Luận văn Nghiên cứu biến tính peg trên nano silica cấu trúc rỗng nhằm tăng cường hiệu quả mang tải và kiểm soát phóng thích thuốc

no này ra khỏi tế bào rất hạn chế. Hình 1.7. Hiệu ứng tăng cường tính thấm và thời gian lưu giữ (hiệu ứng EPR) hoặc phân phối thuốc tới đích thụ động. (1) Hệ nano mang thuốc, nó không thể thoát mạch qua lớp nội mô thành mạch máu, trừ khi là (4) các phân tử nhỏ như thuốc tự do, chúng phân bố ở trong tế bào thường và khối u với một xác suất nhất định. (2) khoảng cách giữa các tế bào nội mô ở vùng xảy ra bệnh như (3) khối u, viêm, rộng nên các hạt nano có thể thoát mạch và tích tụ ở vùng này, tạo ra một khu vực có nồng độ thuốc cao [37]. Phân phối thuốc tới đích chủ động: các hệ nano mang thuốc phân phối thuốc tới đích thụ động theo cơ chế EPR đã cho thấy ưu thế hơn hẳn thuốc không có chất mang. Tuy nhiên, hiệu ứng EPR là chưa đủ để đảm bảo hiệu quả tấn công đặc hiệu vào tế bào ung thư. Hiệu ứng EPR chỉ giúp các hệ nano mang thuốc tập trung vào khe hở của vùng mô ung thư. Điều trị ung thư chỉ thực sự hiệu quả khi thuốc chống ung thư xâm nhập được vào bên trong tế bào và phát huy tác dụng. Nếu chất mang không thể xâm nhập được vào tế bào, lượng thuốc tự do giải phóng từ hệ nano mang thuốc có thể đi vào hệ tuần hoàn và phân bố lại các cơ quan trong cơ thể, và sau đó đào thải ra ngoài. Để khắc phục hạn chế này, trên bề mặt chất mang thuốc được gắn thêm các tác nhân định hướng. Các phân tử định hướng có thể là các kháng thể, peptide, các aptamer, hoặc các ligand carbohydrat đặc hiệu với các kháng nguyên và thụ thể trên bề mặt tế bào 23 ung thư. So sánh giữa chất mang có phần tử định hướng và chất mang thông thường, các thông số dược động học là không có sự khác biệt, song hiệu quả điều trị đặc biệt được tăng lên. Song việc lựa chọn các phần tử định hướng là một vấn đề phức tạp. Một yêu cầu tiên quyết đối với phần tử định hướng là đánh lừa hệ thống kiểm soát quá trình nhập và xuất bào, vì sự nhập bào để chất mang thực sự xâm nhập được vào bên trong tế bào và giải phóng thuốc. Hình 1.8. Sơ đồ thể hiện nguyên tắc điều trị ung thư của hệ nano mang thuốc phân phối thuốc tới đích chủ động [38]. Một trong những ligand có thể đánh lừa tế bào đã được Baker và cộng sự nghiên cứu là axit folic (FA). Đây là một ligand vừa có ái lực với các thụ thể đặc hiệu trên nhiều loại tế bào ung thư như tế bào ung thư vú, phổi và não; vừa đánh lừa được tế bào gây ra hiện tượng nhập bào. Sau khi tương tác kết hợp giữa tác nhân hướng đích của hệ nano mang thuốc với các thụ thể đặc trưng trên tế bào ung thư. Hệ nano mang thuốc được giữ lại trên màng tế bào và bắt đầu tiến hành nhập bào thông qua ẩm bào (pinocytosis), protein vận chuyển trung gian hoặc khuếch tán thụ động qua khe hở lớp nội mô thành mạch (paracellular hydrophilic hoặc lipophilic diffusion). Trong tế bào ung thư, do 24 điều kiện sinh hóa (ví dụ pH thấp), cấu trúc chất mang thay đổi và phóng thích thuốc hay xảy ra phản ứng hóa học tạo ra thuốc từ tiền thuốc (pre-drug) để tiêu diệt tế bào ung thư. Trong hệ phân phối thuốc sử dụng khái niệm