Kết quả nghiên cứu của đề tài đã được Hội đồng đánh giá, nghiệm thu cấp quốc gia do GS.TS Phạm Quốc Long làm Chủ tịch đánh giá Đạt.
Vật liệu mang thuốc trên cơ sở các hệ nano, đặc biệt là chất mang các loại thuốc chống ung thư đặc hiệu nhằm giảm các phản ứng phụ cho người bệnh khi điều trị bằng phương pháp hoá trị liệu là một hướng nghiên cứu được nhiều nhà khoa học quan tâm trong thời gian gần đây. Trong đó, với nhiều ưu việt thì vật liệu nanogel được biết đến là một vật liệu mang thuốc tiềm năng. Nanogel là vật liệu hydrogel ba chiều có kích thước nano được hình thành bởi mạng lưới liên kết chéo của các polymer ưa nước. Chúng có thể được tổng hợp bằng cách sử dụng nhiều loại polymer tự nhiên, polymer tổng hợp hoặc kết hợp cả hai. Nanogel chủ yếu có dạng hình cầu, ngoài ra chúng cũng có thể được thiết kế với cấu trúc lõi - vỏ hoặc lõi - vỏ - corona. Nanogel được tạo thành từ các thành phần hạt hydrogel với kích thước trong phạm vi nanomet, do đó nó có các tính chất kép của cả hydrogel và hạt nano. So với các hệ thống phân phối hoạt chất sinh học khác, nanogel có một số ưu điểm độc đáo là có khả năng nhắm mục tiêu và kiểm soát phát hành các hoạt chất sinh học với tác dụng phụ tối thiểu.
Nanogel có thể đáp ứng với các kích thích như nhiệt độ, cường độ ion, pH, điện trường, từ trường, thành phần dung môi hay nồng độ chất đặc hiệu bằng cách thay đổi hình dạng, kích thước, độ hòa tan, màu sắc... Ngoài ra, diện tích bề mặt của nanogel lớn cung cấp một không gian thích hợp để chức năng hóa và liên hợp sinh học với các phối tử khác nhau. Những đặc điểm này giúp cho nanogel có thể phân phối thuốc hướng đích và phát hành thuốc đáp ứng kích thích tại vị trí đích. Cấu trúc mềm của nanogel cũng là một tính chất đặc biệt, nếu dùng một lực gần với áp lực lọc thận thì nanogel có thể đi qua lỗ có đường kính nhỏ hơn 10 lần so với kích thước của chúng. Sự mềm mại của nanogel có ảnh hưởng trực tiếp đến sự phân phối và kéo dài thời gian lưu thông của chúng trong cơ thể. Mạng lưới nanogel mềm mại giúp bảo vệ các phân tử sinh học được đóng gói khỏi sự phân hủy và thanh thải in vivo. Đồng thời, các liên kết chéo bên trong cấu trúc nanogel giúp cho hệ không chỉ ổn định hơn mà còn phát hành thuốc bền vững hơn.
Vật liệu nanogel mang thuốc đáp ứng kích thích là một bước tiến mạnh mẽ so với các hệ nanogel thường vốn đã được xem là lý tưởng. Việc nghiên cứu về vật liệu này hiện đang thu hút nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới với mục đích nâng cao hiệu quả mang thuốc, khả năm xuyên thấm vào các mô bệnh, tính hướng đích hay khả năng đáp ứng kích thích.
Xuất phát từ thực tiễn đó, Viện Hóa học Vật liệu (Viện Khoa học Công nghệ Quân sự) đã đề xuất và được Bộ Khoa học và Công nghệ phê duyệt thực hiện nhiệm vụ “Nghiên cứu chế tạo hệ nanogel đa chức năng trên cơ sở heparin-pluronic có khả năng hướng đích và kiểm soát phóng thích dược chất ứng dụng trong bào chế thuốc điều trị ung thư” với mục tiêu nghiên cứu tổng hợp được hệ vật liệu mang thuốc thế hệ mới, có tính thực tiễn cao, có khả năng nâng quy mô sản xuất và kiếm soát phóng thích dược chất ứng dụng trong bào chế thuốc điều trị ung thư ở Việt Nam.
