Thuốc nói chung muốn phát huy tác dụng phải được tiếp thu và phân bố tại đích tác động mong muốn. Tuy nhiên, muốn đi đến được đích tác động, các phân tử thuốc phải vượt qua được các hàng rào sinh vật học của cơ thể. Và hàng rào sinh vật học cũng chính là cơ chế tự bảo vệ của thân khỏi sự xâm nhập của các chất độc cũng như các chất ngoại sinh. Nhiều loại thuốc có tác dụng khi nghiên cứu trong phòng thí điểm (in vitro) nhưng lại thất bại khi thể nghiệm trên động vật hoặc trên người cũng phần đông là do không thể xâm nhập qua hàng rào sinh học của cơ thể để đến được đích tác động. Một trong những ưu điểm vượt trội của các thuốc khi được bào chế dưới dạng nano là có thể cải thiện khả năng thâm nhập qua các hàng rào sinh vật học và sự phân bố của thuốc đến các vị trí tác động mong muốn.
Hàng rào sinh vật học của thân là gì?
Dưới giác độ tổng quát, hàng rào sinh học về mặt bản tính là các lớp tế bào được sắp xếp với nhau để ngăn cách các khoang chứa cũng như các cơ quan khác nhau trong thân thể. Có thể kể đến một số hàng rào sinh học của cơ thể như hàng rào biểu mô (ruột, ống thận), hàng rào máu não, hàng rào nhau thai. Dưới giác độ các cơ quan, hàng rào sinh vật học của các cơ quan chính là các lớp tế bào biểu mô lớp ngoài cùng của các cơ quan và hàng rào nội mô huyết mạch (ngăn cách giữa mao mạch và các tế bào nội mô). Dưới góc độ tế bào, hàng rào sinh vật học của tế bào chính là màng tế bào ngăn cách giữa môi trường nội bào và ngoại bào.
Các hạt nano thường quá lớn để thấm vào một số mô (ảnh trên) và các hạt nano mới nhỏ hơn nên có thể đi qua các mô này (ảnh dưới).
Dù dưới định nghĩa hay xét dưới giác độ nào đi chăng nữa, hàng rào sinh vật học đều có chức năng cản ngăn sự thâm nhập của các chất ngoại sinh để bảo vệ thân thể, và đây cũng là một trong những nguyên nhân dẫn đến sự phân bố khác nhau của thuốc ở các khoang dịch thể (ví dụ như dịch vị, huyết tương, nước giải, dịch não tủy...). Nói chung, thuốc đối với cơ thể cũng là các chất ngoại sinh, chính vì vậy, các hàng rào cũng cản trở đáng kể sự thâm nhập của thuốc đến các vị trí mong muốn. Để đi qua được các hàng rào sinh học của thân, các thuốc phải có các tính chất vật lý, hóa học, sinh vật học thích hợp (kích thước, độ phân cực, điện tích). Hay nói cách khác, việc đi xuyên qua các hàng rào này là có tính chọn lọc và chuẩn y các cơ chế khác nhau. Một tỉ dụ điển hình như trong trường hợp của dopamine, một chất dẫn truyền tâm thần có vai trò quan yếu đối với bệnh Parkinson (khó kiểm soát vận động, run tay, run chân thường gặp ở người lớn tuổi). Do dopamine không đi qua được hàng rào máu não nên việc sử dụng trực tiếp dopamine bằng đường uống hay đường tiêm tĩnh mạch không mang lại hiệu quả điều trị đáng kể đối với bệnh Parkinson.
Lợi thế của nanomedicine
Trong việc áp dụng công nghệ nano trong điều trị, các nhà khoa học không chỉ có thể tạo ra hoạt chất, nguyên liệu sinh học có kích tấc nano (từ 10nm đến 100nm) để cải thiện độ tan, tăng cường khả năng thu nhận vào thân; mà còn hướng đến tạo ra các hệ mang thuốc có các thuộc tính ưu việt để đưa thuốc đến các vị trí mong muốn mà các phân tử thuốc thông thường chẳng thể đến được hoặc phân bố không hiệu quả.
trước hết, phải kể đến hiện tượng lưu giữ và thẩm thấu tăng cường, một trong những đặc tính ưu việt của nanomedicine trong việc thay đổi khả năng đi qua hàng rào sinh học của thân so với các phân tử thuốc thường ngày. Do có kích tấc trong khoảng từ 10 đến 100nm, tại đó, nanomedicine gặp khó khăn trong việc khuếch tán qua các kênh đàm luận có kích thước bé ở các cơ quan thường nhật nhưng lại dễ dàng khuếch tán và hội tụ vào các vị trí bệnh lý (như khối u, vùng bị thương tổn...) do kích thước các kênh đàm đạo ở các vị trí này thường lớn hơn để đáp ứng cho nhu cầu cao sử dụng oxy và các chất dinh dưỡng. Chính vì vậy, các thuốc nano có khả năng tập trung cao hơn ở các vùng bệnh lý và ít gây ảnh hưởng đến các vị trí khác trong thân thể. Nhờ đó, có thể điều trị một cách hướng đích, hiệu quả tại vị trí mong muốn và giảm các tác dụng không mong muốn đến các vị trí, cơ quan khác của thân thể.
