Phát triển hệ nanodendrimer đa chức năng điều trị tổn thương xương
Dendrimers, với cấu trúc siêu phân nhánh gồm lõi kỵ nước và vỏ ưa nước, từ lâu đã được ứng dụng như “kho thuốc” siêu nhỏ trong nhiều lĩnh vực y sinh học. Chúng phát huy hiệu quả trong các liệu pháp chống ung thư, chữa lành vết thương, nha khoa và kỹ thuật mô nhờ khả năng bao gói thuốc thông qua tương tác tĩnh điện hoặc khoang rỗng bên trong, cho phép kiểm soát quá trình giải phóng thuốc kéo dài. Tuy nhiên, các thách thức vẫn tồn tại liên quan đến khả năng tải thuốc và kiểm soát quá trình giải phóng. Việc gắn thuốc trực tiếp lên bề mặt của dendrimer còn có thể làm giảm các chức năng sinh học thứ cấp, vốn phụ thuộc vào các nhóm chức tự do trên bề mặt.
Để khắc phục điều đó, nhiệm vụ hợp tác quốc tế cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam về: “Điều chế hệ dendrimer đa chức năng bằng phương pháp mô phỏng vỏ nang bảo vệ trên động vật, giúp tăng cường hiệu quả tái tạo xương” (mã số: QTKR01.01/23-24) đã được khởi động với kỳ vọng mang đến bước đột phá trong điều trị tổn thương xương. Nhiệm vụ thuộc chương trình hợp tác với Quỹ Nghiên cứu Quốc gia Hàn Quốc (NRF) do GS.TS. Nguyễn Cửu Khoa, nguyên Viện trưởng Viện Khoa học vật liệu ứng dụng (nay là Viện Công nghệ tiên tiến) và GS.TS. Jinkee Hong, Đại học Yonsei, Hàn Quốc đồng chủ trì. Nhiệm vụ khai thác ưu thế cấu trúc siêu phân nhánh của dendrimer - lõi kỵ nước, vỏ ưa nước để vừa mang vừa giải phóng có kiểm soát cả thuốc chống viêm lẫn chất kích thích tạo xương ngay tại vùng khuyết xương.
GS.TS. Nguyễn Cửu Khoa làm việc ở phòng thí nghiệm
Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã phát triển hệ dendrimer mang hoạt tính sinh học kép vừa nang hóa dexamethasone chống viêm, vừa tích hợp các ion và yếu tố kích thích tạo xương để thúc đẩy quá trình kết tinh sinh học tại vùng khuyết xương. Sự kết hợp giữa kinh nghiệm tổng hợp và thiết kế dendrimer đa chức năng tại Việt Nam, cùng với thế mạnh về vật liệu sinh học của đối tác sẽ hứa hẹn tạo nên bước đột phá trong liệu pháp tái tạo xương. Các công nghệ nền tảng bao gồm: Hệ 2 pha canxi phosphate giúp giải phóng BMP-2 làm tăng gấp 2,76 lần khả năng tái tạo xương; công nghệ giải phóng ion Ca²⁺/PO₄³⁻ hỗ trợ tái khoáng hóa men rang và mạng zwitterionic cùng liên kết di-tyrosine giúp cải thiện tính cơ - sinh học của polymer. Sự phối hợp này sẽ mang lại lợi ích bền vững cho hệ thống chăm sóc sức khỏe của cả 2 quốc gia.
(a) Sơ đồ minh hoạ quá trình hình thành và cấu trúc hóa học của hệ dendrimer đa chức năng bằng phương pháp mô phỏng động vật có vỏ. (b) Hiệu quả tái tạo xương của hệ dendrimer dựa trên tác động hiệp lực của HAp và thuốc kháng viêm nhả chậm
Quá trình tổng hợp PAMAM G3.5 được xác nhận qua phổ 1H NMR và khối phổ (MS), khẳng định cấu trúc và khối lượng phân tử chính xác. Việc nang hóa DEX bằng cyclodextrin giúp nâng cao khả năng giữ thuốc so với DEX tự do, đồng thời kiểm soát tốc độ nhả thuốc chậm mà ổn định.
