Những ứng dụng vượt trội của công nghệ nano trong y dược

Những ứng dụng vượt trội của công nghệ nano trong y dược

Tổng quan về công nghệ nano

Công nghệ nano là ngành công nghệ xử lý, thao tác trên những vật thể nhỏ mức phân tử, siêu phân tử và nguyên tử với kích thước chỉ từ 1 đến 100 nanomet. Công nghệ nano rất rộng, bao gồm trong các lĩnh vực khoa học đa dạng như vật lý bề mặt, hóa học hữu cơ, sinh học phân tử, vật lý bán dẫn, lưu trữ năng lượng, vi chế tạo, kỹ thuật phân tử... Nhờ đó, công nghệ nano tạo ra nhiều vật liệu và thiết bị mới với nhiều ứng dụng rộng rãi, chẳng hạn như trong lĩnh vực nano y học, nano điện tử, nano điện sinh học, sản phẩm nano tiêu dùng…

Các ứng dụng của công nghệ nano trong y học

Công nghệ nano trong y học, y học nano, nanomedicine là những ứng dụng của công nghệ nano vào lĩnh vực y tế để phòng ngừa và chữa trị bệnh. Bằng việc sử dụng các vật liệu, thiết bị, dụng cụ… kích cỡ nanomet như hạt nano hóa học, nano sinh học, các nanorobots… ngành y đã được “nối dài tay” hơn.

Giúp chẩn đoán nhanh chính xác: Các nhà khoa học đã chế tạo ra các chip sinh học nano có thể nhận dạng tín hiệu các phân tử cần phát hiện trong chẩn đoán. Chẳng hạn, tại Viện Đa công nghệ Worcester ở Mỹ sử dụng kháng thể gắn trên chip ống nano carbon để phát hiện tế bào ung thư trong dòng máu. Viện MIT phát triển đầu dò ống nano carbon nhúng trong gel chích dưới da để theo dõi lượng nitric oxide trong máu. Nồng độ nitric oxide này là chỉ điểm đánh giá tình trạng nhiễm khuẩn. Bên cạnh đó, đại học Michigan cũng đã phát triển đầu dò graphene oxide có gắn những kháng thể chống tế bào ung thư nhờ đó có thể phát hiện qua huỳnh quang lượng tế bào ung thư rất nhỏ khi chưa thể phát hiện được bằng hiển vi thông thường. Ngoài ra, với kỹ thuật dùng que vàng nano (gold nanorods) còn có thể phát hiện rất sớm những tổn thương thận do khi thận bị tổn thương sẽ tạo ra những protein lạ, các protein này tích tụ lại ở các que nano vàng và làm thay đổi màu của chúng.

Nanorobot tiếp cận trực tiếp tới khối u.

Xác định vị trí khối u: Phát hiện, định vị và mô tả sớm các ổ di căn là một thách thức lớn trong chẩn đoán và điều trị ung thư. Hầu hết các phương pháp chụp ảnh hiện nay không phát hiện được các thương tổn ung thư nhỏ, do rào cản giải phẫu và sinh học. Chích tĩnh mạch các albumin có bọc các phân tử nano đất hiếm (rare-earth-doped albumin-encapsulated nanoparticles) có khả năng phát ra tia hồng ngoại sóng ngắn SWIR giúp phát hiện các ổ ung thư di căn. Với mô hình ung thư vú của người trên chuột, SWIR toàn thân cho phép phát hiện những tổn thương rất nhỏ ở tuyến thượng thận và xương, vốn không thể phát hiện được bằng hình ảnh cộng hưởng từ MRI.

Tạo các kỹ thuật điều trị mới: Dùng các tampon nano (nanosponges) có khả năng hấp thu và loại bỏ các độc tố trong dòng máu. Các nanosponges này là các hạt nano polyme được phủ lớp màng hồng cầu xung quanh, nhờ đó chúng di chuyển tự do trong máu và thu hút các độc tố. Dùng hạt nano polyethylene glycol-hydrophilic carbon (PEG-HCC) để hấp thu các gốc tự do nhằm giảm tổn thương não sau chấn thương, đột quỵ. Dùng lăng kính phủ các ống carbon nano (lens coated with carbon nanotubes) biến tia laser thành sóng âm hội tụ để phá hủy khối u hoặc các mô bị bệnh mà không làm hỏng các mô khỏe mạnh kề bên. Hiện nay, các nhà khoa học đang nghiên cứu dùng hạt bismuth nano để tăng tập trung phóng xạ vào khối u trong xạ trị. Trong liệu pháp nhiệt mục tiêu (targeted heat therapy) điều trị ung thư vú, các kháng thể kháng protein khối u được gắn vào ống nano khiến các ống nano tập trung nhiều ở khối ung thư vú và tia hồng ngoại sẽ được các ống nano hấp thụ đốt cháy khối u.