Hơn nữa, nhờ kích tấc lớn hơn các phân tử thuốc hòa tan thông thường, thuốc nano có thể ở lại trong hệ tuần hoàn lâu hơn, và kéo dài tác dụng của thuốc, giảm số lần dùng thuốc, duy trì nồng độ thuốc trong ngưỡng điều trị mong muốn. tỉ dụ như thuốc doxil, một trong những thuốc nano trước nhất được chấp thuận và cấp phép lưu hành trên thị trường để điều trị ung thư. Trong đó, doxorubicin (thuốc dùng trong hóa trị) được đưa vào trong một hệ liposome mang thuốc có kích thước nano. Bệnh nhân dùng doxil ít gặp phải các tác dụng phụ đáng kể như khi dùng các thuốc hóa trị thông thường.
Các hạt nano tiến công vào khối u phổi.
Bên cạnh việc kiểm soát kích thước để thay đổi khả năng phân bố của thuốc (cơ chế về mặt vật lý), các nhà khoa học trong lĩnh vực nano còn hướng đến tạo ra những hệ nano mang thuốc có thể vượt qua hàng rào sinh vật học chuẩn y các cơ chế khác về mặt hóa học, sinh vật học. Khi ở bên trong thân, các hệ nano mang thuốc chuyên chở các thuốc bên trong xâm nhập qua các hàng rào sinh vật học một cách hiệu quả. Nhìn chung, có các cơ chế xuyên màng chính yếu sau: Khuếch tán trực tiếp qua lớp lipid, khuếch tán qua các lỗ thân nước, xuyên màng qua các chất mang, và xuyên màng chuẩn y cơ chế nhập bào và thải bào. Trong đó xét về mặt hóa học, bằng cách thay đổi độ thân nước và thân dầu và điều chỉnh thiết kế bề mặt, mà các hệ nano mang thuốc có thể xuyên màng tốt hơn do bản tính của các hàng rào sinh vật học là các lớp tế bào sắp đặt với nhau. Trong đó, nano micelle và liposome chính là những hệ mang thuốc giúp chuyên chở thuốc đi qua các hàng rào sinh học một cách hiệu quả. ví dụ như trong một nghiên cứu gần đây ban bố trên tập san International Journal of Pharmaceutics của tác giả Kensuke Yotsumoto, thuốc indomethacin được vận chuyển trong hệ polymer micelle có khả năng thấm qua da tốt hơn đáng kể so với thuốc indomethacin thông thường.
Dưới giác độ sinh vật học, do kích thước của các thuốc nano nhỏ hơn các phân tử thuốc ở dạng hòa tan thường ngày, nên các hệ mang thuốc nano trực tính qua cơ chế nhập bào (endocytosis) thay vì cơ chế khuếch tán thông thường. Tuy nhiên, quá trình nhập bào thường theo cơ chế sinh vật học bình thường được điều khiển bởi các receptor và phức hợp đặc hiệu giữa chúng. Chính thành ra, nhờ việc gắn lên trên bề mặt của các hệ nano mang thuốc các hoạt chất sinh học có khả năng gắn đặc hiệu với các receptor trên bề mặt tế bào, các nhà khoa học có thể cải thiện đáng kể khả năng đi vào (nhập bào) và đi ra (thải bào) của các hệ nano, nhờ đó có thể mang thuốc đi qua các hàng rào sinh vật học cũng như xâm nhập vào các tế bào tại vị trí mong muốn. Có thể kể đến một số kỹ thuật đang được nghiên cứu giờ như nhập bào điều hòa bởi receptor insulin, nhập bào điều hòa bởi receptor transferrin...
Nhờ đó, các hệ nano có thể mang thuốc thâm nhập qua các hàng rào sinh học của thân và phân bố đến các vị trí mong muốn, thậm chí có thể đi qua hàng rào máu não và đưa thuốc đến tâm thần trung ương. Một nghiên cứu vừa được ban bố trên tập san khoa học Nature Communication vào tháng 08/2019, tác giả Anna Galstyan và cộng sự đã chế tác thành công nano polymer có khả năng tải kháng thể đơn dòng (dùng trong liệu pháp miễn nhiễm) đi xuyên qua hàng rào máu não để hướng đến điều trị khối u trong não bộ. Nghiên cứu đã phần nào giải quyết khó khăn trong điều trị u não can hệ đến khả năng đi qua hàng rào máu não kém của các liệu pháp điều trị thông thường.
ThS. DS. Bùi Đức Trí
0 nhận xét:
Đăng nhận xét