Công nghệ nano có thể làm chậm sự tiến triển của viêm xương khớp không?
Hiện vẫn chưa có cách chữa khỏi bệnh thoái hóa khớp. Tuy nhiên, một phương pháp tiếp cận công nghệ nano sáng tạo có thể giúp đưa các chất điều trị vào sâu hơn trong sụn bị ảnh hưởng và duy trì hoạt động lâu hơn.
Chủ yếu là một tình trạng liên quan đến người lớn tuổi, viêm xương khớp là một tình trạng suy nhược.
Ảnh hưởng đến sụn trong các khớp của cơ thể, viêm xương khớp ảnh hưởng đến ước tính 26 triệu người ở Hoa Kỳ.
Đôi khi, tình trạng bắt đầu với một chấn thương hoặc tổn thương liên quan đến bệnh ở khớp.
Lúc khác, đó là do sự hao mòn do nhiều năm sử dụng.
Trong tất cả các trường hợp, hiện không có cách nào để ngăn chặn sự tiến triển của nó. Như hiện tại, các lựa chọn duy nhất có sẵn là thuốc để giảm đau liên quan.
Khi dân số ngày càng già đi và nặng hơn - cả hai yếu tố nguy cơ của bệnh viêm xương khớp - thì nó càng trở thành một vấn đề lớn hơn.
Hơn nữa, vì đau là triệu chứng chính, viêm xương khớp đang góp phần vào cuộc khủng hoảng nghiện opioid. Việc tìm ra những cách thức sáng tạo để can thiệp vào cuộc hành trình sắp tới của căn bệnh này đang trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết.
Vấn đề phân phối thuốc
Gần đây, các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) ở Cambridge đã vào cuộc. Họ đã khám phá các cách sử dụng công nghệ nano để tăng cường các loại thuốc điều trị xương khớp thử nghiệm.
Họ đã công bố những phát hiện của mình trên tạp chí Y học phiên dịch đầu tuần này.
Trong nhiều năm, các nhà khoa học đã nghiên cứu nhiều loại hóa chất chống lại bệnh viêm xương khớp. Một số đã cho thấy triển vọng trong các mô hình động vật, nhưng cho đến nay, chưa có sản phẩm nào được chứng minh là hữu ích trên bệnh nhân người.
Các tác giả của nghiên cứu mới tin rằng “[m] bất kỳ thiếu sót nào trong số này đều bắt nguồn từ việc phân phối thuốc không đầy đủ.”
Điều này là vì hai lý do chính. Thứ nhất, các khớp bị thiếu hụt nguồn cung cấp máu, nghĩa là các bác sĩ chuyên khoa phải tự tiêm thuốc trực tiếp vào khớp. Thứ hai, dẫn lưu bạch huyết có xu hướng loại bỏ nhanh chóng các hợp chất được tiêm vào khớp.
Để vượt qua rào cản này, các nhà khoa học tập trung vào việc thiết kế một cách để cung cấp và giữ thuốc trong khớp lâu hơn đồng thời đi sâu hơn vào sụn, từ đó đưa thuốc trực tiếp đến các tế bào cần thiết.
Loại thuốc mà họ tập trung vào là yếu tố tăng trưởng giống insulin 1 (IGF-1), một hợp chất đã cho thấy nhiều hứa hẹn trong một số thử nghiệm lâm sàng. Yếu tố tăng trưởng này thúc đẩy sự phát triển và tồn tại của các tế bào chondrocytes, là những tế bào tạo nên sụn khỏe mạnh.
Quả cầu nhỏ
Các nhà nghiên cứu đã thiết kế một phân tử hình cầu kích thước nano làm chất mang IGF-1. Phân tử bao gồm nhiều nhánh, được gọi là dendrimers, phát ra từ một lõi trung tâm.
Mỗi nhánh kết thúc với một vùng tích điện dương bị thu hút bởi điện tích âm trên bề mặt của tế bào chondrocytes.
Các phân tử cũng bao gồm một cánh tay polyme xoay tròn bao phủ và trung hòa các điện tích dương một cách không liên tục. Các nhà nghiên cứu đã gắn các phân tử IGF-1 lên bề mặt của quả cầu này và tiêm hợp chất vào khớp của chuột.
Một khi các hạt này ở trong cơ thể, chúng liên kết với sụn và hệ thống dẫn lưu bạch huyết không thể loại bỏ chúng. Từ đó, chúng có thể bắt đầu khuếch tán vào mô.
Tuy nhiên, các quả cầu không liên kết vĩnh viễn, vì điều này sẽ giữ chúng bị khóa chặt vào bề mặt của sụn. Cánh tay polyme linh hoạt thỉnh thoảng che phủ các điện tích, cho phép phân tử di chuyển và tự chìm sâu hơn vào mô.
“Chúng tôi đã tìm thấy một phạm vi điện tích tối ưu để vật liệu có thể vừa liên kết mô vừa không liên kết để khuếch tán thêm, và không quá mạnh đến mức nó chỉ bị mắc kẹt ở bề mặt.”
Tác giả chính của nghiên cứu Brett Geiger, một sinh viên tốt nghiệp MIT
Khi IGF-1 được đưa vào tế bào chondrocytes, nó tạo ra sự giải phóng các proteoglycan, hoặc nguyên liệu thô của sụn. IGF-1 cũng khuyến khích sự phát triển của tế bào và giảm tỷ lệ tế bào chết.
Mở rộng cửa sổ trị liệu
Các nhà nghiên cứu đã tiêm phân tử lai này vào khớp của chuột. Thời gian bán hủy của nó là 4 ngày (thời gian để thuốc giảm xuống còn một nửa thể tích ban đầu), dài hơn khoảng 10 lần so với khi các nhà khoa học tiêm IGF-1 một mình. Điều quan trọng, hiệu quả điều trị của nó kéo dài trong 30 ngày.
So với những con chuột không được dùng thuốc, những con chuột đó đã giảm tổn thương khớp. Ngoài ra, đã giảm đáng kể tình trạng viêm.
Tất nhiên, sụn của chuột mỏng hơn nhiều so với sụn của con người; của chúng dày khoảng 100 micromet, trong khi của con người gần hơn 1 milimet.
Trong một thí nghiệm riêng biệt, các nhà khoa học đã chứng minh rằng những phân tử này có thể xuyên qua một độ dày phù hợp với bệnh nhân của con người.
Đây mới chỉ là giai đoạn đầu của nghiên cứu sử dụng các phân tử này để đưa thuốc vào sụn. Nhóm nghiên cứu có kế hoạch tiếp tục theo cùng một lộ trình và nghiên cứu các hóa chất khác, bao gồm các loại thuốc ngăn chặn các cytokine gây viêm và axit nucleic bao gồm DNA và RNA.
Nghiên cứu xuất hiện cùng với một bài xã luận về việc sử dụng công nghệ nano trong nghiên cứu viêm xương khớp. Tác giả, Christopher H. Evans, viết:
“Đây là những dữ liệu rất đáng khích lệ. […] [T] ở đây không có hệ thống phân phối thuốc nào khác có thể ảnh hưởng đến sự trao đổi chất của tế bào chondrocytes tại chỗ trong toàn bộ độ dày của sụn khớp một cách bền vững. ”
Mặc dù phương pháp mới đang ở giai đoạn sơ khai, nhưng cách tiếp cận này cuối cùng có thể có nghĩa là các bác sĩ có thể làm chậm đáng kể quá trình thoái hóa khớp bằng cách tiêm hai tuần hoặc hàng tháng.
