection) hoặc Leishmaniasis so với hiệu quả 46% khi sử dụng 4-6 mg/kg/ngày chế phẩm amphotericin B thông thường (Amphocil/Amphotec). Chỉ có 2 trong tổng số 109 bệnh nhân phải tạm thời ngừng sử dụng chế phẩm liposome nhưng sau đó đã tiếp tục điều trị thành công trong khi 34-60% bệnh nhân sử dụng chế phẩm amphotericin B thông thường phải chịu các độc tính đối với thận.
Các nhà khoa học đã nhận thấy rằng các tiểu phân có bề mặt bên ngoài thân nước có thể tránh được tác dụng thực bào RES và tồn tại lâu trong tuần hoàn máu. Các tiểu phân tồn tại kéo dài trong máu này được xem là những chất vận chuyển thuốc lý tưởng đến các tổ chức mô có cấu tạo hệ mạch máu có các lỗ hổng thành mạch lớn, ví dụ các mô ung thư và các tổ chức viêm theo cơ chế tăng tính thấm và tăng thời gian lưu giữ (enhanced permeation and retention (EPR)). Các chế phẩm liposome nghiên cứu theo hướng này được coi là Liposome thế hệ hai (tiếng Anh gọi là long-circulating liposome, extended circulating liposome hay “Stealth” liposome).
Các sản phẩm tiêu biểu cho liposome thế hệ hai này là các chế phẩm có chứa Doxorubicin, một chất chống ung thư truyền thống có hoạt phổ cao nhưng còn nhiều hạn chế do độc tính lớn. Các tiểu phân liposome này có kích thước trung bình 100 nanomet và được cấu tạo bên ngoài bởi lớp polyethylene glycol. Lớp polymer này có tác dụng ngăn cản sự tiếp xúc giữa tiểu phân liposome và các thành phần huyết tương có tác dụng opsonin, nhờ đó giảm tác dụng thực bào. Do vậy các chế phẩm liposome này có nửa đời sinh học (là thời gian để đào thải hoặc phân huỷ 1/2 lượng thuốc) kéo dài tới 71.5 giờ so với thời gian 10 phút cho dạng thuốc Doxorubicin thông
2012. Thị trường dịch vụ và các sản phẩm chất vận chuyển thuốc toàn cầu sẽ vượt 67 tỷ USD vào năm 2009 và sẽ thu hút đầu tư của rất nhiều công ty dược đa quốc gia.
Tóm lại, liposome nói riêng và các dược phẩm công nghệ Nano, và rộng hơn nữa là sản phẩm công nghệ nano sử dụng trong chẩn đoán, phòng ngừa, điều trị bệnh, nâng cao chất lượng sống con người (ví dụ mỹ phẩm) đã và đang góp phần không những cho cuộc sống con người mà còn tạo ra những biến chuyển lớn cho các ngành sản xuất.
Tài liệu tham khảo
1. S. Moein Moghimi, A. Christy Hunter, and J. Clifford Murray. Nanomedicine: current status and future prospects. The FASEB Journal Vol 19, March 2005 (310-330).
2. Drummond DC, Meyer O, Hong K, Kirpotin DB, and Papahadjoulos D (1999) Optimizing liposomes for delivery of chemotherapeutic agents to solid tumors. Pharmacol Rev 51: 691-743
Nguồn : nanophama