nano, khái niệm này được nhắc đến đầu tiên vào năm 1959, thời điểm nhà vật lý người Mỹ Richard Feynman đề cập tới khả năng chế tạo vật chất ở kích thước siêu nhỏ từ quá trình tập hợp các nguyên tử, phân tử. Nhờ có kích thước nhỏ nên các hạt nano dễ dàng đi xuyên qua những mao mạch rất nhỏ trong cơ thể, và làm tăng hiệu quả vận chuyển thuốc. Trong những thập kỹ gần đây, những tiến bộ của các hệ phân phối thuốc đã cho phép thuốc được sử dụng hiệu quả hơn. Để phân phối các loại thuốc đến một cơ quan cụ thể, nhiều hệ thống phân phối thuốc đã được thiết kế, bao gồm hệ phân phối trên nền polyme, nanocapsule, mixen, dendrimer, hạt nano vô cơ và hữu cơ. Trong số đó, hạt nano vô cơ dưới dạng nano silica cấu trúc rỗng được xem như một vật liệu mang có nhiều thuận lợi hơn so với các hệ chất mang còn lại. 1.2.2 Hệ phân phối thuốc trên nền nano silica Silica (hoặc silic đioxit) là một oxit của silic có công thức hóa học là SiO2. Chúng tồn tại ở cả cấu trúc vô định hình và kết tinh. Người ta thường tìm thấy silica ở cấu trúc tứ diện ba chiều, trong đó hai nguyên tử oxy của phân tử SiO2 này gắn với một nguyên tử silic của phân tử SiO2 khác [39]. Hình 1.9. Cấu trúc thường được tìm thấy trong silica [40] Hạt silica có hai dạng chính: dạng rắn (hay đặc) hoặc dạng xốp (có các lỗ xốp hoặc mao quản bên trong cấu trúc). 25 Ngược lại với các hạt nano silica cấu trúc rắn, các hạt nano silica cấu trúc xốp MSNs (Mesoporous Silica Nanoparticles) họ MCM-41 (Mobil Composition of Matter No. 41) và SBA (Santa Barbara) cung cấp nhiều đặc tính thuận lợi, ví dụ diện tích bề mặt lớn, có nhiều lỗ xốp với kích thước nhỏ, tính chất hóa lý ổn định. Những vật liệu này đã thu hút nhiều sự chú ý trên toàn thế giới do tiềm năng ứng dụng của chúng trong sắc ký. Tuy nhiên, không giống với các hạt nano đơn phân tán khác, hầu hết các vật liệu silica cấu trúc xốp là vô định hình. Do đó, rất khó để kiểm soát kích thước và điều chỉnh bề mặt cũng như tính chất của vật liệu. Để sử dụng cấu trúc xốp độc đáo của chúng, điều quan trọng kiểm soát được kích thước và hình dạng vật liệu [41]. 1.2.2.1. Vật liệu nano silica thuộc họ MCM [42, 43] Sự tổng hợp nano slica cấu trúc xốp họ MCM-41 lần đầu tiên được công bố bởi các nhà khoa học của Công ty Mobil vào năm 1992, cho đến nay vật liệu thuộc họ MCM-41 là vật liệu nano silica được nghiên cứu nhiều nhất. Họ sử dụng phương pháp ngưng tụ các chất tiền silica như natri silicat, silicat tetrametylamoni, hoặc tetraethyl orthosilicate trong sự hiện diện của các tác nhân định hướng dưới sự thủy nhiệt và điều kiện cơ bản. Silica cấu trúc xốp không có cấu trúc tinh thể, có nhiều lỗ mao quản, bền nhiệt và sự ổn định thủy phân cao, diện tích bề mặt lớn. Tuy nhiên, kích thước lớn của silica cấu trúc xốp (đường kính lỗ xốp trên micron) và sự không đồng đều trong hình dạng hạt hạn chế các ứng dụng của các vật liệu này trong các lĩnh vực như công nghệ sinh học và y học. MCM-41 (xem Hình 1.10(A)) là loại MSNs được nghiên cứu rộng rãi cho các ứng dụng sinh học, nhóm không gian là p6mm, thành mao quản là vô định hình và