Sau hơn 3 năm thực hiện, đề tài đã đạt được nhiều kết quả nổi bật như: xây dựng được quy trình tổng hợp copolyme CHP được thực hiện với ba giai đoạn phản ứng. Vật liệu CHP tổng hợp được có khả năng tạo nanogel trong môi trường nước và môi trường sinh lý cho kích thước hạt trung bình nhỏ hơn 200 nm, được đánh giá là có khả năng kết nối qua nhóm nhạy với môi trường bên trong và ổn định với môi trường bên ngoài tế bào ung thư. Tại điều kiện sinh lý, thế zeta và kích thước DLS của hệ NHP không đổi sau 12 giờ, ổn định tại giá trị -23 mV và 93 nm. Các hệ NHP được tổng hợp với các tỷ lệ Hep:Plu khác nhau là những vật liệu tương thích sinh học tốt khi không gây độc tế bào ở nồng độ lên đến 500 µg/ml.
Bên cạnh đó, đề tài đã nghiên cứu hiệu quả mang và nhả hai dược chất ứng dụng trong điều trị ung thư bằng phương pháp hoá trị liệu. Kết quả cho thấy, hệ sau nang hoá NHP@PTX, NHP@CPT các dược chất PTX và CPT tồn tại ở dạng phân tán rắn và tương tác vật lý và hoá học. Trong đó, hệ NHP@PTX ổn định và không bị phân hủy ở điều kiện nhiệt độ không quá 49,40oC. Hiệu suất nang hóa và khả nang mang thuốc PTX của các hệ NHP với các tỷ lệ Hep:Plu 1:5 cho giá trị cao nhất lần lượt là 92 và 18%. Hệ NHP@CPT ổn định và không bị phân hủy ở điều kiện nhiệt độ không quá 48,50oC, hiệu suất nang hóa và khả nang mang thuốc CPT của các hệ NHP 1:5 cho giá trị cao nhất lần lượt là 87,1 và 15,9%. Hệ NHP nang hóa CPT và PTX cho thấy khả năng giải phóng thuốc có kiểm soát tốt hơn rõ rệt so với CPT và PTX tự do.
Nghiên cứu về khả năng diệt tế bào ung thư (ung thư vú, ung thư phổi, ung tư tử cung) in vitro của hệ NHP@PTX, NHP@CPT cho thấy, vật liệu NHP đã được chứng minh là không gây độc đối với 3 dòng tế bào thử nghiệm ở nồng độ lên đến 500 µg/ml. PTX ở dạng tự do gây độc tế bào rõ rệt với hơn 30% tế bào MCF-7 bị tiêu diệt tại nồng độ PTX là 1 µg/ml và 15% của hệ NHP nang hoá PTX. Với CPT tự do thì độc tính bắt đầu thể hiện rõ từ nồng độ 10 µg/ml và từ 25 µg/ml đối với CPT nang hóa. Đối với dòng tế bào Hela thì CPT tự do gây độc tế bào rõ rệt với khoảng 20% tế bào Hela bị tiêu diệt tại nồng độ CPT 1 µg/ml, từ nồng độ 5 µg/ml, hơn 40% tế bào Hela đã bị tiêu diệt. CPT nang hóa cho thấy độc tính thấp hơn so với CPT tự do, với khoảng 35% tế bào Hela bị tiêu diệt tại nồng độ CPT 5 µg/ml. Với dòng tế bào A549, PTX nang hóa cho thấy độc tính thấp hơn so với PTX tự do, khoảng 15% tế bào A549 bị tiêu diệt tại nồng độ PTX 1 µg/ml và chưa đến 30% tế bào A549 bị tiêu diệt tại nồng độ PTX 5 µg/ml. Với CPT nang hóa độc tính thấp hơn so với CPT tự do, mật độ tế bào giảm theo chiều tăng nồng độ CPT, trong đó độc tính bắt đầu thể hiện rõ từ nồng độ 10 µg/ml đối với CPT tự do và từ 25 µg/ml đối với CPT nang hóa.
