Nghiên cứu vật liệu tiên tiến trong điều trị ung thư

Theo dõi MTĐT trên

Công trình nghiên cứu “Microwave-assisted synthesis of nano Hf-and Zr-based metal-organic frameworks for enhancement of curcumin adsorption” đăng trên Tạp chí Microporous and Mesoporous Materials (số 298, năm 2020) của TS Đoàn Lê Hoàng Tân (Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu cấu trúc nano và phân tử, Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh) và cộng sự đã tập trung nghiên cứu vật liệu xốp tiên tiến (vật liệu khung hữu cơ kim loại - Metal Organic Frameworks, MOF) có khả năng lưu trữ/nhả dược chất kháng ung thư Curcumin nhằm xử lý tế bào ung thư. Đây là 1 trong 2 công trình được đề cử cho Giải thưởng trẻ của Giải thưởng Tạ Quang Bửu năm 2022.

Hiện nay, phương pháp điều trị ung thư phổ biến là hóa trị và xạ trị. Tuy nhiên, 2 phương pháp này thường có nhiều tác dụng phụ bởi liều lượng thuốc (hóa trị) và tia phóng xạ (xạ trị) không chỉ tác động lên các tế bào/mô/cơ quan bị ung thư, mà còn có tác động lên tế bào/mô/cơ quan lành tính, gây ảnh hưởng đến toàn bộ cơ thể và dẫn đến suy giảm sức khỏe người bệnh. Để hạn chế các tác dụng phụ trong điền trị ung thư, phương pháp điều trị trúng đích thông qua các vật liệu nano chứa thuốc để dẫn truyền đến đúng mô/cơ quan bị ung thư (dẫn truyền thuốc trúng đích) được giới khoa học quan tâm nghiên cứu.

Nhóm nghiên cứu đã tiếp cận với các phương pháp nghiên cứu và đạt được nhiều kết quả khả quan:

Tương thích sinh học: Trong nghiên cứu này, vật liệu nano Zr- và Hf-MOF được cấu tạo từ cluster kim loại Zr4+6 hoặc Hf4+6 liên kết với các cầu nối hữu cơ 1,4-benzenedicarboxylate. Vật liệu này có tính tương thích sinh học cao và không gây độc với cơ thể. Các kim loại Zr và Hf nằm ở phân nhóm IVB trong bảng phân loại tuần hoàn có điện tích dương lớn +4 nên có tương tác phối trí rất mạnh với các nguyên tử như oxygen hay nitrogen trong các dược chất kháng ung thư.

Phân hủy sinh học: sử dụng cầu nối hữu cơ 1,4-benzenedicarboxylate. Do trong môi trường cơ thể các cầu nối hữu cơ chứa nhóm carboxylate (thuộc 1,4-benzenedicarboxylate) trong vật liệu MOF sẽ bị nhóm phosphate có nhiều trong dịch tế bào và nhóm phospholipid của màng tế bào cạnh tranh liên kết làm cắt đứt nối với kim loại Zr và Hf dẫn đến việc phân hủy cấu trúc khung của vật liệu MOF thành các phân mảnh nhỏ dễ dàng đào thải ra khỏi cơ thể.

Độ xốp của vật liệu: cầu nối hữu cơ 1,4-benzenedicarboxylate được sử dụng nhằm tăng độ xốp, diện tích bề mặt của vật liệu, góp phần tăng khả năng tương tác của vật liệu với phân tử curcumin thông qua tương tác π- π stacking của các vòng benzene. Vật liệu nano Zr-MOF và Hf-MOF trong công trình có diện tích bề mặt lần lượt lên đến 1400 và 950 m2/g, nên có khả năng tải/nhả dược chất kháng ung thư có kích thước khác nhau.

Kết quả lưu trữ và dẫn truyền thuốc: vật liệu nano Zr-MOF có kích thước hạt trung bình 30 nm, diện tích bề mặt 1400 m2/g và khả năng tải curcumin là 466 mg/g. Trong khi đó, vật liệu nano Hf-MOF có kích thước hạt trung bình 50-70 nm, diện tích bề mặt 950 m2/g và khả năng tải curcumin là 465 mg/g. Dù vật liệu Hf-MOF có diện tích bề mặt nhỏ hơn Zr-MOF nhưng khả năng mang dược chất hai vật liệu là tương đương. Kết hợp các dữ liệu thực nghiệm với tính toán mô phỏng để chứng minh được quá trình hấp phụ curcumin trên vật liệu MOF; tương tác giữa phân tử thuốc với vật liệu MOF. Từ đó xác định khả năng tải và nhả thuốc của vật liệu MOF.

Kết quả điều trị ung thư: dựa trên nghiên cứu này, nhóm đã nghiên cứu và công bố các bài báo khác liên quan đến điều trị tế bào ung thư trên cơ sở vật liệu nano MOF mang dược chất kháng ung thư như curcumin, paclitaxel và cordycepin. Kết quả cho thấy, vật liệu MOF mang dược chất có khả năng dẫn truyền dược chất thành công đến các dòng tế bào ung thư (ung thư dạ dày (AGS), ung thư phổi (A549) và ung thư cổ tử cung (OVCAR-8)) và có thể tiêu diệt hiệu quả tế bào ung thư ở nồng độ dược chất thấp (80 µg/ml) và ít gây độc đến tế bào thường.

Từ tháng 5/2020 đến nay, công trình được trích dẫn 38 lần theo WoS (45 lần theo Google Scholar), trong đó có trích dẫn quan trọng từ các tạp chí uy SCIE - Q1 thuộc các nhà xuất bản uy tín như: Advanced Materials, Journal of Hazadous Materials, Progress in Materials Science, ACS Applied Energy, Chemosphere, Inorganic Chemistry...