tương đối mỏng. Trong tổng hợp, chất hoạt động bề mặt cetyltrimethyl ammonium bromine (CTAB) đóng vai trò như một khung mềm định hình cấu trúc xốp, tetraethylorthosilicate (TEOS) hoặc natri metasilicat (Na2SiO3) đóng vai trò lớp phủ silica, và các bazo đóng vai trò là chất xúc tác phản ứng. Khi nồng độ CTAB ở trên mức tới hạn, chất hoạt động bề mặt CTAB sẽ tự kết tụ và hình thành các micell dạng ống. Lúc này xung quanh bề mặt micell, chất tạo vỏ silica sẽ tự thủy phân và bao lấy. Sau khi loại bỏ chất hoạt 26 động bề mặt, MCM-41 được hình thành. Hạn chế của loại vật liệu này là độ bền thủy nhiệt chưa cao do thành khá mỏng và vô định hình. Hình 1.10. Cấu trúc của MCM-41 (A) và MCM-48 (B) [44] Kích cỡ và hình thái hạt có thể điều khiển từ hình cầu, hình que, hình xoắn bằng cách thay đổi tỉ lệ mol của tác nhân silica và chất hoạt động bề mặt, thay đổi pH, hoặc dung môi. Thật vậy, MCM-41 có bề mặt và kích thước lỗ khác nhau khi sử dụng Na2SiO3 và TEOS với polyoxyethylene tert octylphenyl ether (Triton X-100) và CTAB. Khi Na2SiO3 đóng vai trò là tác nhân tạo vỏ, MCM-41 có kích thước lỗ và diện tích bề mặt lớn hơn (1379 m2/g và 3,3 nm) hơn vật liệu SBA (838 m2/g và kích thước lỗ là 2,8 nm) do sự tồn tại của muối vô cơ có thể làm tăng sự kết tụ của micell và tạo ra lỗ rỗng lớn. Ngoài ra, tỉ lệ mol của Triton X-100 và CTAB có thể làm thay đổi hình dạng của MCM-41. Cũng không kém phần quan trọng, MCM-48 được nghiên cứu để ứng dụng trong y sinh. MCM-48 (xem Hình 1.10(B)) là loại MSNs ba chiều, sự khác nhau của MCM-48 với MCM-41 là chúng không theo một phương duy nhất, MCM-48 có thể vận chuyển nhanh và xâm nhập liên tục vào tế bào, các phân tử thuốc thoát ra dễ dàng, tính chất này ảnh hưởng rất nhiều đến khả năng mang và nhả thuốc. Trước đây, MCM-48 được tổng hợp bằng cách sử dụng chất hoạt động bề mặt cationic-anionic dưới nhiệt độ cao và thời gian phản ứng kéo dài. Tuy nhiên, quy trình tổng hợp này thường tạo ra các hạt có kích thước lớn và không phù hợp cho việc mang thuốc. Gần đây, Stöber đã tiến hành thực 27 hiện tổng hợp MCM-48 bằng cách dùng Pluronic F127 như một chất hoạt động bề mặt, thực hiện phản ứng ở nhiệt độ phòng, công trình của Stöber đã tạo ra các hạt MCM-48 dạng cầu với kích thước hạt có thể điều khiển từ 70-500 nm, với kích thước này, MCM-48 hoàn toàn đủ điều kiện để ứng dụng trong lĩnh vực nano. 1.2.2.2. Vật liệu nano silica thuộc họ SBA [45-47] Năm 1998, Zhao và các cộng sự đã tổng hợp được họ vật liệu mới, kí hiệu là SBA-n, có cấu trúc lục lăng 2-D và 3-D (SBA-2, 3, 12, 15) hoặc lập phương (SBA-1, 6, 16), trong đó nổi bật nhất là SBA-15 và SBA-16. SBA-15, có cấu trúc p6mm hình lục giác 2 chiều, lần đầu tiên được tổng hợp trong môi trường acid cao sử dụng triblock copolymer của poly(ethylene oxide)–poly(propyleneoxide)–poly(ethylene oxide) (EO20PO70EO20 , P123). Nhìn chung, có thành lỗ rỗng mỏng hơn và kích thước lỗ rỗng 5 đến 30 nm lớn hơn MCM-41. Nhìn chung SBA-15 cùng nhóm không gian với MCM-41 nhưng được tổng hợp trong môi trường acid (MCM-41 được tổng hợp trong môi trường kiềm) và sử