Kết quả nghiên cứu đánh giá tỷ lệ sống sót của tế bào A549, MCF-7 và Hela cho thấy, hệ mang thuốc NHP@PTX và NHP@CPT có tiềm năng lớn trong ứng dụng điều trị ung thư. Độc tính của hệ NHP@PTX và NHP@CPT nếu có là hoàn toàn do PTX và CPT nang hóa gây ra.
Ngoài ra, đề tài đã tổng hợp thành công CHP và hệ nanogel nang hoá PTX, CPT ở quy mô 100 g/mẻ. CHP quy mô 100 g/mẻ được tổng hợp từ pluronic và heparin thông qua cầu nối cystamine qua 3 giai đoạn. Tính theo khối lượng sản phẩm thu được thì hiệu suất tổng hợp NPC-F127-OH trong giai đoạn 1 đạt 98,48%, hiệu suất tổng hợp Cys-F127-OH trong giai đoạn 2 đạt 99,38% và hiệu suất tổng hợp chung của CHP 1:1 và CHP 1:5 lần lượt là 81,80 và 79,02%.
Trong môi trường khử, hệ NHP@PTX giải phóng ra lượng PTX cao hơn so với trong môi trường sinh lý cho thấy NHP@PTX là hệ phân phối thuốc có kiểm soát và trúng đích tiềm năng trong ứng dụng điều trị ung thư. Trong môi trường pH 5,5 (tương tự vi môi trường khối u), hệ NHP@CPT giải phóng ra lượng CPT cao hơn so với trong môi trường sinh lý cho thấy NHP@CPT là hệ phân phối thuốc có kiểm soát và trúng đích tiềm năng trong ứng dụng điều trị ung thư. Sản phẩm NHP@PTX và NHP@CPT ổn định trong điều kiện sinh học trong thời gian trên 24 tháng.
Kết quả thử nghiệm hiệu quả chống ung thư của hệ nanogel nang hoá PTX trên chuột cho thấy, sau 21 ngày điều trị, có sự khác biệt về kích thước khối u giữa nhóm chứng và các nhóm tiêm thuốc. Kết quả kiểm tra độc tính trên dòng tế bào MCF-7 của hệ NHP@PTX đã chứng minh PTX được nang hóa vào NHP giúp làm giảm độc tính tế bào.
Bên cạnh những kết quả nghiên cứu về khoa học nêu trên, đề tài đã đăng được 3 bài báo trên các tạp chí quốc tế thuộc hệ thống ISI (vượt 1 bài báo so với đăng ký); 2 sáng chế/giải pháp hữu ích được Cục Sở hữu trí tuệ chấp nhận đơn (vượt 1 sản phẩm so với đăng ký). Kết quả tham gia đào tạo sau đại học của đề tài đã giúp 3 học viên cao học hoàn thành luận văn thạc sỹ (so với chỉ tiêu là hướng dẫn 2 học viên cao học) và hỗ trợ cho 1 luận án tiễn sỹ.
Với những kết quả đạt được, nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần chủ động trong nghiên cứu thử nghiệm và thử nghiệm lâm sàng tiếp theo, là tiền đề giúp các công ty dược phẩm có thể chủ động trong việc nâng quy mô sản xuất hệ nanogel này để giảm thiểu các tác dụng phụ cho người bệnh trong việc sử dụng các biệt dược chống ung thư, cải thiện chất lượng cuộc sống, ổn định hơn trong quá trình điều trị và kéo dài tuổi thọ cho người bệnh. Hội đồng đánh giá, nghiệm thu cấp quốc gia do GS.TS Phạm Quốc Long làm Chủ tịch đánh giá xếp loại Đạt.
Công Thường (Bài viết hợp tác giữa Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam và Vụ Khoa học Xã hội, Nhân văn và Tự nhiên)