Quá trình tổng hợp và đặc trưng hóa dendrimer PAMAM G3.5 với lõi EDA, bao gồm sơ đồ tổng hợp (a), phổ 1H NMR (b), phổ FT-IR (c), hình ảnh TEM thể hiện hình thái (d-e), kích thước thủy động học đo bằng DLS (f), và thế zeta (g)
Theo GS.TS. Nguyễn Cửu Khoa: Thay vì chỉ tập trung vào một chức năng đơn lẻ, nhóm nghiên cứu hướng đến việc thiết kế hệ dendrimer mang hoạt tính sinh học kép, vừa chống viêm hiệu quả, vừa thúc đẩy quá trình tạo xương. Đây là hướng tiếp cận tích hợp mà nhóm kỳ vọng sẽ tạo ra sự khác biệt trong điều trị các tổn thương xương phức tạp. Trong tương lai, nhóm sẽ phát triển các phiên bản dendrimer mới tích hợp hoạt chất sinh học từ dược liệu Việt Nam, tận dụng nguồn nguyên liệu bản địa để mở ra hướng ứng dụng rộng rãi, phù hợp với điều kiện điều trị lâu dài tại Việt Nam.
Việc tổng hợp thành công PAMAM G3.5 với cấu trúc và khối lượng phân tử chuẩn xác là nền tảng quan trọng cho hệ dẫn truyền thuốc tiên tiến. Các kết quả ban đầu với hệ dendrimer mang DEX cho thấy khả năng giữ và nhả thuốc ổn định, phù hợp với yêu cầu điều trị bệnh mạn tính. Đặc biệt, khi phối hợp với hydroxyapatite, hệ vật liệu cho thấy tiềm năng thúc đẩy tái tạo xương hiệu quả. Đây là tiền đề để nhóm tiếp tục mở rộng nghiên cứu, hướng đến cải thiện các liệu pháp điều trị chấn thương xương khớp trong y học tái tạo.
Thử nghiệm in vitro (a) Kết quả đánh giá tương thích sinh học của G3.5/CD@DEX trên tế bào L929,(b) Hình ảnh nhuộm huỳnh quang sống/chết của tế bào L929 sau khi ủ với G3.5/CD@DEX, (c) Hoạt tính gây tan huyết của các công thức G3.5/CD và G3.5/CD@DEX, (d) Sự thay đổi kích thước hạt và điện thế zeta của G3.5/CD@DEX sau khi ủ với BSA trong 1–24 giờ, (e) Khả năng ức chế sản sinh NO của G3.5/CD@DEX trên tế bào RAW 264.7.
Nghiên cứu đã mở ra hướng ứng dụng thiết thực và bền vững của công nghệ nano vào y tế, hứa hẹn mang lại lợi ích lâu dài cho cộng đồng. Thông qua nhiệm vụ, nhóm đã công bố bài báo khoa học trên tạp chí quốc tế uy tín Journal of Molecular Structure, khẳng định tiềm năng ứng dụng của hệ dendrimer trong điều trị viêm và dẫn truyền thuốc. Kết quả nghiên cứu cũng góp phần nâng cao đáng kể trình độ, kỹ năng và kỹ thuật của đội ngũ nghiên cứu trong tổng hợp và ứng dụng dendrimer. Hợp tác với Đại học Yonsei trong khuôn khổ NRF giai đoạn 2022 - 2024 đã củng cố mối quan hệ nghiên cứu Việt - Hàn, tạo nền tảng cho chuỗi đề tài tiếp theo.
Từ thành công này, các nhà khoa học mong muốn tiếp tục mở rộng hợp tác để phát triển những phiên bản dendrimer mới tích hợp đồng thời nhiều hoạt chất sinh học. Trong đó, đặc biệt chú trọng nghiên cứu vật liệu kết hợp chiết xuất từ dược liệu Việt Nam nhằm tận dụng nguồn nguyên liệu bản địa, qua đó gia tăng giá trị khoa học và kinh tế của dược liệu truyền thống. Hướng nghiên cứu tiếp theo đang được nhóm lên kế hoạch để đánh giá hiệu quả hệ dendrimer mang hoạt chất tự nhiên cho bệnh lý xương khớp mạn tính. Đồng thời, việc nghiên cứu các biến thể của vật liệu dendrimer để tăng cường hiệu quả và tính tương thích sinh học trong môi trường thực tế cần được chú trọng.
Cung cấp tin: Chu Thị Ngân, Trung tâm Dữ liệu và Thông tin khoa học
Xử lý tin: Thanh Hà