dụng chất hoạt động bề mặt không ion như pluronic. Trong những năm gần đây dạng hình cầu và hình que của SBA-15 kích cỡ micrometer và dưới micrometer được tổng hợp. Tuy nhiên, nó không điều chỉnh được kích thước và hình dạng hạt. So với MCM-41, vẫn rất khó để tổng hợp được hạt SBA-15 kích thước nhỏ, đặc biệt là nhỏ hơn 200 nm. Mặc dù có thể điều chỉnh được kích thước lỗ rỗng và độ dày thành lỗ rỗng, nhưng với kích thước lớn, SBA-15 vẫn không thể được nghiên cứu bên trong cơ thể. 1.2.2.3. Vật liệu nano silica cấu trúc rỗng [17] Những đột phá trong tổng hợp gần đây đã giúp tạo ra một dạng vật liệu nano silica mới với hình dạng, kích thước và cấu trúc tương tự với cấu trúc xốp nhưng có lỗ rỗng bên trong, thường được gọi là các hạt nano silica cấu trúc rỗng (HMSN). Các hạt này không chỉ cho phép giữ lại các ưu điểm của cấu trúc xốp thông thường, mà còn làm cho hình thái và tính chất hóa học ổn định và tốt hơn nhiều. Một số đặc tính của các hạt HMSN bao gồm: 28  Tính tương thích sinh học cao, nano silica cũng được chứng minh là tương thích với nhiều chất hữu cơ khác nhau: tính tương thích sinh học cao cho phép vật liệu được giữ lâu hơn trong hệ tuần hoàn nhờ tránh khỏi được sự loại bỏ của lưới nội chất [22].  Khả năng phân hủy sinh học vượt trội: nano silica có kích thước phân tử thích hợp có thể được đào thải khỏi cơ thể dễ dàng thông qua thận [20].  Dễ biến tính: nhờ vào các dẫn xuất của silane như (3-aminopropyl) trimethoxysilane, (3-aminopropyl)triethoxysilane, nên các hạt nano silica có thể gắn được hầu hết các vật liệu lên bề mặt một cách dễ dàng [18, 48].  Kích thước hạt ở dạng nano, phù hợp trong việc phân phối thuốc, đủ nhỏ để tránh sự hấp thu bởi hệ thống lưới nội mô. Khả năng thẩm thấu tốt vì kích thước hạt nhỏ.  Kích thước lỗ rỗng lớn và có khả năng điều chỉnh được: kích thước lỗ rỗng lớn cho phép mang thuốc tốt [49, 50].  Diện tích bề mặt lớn, cấu trúc ổn định [21]. Bên cạnh các ưu điểm, hạt nano silica cấu trúc rỗng cũng dễ gây ra hiện tượng rò rỉ thuốc trong quá trình vận chuyển và lưu trữ [19]. Kết quả là cần tiến hành gắn các tác nhân có chức năng như những cái “nắp” lên bề mặt hạt nano silica cấu trúc rỗng. Polyethylene glycol (PEG) là một polymer ưa nước mạch dài rất có tiềm năng trong trường hợp này. 1.2.3 Polyethylene glycol – tác nhân kiểm soát phóng thích thuốc 1.2.3.1. Giới thiệu về PEG Polyethylene glycol (PEG), là một loại polymer sinh học ưa nước, được sử dụng như một thành phần quan trọng đối với nhiều hệ thống dẫn thuốc khác nhau. PEG có khả năng kéo dài thời gian lưu thông trong máu để nhắm mục tiêu, thu hút sự tương tác của các ligand trên bề mặt của mục tiêu, đồng thời dễ đào thải khỏi cơ thể [51]. 