Ung thư: 'Phân phối thuốc thông minh' đang đến
Nghiên cứu mới mở đường cho việc đưa thuốc chống ung thư vào khối u với mức độ chính xác chưa từng thấy trước đây.
Hệ thống “phân phối thuốc thông minh” mới sử dụng một gói nano sẽ chỉ thải tải lượng thuốc của nó khi nó gặp hai tín hiệu khối u theo đúng trình tự.
Một bài báo "bằng chứng về nguyên tắc" - hiện đã được xuất bản trên tạp chí Khoa học hóa học - mô tả cách hệ thống thực hiện thành công để đáp ứng với một chuỗi hai điều kiện xảy ra bên trong khối u.
Điều kiện đầu tiên là sự gia tăng nồng độ axit trên một ngưỡng cụ thể và điều kiện thứ hai là sự hiện diện của một chất gọi là glutathione, mức độ này cao hơn trong một số loại khối u.
Việc đáp ứng hai điều kiện này - theo thứ tự chính xác này - thông báo cho viên nang nano rằng nó đang đi vào “môi trường vi mô khối u đa tầng”, khiến nó giải phóng lượng thuốc của mình. Nếu nó chỉ đáp ứng một điều kiện hoặc đáp ứng chúng theo thứ tự ngược lại, nó sẽ không giải phóng thuốc.
Tác giả nghiên cứu cấp cao Wei-Hong Zhu, giáo sư hóa học tại Đại học Khoa học và Công nghệ Đông Trung Quốc ở Thượng Hải, và nhóm của ông đã thử nghiệm hệ thống này trước tiên trong các tế bào phòng thí nghiệm, sau đó trên chuột sống.
'Thế hệ ma túy mới'
Nanocapsule phát hành các dấu hiệu huỳnh quang duy nhất - một khi nó đáp ứng điều kiện đầu tiên và một dấu khác, khác khi nó gặp điều kiện thứ hai - có nghĩa là tiến trình phân phối thuốc có thể được theo dõi chính xác khi nó xảy ra.
Điều này mở ra khả năng sử dụng hệ thống như một “cảm biến huỳnh quang thông minh” để chẩn đoán chính xác hơn.
Giáo sư Zhu nói rằng ông và các đồng nghiệp của mình tin rằng nghiên cứu sẽ dẫn đến một “thế hệ thuốc mới” có thể được lập trình để đáp ứng với các kích thích cụ thể một cách hợp lý.
Một trong những lý do khiến hệ thống mới của họ đưa thuốc đến một cấp độ khác là vì nó sử dụng “logic AND dựa trên trình tự” chứ không phải logic HOẶC để kích hoạt giải phóng thuốc.
Hệ thống phân phối sử dụng logic HOẶC sẽ giải phóng thuốc khi nó đáp ứng một trong các điều kiện mà nó được lập trình để đáp ứng.
Mặt khác, với logic AND dựa trên trình tự, hệ thống chỉ giải phóng thuốc khi cả hai điều kiện được đáp ứng theo đúng trình tự.
Các nhà khoa học gợi ý rằng cách tiếp cận này bảo vệ thuốc tốt hơn khỏi “môi trường phá hủy và các tương tác không mong muốn” và đảm bảo kích hoạt giải phóng chính xác hơn “khi cần”.
Làm thế nào nó hoạt động
Mặc dù thuận tiện khi mô tả hệ thống phân phối thuốc như một "gói nano bao quanh một lượng thuốc", nhưng đây không hoàn toàn là cách hoạt động của nó.
Hệ thống thực sự bao gồm các phân tử dài được tạo thành từ ba phần. Đầu tiên phát ra tín hiệu huỳnh quang, tín hiệu thứ hai là “tiền chất” và tín hiệu thứ ba là “đuôi polyme” dài. Tiền chất chuyển hóa thành thuốc chống ung thư khi nó được giải phóng.
Nó phản ứng “cực nhạy” với những thay đổi về độ pH hoặc độ axit. Và khi nó di chuyển từ máu (nơi có độ axit thấp hơn) sang môi trường khối u (nơi có độ axit cao hơn), nó sẽ cảm nhận được sự sụt giảm của độ pH.
Trong khi pH cao hơn ngưỡng được lập trình, các phân tử dài tạo thành hình dạng được gọi là “micelle”. Nó giống như một quả cầu, với tất cả các đuôi polyme ở bên ngoài và các đơn vị huỳnh quang ở trung tâm. Trong sự hình thành này, tín hiệu huỳnh quang bị triệt tiêu.
Nhưng khi micelle đi vào một môi trường trong đó độ pH giảm xuống dưới một ngưỡng nhất định, sự hình thành sẽ bị hủy bỏ và các phân tử dài bị rời ra.
Điều đầu tiên xảy ra là tín hiệu huỳnh quang sẽ không bị triệt tiêu nữa và có thể được phát hiện. Nó chỉ ra rằng điều kiện đầu tiên của logic AND (giảm pH) đã được đáp ứng.
Sự giải phóng của các phân tử dài cho phép điều kiện thứ hai, khi được đáp ứng, có hiệu lực. Trong trường hợp này, việc tiếp xúc với glutathione sẽ cắt đứt liên kết giữa phân tử dài và tiền chất. Sau khi được đưa ra, tiền dược chất sau đó sẽ tự do chuyển hóa thành thuốc chống ung thư có hoạt tính.
Hai tín hiệu huỳnh quang
Mất tiền chất có nghĩa là phân tử dài trở nên ngắn hơn, gây ra sự thay đổi “màu sắc” hoặc bước sóng của tín hiệu huỳnh quang - tín hiệu vẫn đang được phát ra - “từ xanh lục sang đỏ tím”. Điều này báo hiệu rằng điều kiện thứ hai của logic AND đã được đáp ứng theo đúng trình tự.
Các tác giả lưu ý rằng huỳnh quang bước sóng kép này làm cho hệ thống "phù hợp để thực hiện mô hình sinh học ba chiều thời gian thực", có thể là một "công cụ mạnh mẽ để chẩn đoán bệnh chính xác, đặc biệt là đối với các tổn thương đáng ngờ."
Khi nhóm nghiên cứu thử nghiệm hệ thống này trong tế bào và trên chuột sống, họ phát hiện ra rằng nó thể hiện “khả năng nhắm mục tiêu khối u đa tầng tuyệt vời”. Ở chuột, nó cũng cho thấy “sự tăng cường đáng kể trong hoạt động chống khối u […] gần như loại bỏ khối u.”
“Máy dò nano cảm giác logic này cung cấp một nguyên mẫu để phát triển các đầu dò cảm biến sinh học thông minh in vivo cho các hệ thống phân phối thuốc có thể lập trình chính xác.”
GS Wei-Hong Zhu