Đưa thuốc đến đích chính xác hơn: Ứng dụng công nghệ nano quan trọng trong y học là sử dụng hạt nano để phân phối thuốc, nhiệt, ánh sáng hoặc các chất khác đến đúng các tế bào đích cụ thể, ví dụ tế bào ung thư, mà không ảnh hưởng đến các tế bào xung quanh. Việc đưa thuốc bằng hạt nano từ tính đã phát triển từ những năm 1970. Các nhà bào chế đã cho thuốc, hoạt chất bao quanh các hạt nano từ tính rồi dùng từ trường bên ngoài để hút kéo chúng đến đúng các tế bào, mô cần điều trị.

Đến nay, đã có nhiều cơ sở nghiên cứu tại Mỹ ứng dụng thực tế dùng hạt nano mang hóa chất chống ung thư, hạt nano từ từ phóng thích thuốc với nhiều kỹ thuật khác nhau. Viện Wyss tại trường Đại học Harvard sử dụng hạt nano mang thuốc xuyên qua các rào cản sinh học như mạch máu, mô... Viện Nghiên cứu Kỹ thuật Houston sử dụng hạt nano silicon phân hủy trong u bướu giải phóng thuốc tại chỗ để tiêu diệt tế bào ung thư, hạt nano gelatin đưa thuốc vào ngay các tổn thương não. Các nhà nghiên cứu của Viện Công nghệ Massachusetts MIT đang nghiên cứu sử dụng vắc-xin nano hiệu quả và lâu dài hơn cách chích thông thường. Ngoài ra, hiện nay, các nhà y học nano đang ráo riết nghiên cứu nang nano insulin, thuốc chính chữa bệnh đái tháo đường; thuốc nano uống (nanoparticle taken orally) có thể đi qua niêm mạc ruột để vào máu; hạt nano chứa các enzymes ức chế sự nhân lên của virut...

Chống nhiễm khuẩn: Bạc nano là ứng dụng kỹ thuật nano đầu tiên trong cuộc sống và y học. Bạc nano là chất kháng khuẩn để điều trị vết thương, sát khuẩn dụng cụ y khoa, sản xuất đồ gia dụng và cá nhân như bình nước, bình sữa, máy giặt, bí tất, khăn lau... Hạt nano chứa khí oxit nitric cũng được dùng để sát khuẩn vết thương, ổ áp-xe. Hiện nay, các miếng băng gạc dùng cho vết bỏng thường có chứa những nang nano kháng sinh. Nhiễm khuẩn làm cho các  nang nano này mở ra giải phóng kháng sinh tiêu diệt vi khuẩn gây hại. Điều này cho phép điều trị nhiễm khuẩn nhanh hơn và giảm số lần thay băng phức tạp cho bệnh nhân. Các trường đại học tại Mỹ và Úc đã và đang phát triển kỹ thuật thanh trùng dụng cụ y khoa nổi tiếng, sử dụng hạt nano vàng và tia hồng ngoại; dùng chấm lượng tử (quantum dots) để điều trị những vi khuẩn kháng thuốc; dùng hạt nano sắt oxide (polymer coated iron oxide nanoparticles) để điều trị các nhiễm khuẩn mạn tính.

Chỉnh sửa tế bào: Những người máy nano (nanorobot) được lập trình có thể đi sâu đến sửa chữa những bệnh lý tế bào. Các nanorobot này hoạt động chuyên biệt như các kháng thể đến đúng ngay cơ quan, tế bào bị bệnh để chỉnh sửa mà không ảnh hưởng các tế bào lành xung quanh.

Ưu điểm vượt trội của công nghệ nano

Trong y học có hai vấn đề lớn nhất phải giải quyết là chẩn đoán chính xác và điều trị hiệu quả. Y học nano đã giúp thầy thuốc cải tiến được cả hai điều này. Nhờ những kỹ thuật thăm dò chẩn đoán nano, bác sĩ có thể phát hiện những thay đổi bệnh lý từ rất sớm, khi căn bệnh mới bắt đầu. Nanomedicine giúp thăm dò đánh giá vị trí, mức độ nặng nhẹ của căn bệnh rất chuẩn xác đến mức “nano”. Nhờ đánh giá, định vị sớm và chính xác, bệnh nhân thường được điều trị sớm, trong khoảng “thời gian vàng” nên kết quả thường rất khả quan. Với phương pháp nano, thuốc đặc hiệu được đưa đến “tận nơi”, nên vừa không tác hại các tế bào, mô, cơ quan xung quanh vừa giúp tiết kiệm được thuốc đặc trị.

Chỉ với bạc nano, chén bát, bình sữa, bàn chải đánh răng… chúng ta có thể khống chế được bệnh tiêu chảy vốn là một bệnh thường gặp ở trẻ em dưới 3 tuổi. Chúng ta có quyền hy vọng công nghệ y khoa nano sẽ còn đem lại những lợi ích thần kỳ hơn để bảo vệ sức khỏe và nâng cao chất lượng sống.

Tham khảo thêm thông tin tại bài viết: Y sinh học và ung thư tiền liệt tuyến