29 Về cấu trúc, polyethylene glycol là sản phẩm giữa sự tương tác của các monomer ethylene oxide với nước, với ethylene glycol, hoặc giữa các oligomer ethylene glycol với nhau (như Hình 1.10). Thông thường các đại phân tử polyethylene glycol tạo ra có cấu trúc thẳng hoặc nhánh với trọng lượng phân tử nằm trong khoảng 500 Da – 30 kDa [52]. Hình 1.11. Cấu trúc phân tử polyethylene glycol Polyethylene glycol được tổng hợp từ quá trình polymer hóa mở vòng bởi tương tác nucleophilic bằng ion OH- lên vòng epoxide. Tuy nhiên, PEG có nhóm OH ở hai đầu mạch nên có độ đa phân tán và trọng lượng phân tử cao do phản ứng polymer hóa xảy ra ở cả hai đầu mạch. Để giải quyết vấn đề đó, người ta đã tiến hành thay thế chúng bằng Methoxy polyethylene glycol hay MPEG. Hình 1.12. Cấu trúc phân tử methoxy polyethylene glycol 1.2.3.2. Tính chất hóa lý của polyethylene glycol a) Tính chất vật lý Polyethylene glycol rắn tan tốt trong nước, PEG lỏng tan vô hạn trong nước, không tan trong hexane, các hydrocarbon no, ethyl ether và ethylene glycol, các phân tử có cấu trúc tương tự như PEG. Ví dụ PEG-2000 có thể tạo ra dung dịch có nồng độ khoảng 60% với nước ở 20C. PEG cũng có tính tan bất thường, cụ thể là PEG sẽ kém tan trong nước ở 100C, dung dịch sẽ tự động kết tủa thành các hạt nhỏ, điều này dẫn đến việc nếu tăng nhiệt độ lên cao hơn 100C dung dịch sẽ tách thành hai pha. Tính tan này của PEGs thì rất đa dạng tùy thuộc vào khối lượng phân tử, nồng độ, pH [53]. Nhiệt độ nóng chảy của các PEG có trọng lượng phân tử lớn là khoảng 67C [54]. 30 b) Tính chất hóa học  Phản ứng Ester hóa Các acid hữu cơ phản ứng với ethylene glycol lần lượt ở một nhóm -OH đến cả hai nhóm -OH, hiệu suất phản ứng tùy thuộc vào tỉ lệ của acid và glycol. (CH2OH)2 + RCOOH RCOOCH2-CH2OH + H2O (CH2OH)2 + 2RCOOH RCOOCH2-CH2OOCR + H2O Polyester được tạo ra bởi phản ứng của ethylene glycol với các acid hoặc poliacid hoặc các dẫn xuất của chúng, bishydroxyethyl terephthalate, sử dụng để tổng hợp polyethylene terephthalate, được tổng hợp bằng sự ngưng tụ polyethylene glycol với dimethyl terephthalate hoặc acid terephtalic.  Ether hóa Ethylene glycol có thể được chuyển thành mono hoặc diether bởi vì nó có hai nhóm hydroxyl. Monoalkyl ether có thể được điều chế từ phản ứng của dialkyl sulfate với ethylene glycol.  Oxi hóa Phản ứng của ethylene glycol với acid nitric hoặc oxy cho sản phẩm là glyoxal. (CH2OH)2 + O2 (CHO)2 + 2H2O  Liên kết kim loại PEG và MPEG có khả năng tạo phức với nhiều ion kim loại. Tính chất này được giải thích dựa trên ứng dụng của PEGs như “tác nhân chuyển pha”, điều này có ý nghĩa rất quan trọng trong hóa hữu cơ. Trong ứng dụng này MPEG chuyển một muối từ pha rắn sang pha lỏng trong pha hữu cơ dưới dạng phức hoặc phối trí với cation kim loại và tách chúng vào trong pha hữu cơ. Anion tương ứng phải có điện tích trung hòa, và tiến trình này anion trở nên nhiều hoạt tính hơn bởi nó không bị solvat; thật vậy, quá trình này thường được cho là xúc tác chuyển pha. Ví dụ việc chuyển KMnO4 từ pha rắn trong benzen 31 (sử dụng một alkyl-PEG) và muối pirate của kim loại chuyển tiếp từ nước vào methylene chloride. Một điều đáng chú ý là xúc tác chuyển pha đầu tiên được cho là crown ether, đây là các ether vòng gần giống với vòng làm từ PEG sắp xỉ 6 đơn vị ethylene oxide. Cấu trúc phân tử của các ether này gần giống cái vương miện với các nguyên tử oxy nằm ở đỉnh của vương miện. Sự tạo phức xảy ra khi một cation kim loại thiếu electron phối trí với các nguyên tử oxy giàu electron. Sau sự tạo phức, các kim loại trở nên ghét nước và tan trong dung môi hữu cơ, do nó nằm bên trong lòng của phần hydrocarbon của crown ether. Các crown ether cho thấy tính chọn lọc trong sự liên kết với kim loại có liên quan đến kích cỡ không gian bên trong của crown ether. Điều thật ngạc nhiên là PEGs hình như cũng có tính chọn lọc liên kết kim loại, bởi PEGs tạo theo hình xoắn ốc với kích thước lỗ nằm ở bên trong. 1.2.3.3. Sự PEG hóa và ứng dụng của PEG trong y sinh [55, 56] Một số cơ chế mang thuốc được nghiên cứu gần đây nhằm tăng hoạt tính của thuốc cũng như các tính chất động học ở điều kiện tốt nhất, như là chậm hấp thu, sự phân tán thuốc cũng như sự đào thải. Việc này bao gồm sự tiêm và các hệ thống liposomal giải phóng liên tục, sau đó làm thay đổi công thức thuốc, và sự PEG hóa làm thay đổi phân tử thuốc. Sự PEG hóa được trình bày đầu tiên trong những năm 1970 bởi Davies và Abuchowsky trong việc biến tính bề mặt albumin và enzyme catalaza (enzyme xúc tác sự phân hủy hydroperoxit thành oxy phân tử và nước). Đây là một dấu mốc rất quan trọng, bởi vì thời gian này vẫn chưa có ai nghĩ rằng có thể biến tính một enzyme mà vẫn giữ được nguyên hoạt tính của nó. Các protein thì thực sự rất quan trọng và chỉ vài sự biến tính nhỏ với những phân tử có khối lượng không lớn được thực hiện, chủ yếu là để khảo sát mốt quan hệ cấu trúc đến hoạt tính (SARs). Sự PEG hóa định nghĩa là sự biến tính protein, peptide hoặc phân tử không phải peptide bằng liên kết với một hoặc nhiều phân tử polyethylene glycol hoặc các dẫn xuất của PEG như MPEG. Polymer này không độc, không 32 chống lại hệ miễn dịch, có tính tương hợp sinh học cũng như khả năng tan trong nước cao. Sự kết hợp PEG-thuốc có một vài thuận lợi: tăng thời gian tồn tại trong cơ thể, giảm khả năng đào thải các enzyme cũng như các protein bởi hệ miễn dịch. Nhờ vào những thuận lợi đó, sự PEG hóa đóng vai trò quan trọng trong việc dẫn truyền thuốc, tăng cường khả năng chữa bệnh của các peptide và protein. Sự PEG hóa là một kỹ thuật dẫn truyền mới khác cách truyền thống một số mặt. Đối với các sản phẩm dạng viên, lỏng và viên nang, quá trình thuốc đi vào tế bào có thể bị đảo ngược, thuốc được kích hoạt ngay sau khi giải phóng từ sản phẩm và cơ chế tác dụng của thuốc vẫn không thay đổi. Về mặt dược học, gắn PEG vào bề mặt giúp giảm một số quá trình không mong muốn. Các dẫn xuất thuốc từ gel PEG còn cho thấy tính loại bỏ protein rất tốt. Trong ứng dụng thay thế gần đây đó là tạo liên kết PEG-liposome làm kéo dài thời gian sống của huyết thanh cũng như các quá trình động học. Như vậy PEG gắn trên bề mặt lipid nói riêng cũng như gắn lên bề mặt thuốc nói chung giúp tránh đi sự đào thải của hệ miễn dịch. Tính tan của PEG trong môi trường nước là chìa khóa quan trọng trong ứng dụng sinh học và y sinh. Dung dịch PEG trong nước hoạt động rất mạnh. Trong các nghiên cứu về polymer mạch thẳng và sắc ký gel cho thấy PEG và các dẫn xuất của nó như MPEG tan trong nước nhiều hơn các phân tử khác (như protein,) có cùng khối lượng phân tử, vì thế ứng dụng của tính chất này là PEG có thể đẩy các polymer khác và hình thành 2 pha nếu nồng độ PEG đủ cao. Những phân tử có tính tan tương tự như PEG thường được lựa chọn trong tổng hợp hữu cơ bởi khi phản ứng có thể sử dụng các dung môi như toluene và sau phản ứng có thể cô lập làm sạch sản phẩm bằng các dung môi như hexane hoặc ethyl ether. Bởi PEG tan trong cả hai loại dung môi phân cực và không phân cực, chính vì thế trong một vài trường hợp nó tồn tại trong cả hai pha hữu cơ – nước. Mặc dù việc tách riêng PEG ra không được nghiên cứu nhiều, tuy nhiên người 33 ta biết rằng PEG tách ưu tiên trong nước khi nằm trong pha nước – benzene và tách ưu tiên trong methylene chloride trong pha nước – methylene chloride, chính vì lẽ đó khi tổng hợp PEG và các dẫn xuất người ta đầu tiên dùng nước để tách và sau đó là dùng methylene chloride. Trong sinh học, PEG phân tách giữa môi trường nước và màng tế bào do người ta nhận thấy rằng PEG có khả năng dung hợp tế bào, ứng dụng này rất quan trọng trong việc tạo ra các kháng thể. Độ tan của PEG và sự phân tách có khả năng thay đổi bằng cách gắn thêm các đuôi kỵ nước, điều này có thể được sử dụng trong việc điều kiển sự phân chia pha của PEG trong hệ hai pha, như benzen và nước, khi thêm các đuôi kỵ nước sẽ làm cho PEG phân bố nhiều hơn trong pha hữu cơ. PEG có tính chất rất thú vị khi tạo ra được mối liên kết hay cầu nối từ phân tử có hoạt tính đến bề mặt, điều này giúp giải quyết được vấn đề hấp phụ chọn lọc protein trên bề mặt. Thêm vào đó, các phân tử được gắn vào bề mặt cho thấy hoạt tính cao hơn phân tử tự do. 1.2.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.2.4.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước Năm 2008, Jian-Feng Chen và cộng sự [57] đã công bố nghiên cứu về việc tổng hợp và khảo sát tính chất của hạt nano silica cấu trúc rỗng trong việc dẫn truyền thuốc. Trong nghiên cứu này hạt nano silica được tổng hợp bằng cách ngưng tụ natri silicate trên bề mặt hạt nano canxi carbonate ở pH từ 9-10, hỗn hợp được khuấy trong vòng 2 giờ sau đó nung ở 700oC, cuối cùng xử lý hạt bằng HCl để tạo ra lỗ rỗng. Sau khi tổng hợp nano silica cấu trúc rỗng, nghiên cứu tiến hành khảo sát mang thuốc Cefradine. Hình 1.13. Quá trình mang thuốc của vật liệu [57]. 34 Thuốc được đưa vào hạt bằng môi trường nước, sau đó tiến hành đông khô sẽ thu được hạt mang thuốc, đây là quá trình tải thuốc cơ bản của vật liệu silica. Điều đáng chú ý là trong nghiên cứu này là hạt nano tạo ra có kích thước 60-70 nm, diện tích bề mặt hạt lên đến 867 m2/g. Thuốc giải phóng ra khỏi vật liệu tương đối nhanh. Năm 2014, vật liệu màng được tổng hợp từ silica và PEG được nhóm của F. Widhi Mahatmanti công bố [23]. Loại vật liệu này có ứng dụng rất lớn trong công nghiệp thực phẩm nhất là khâu bảo quản. Với những lợi thế như không gây độc cho người, bền với môi trường ngoài, vật liệu màng kết hợp giữa PEG silica là lựa chọn hoàn hảo. Cũng trong năm 2014, Jeonghun Le và cộng sự [58] đã tiến hành tổng hợp nano silica cấu trúc rỗng bằng cách phản ứng thủy phân và trùng ngưng tiền chất tổng hợp SiO2 trên nền hạt nano polystyrene đã tổng hợp từ trước. Sau đó mẫu được mang đi nung để loại bỏ lõi, sản phẩm được phân tán lại và tiếp tục biến tính gắn thêm một số nhóm chức phù hợp. Hình 1.14. Nghiên cứu tổng hợp và biến tính nano silica cấu trúc rỗng từ các hạt polystyrene của Jeonghun Le [58]. Năm 2017, Li, Yanhua và cộng sự [60] đã tiến hành tổng hợp và khảo sát khả năng mang thuốc doxorubicin của hệ nano silica cấu trúc rỗng. Tác giả tiến hành phủ lớp vỏ silica mao quản trên nền nano vàng hình cầu thông qua phương pháp sol gel, sau đó tiến hành loại bỏ chất hoạt động bề mặt và ăn mòn lõi bằng dung dịch thiourea và H2O2. Nghiên cứu cho thấy hiệu quả mang tải thuốc tăng khi giảm chiều dày lớp vỏ silica, khả năng rò rỉ thuốc cũng theo chiều hướng tương tự. Nghiên cứu này một lần nữa khẳng định rằng, việc sử 35 dụng nanosilica cấu trúc rỗng thuần túy gây hiện tượng rò rỉ thuốc, và cần thiết biến tính bề mặt vật liệu. Hình 1.15. Nghiên cứu tổng hợp nano silica cấu trúc rỗng từ lõi nano vàng [60] Năm 2015, Xiaodong She và cộng sự [59] đã công bố công trình nghiên cứu nhóm chức hóa nano silica rỗng nhằm để cải thiện khả năng mang tải thuốc 5-FU. Kết quả cho thấy có thể dễ dàng biến tính bề mặt hạt nano silica cấu trúc rỗng thành các nhóm chức năng khác nhau sử dụng các dẫn xuất silan tương ứng. Hình 1.16. Ảnh TEM của HMSN-NH2 (a) và biểu đồ cho thấy khả năng load thuốc của các vật liệu (b) [59]. 36 1.2.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước Ở Việt Nam, có rất ít nhóm nghiên cứu về vật liệu silica, đặc biệt là vật liệu nano silica cấu trúc rỗng trên định hướng mang thuốc chống ung thư, một số nghiên cứu điển hình bao gồm: Năm 2015, luận văn thạc sĩ của Đặng Cao Kỵ [61] đã tổng hợp thành công hệ nano silica cấu trúc xốp biến tính bằng chitosan-PEG mang thuốc chống ung thư 5-FU, hệ sau tổng hợp có kích thước dao động trong khoảng 50- 70 nm. Thời gian phóng thích thuốc kéo dài. Hình 1.17. Biểu đồ mô tả khả năng phóng thích thuốc 5-FU của hệ nano silica xốp biến tính với chitosan-PEG [61]. Năm 2016, luận văn thạc sĩ của Tô Thị Bảo Yến [24] đã tổng hợp thành công hệ nano silica cấu trúc xốp biến tính bằng gelatin-MPEG mang thuốc doxorubicin, kết quả cho thấy hệ có hiệu quả mang thuốc cao và thời gian nhả thuốc kéo dài. 37 Hình 1.18. Biểu đồ mô tả khả năng phóng thích thuốc doxorubicin của hệ nano silica xốp biến tính với gelatin-MPEG ở pH 7,4 và 4,5 [24]. Từ những dữ liệu nghiên cứu trên cho thấy, hệ phân phối thuốc trên nền nano silica cấu trúc rỗng có khả năng mang thuốc tốt. Tuy nhiên, hầu hết quá trình tổng hợp trải qua nhiều giai đoạn và khó thực hiện, vật liệu làm lõi và vỏ là hai vật liệu khác nhau nên dễ bị nhiễm tạp nếu quá trình ăn mòn lõi không hoàn toàn. Để giải quyết vấn đề này, luận văn xây dựng quy trình tổng hợp hạt nano silica cấu trúc rỗng sử dụng lõi và vỏ với cùng một loại vật liệu, vật liệu silica. Để tránh hiện tượng rò rỉ, luận văn cũng đánh giá khả năng kiểm soát thuốc bằng vật liệu polyethylene glycol. 38 CHƯƠ