Thuốc nano sẽ là một cách mạng y khoa trong thế kỷ 21?

Thuốc nano là gì? Những ưu điểm của thuốc nano so với thuốc thông thường ? Vì sao các nhà khoa học cho rằng thuốc nano là một cách mạng y khoa của thế kỷ 21?

Định danh kỹ thuật, y khoa và thuốc nano

Theo Hiệp hội và Học viện kỹ thuật Hoàng gia (Royal Society and Royal Academy of Engineering), khoa học nano (nanoscience) là khoa học nghiên cứu, ứng dụng các vật liệu ở kích thước nanomet - nguyên tử, phân tử và đại phân tử- và kỹ thuật nano (nanotechnologies) là những thiết kế, sản xuất và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị ở mức nano này.

Y khoa nano, nanomedicine, là những ứng dụng của công nghệ nano vào trong lãnh vực y tế để phòng ngừa và chẩn trị bệnh.  Việc sử dụng các vật liệu, thiết bị, dụng cụ, thuốc…kích cỡ nanomet như hạt nano hóa học, nano sinh học, các robot nano…ngành y đã được “nối dài tay” hơn để chẩn đoán chính xác, định vị rõ ràng hơn, cũng như cho thuốc điều trị đặc hiệu, đúng mục tiêu (targeted), đến mức tế bào cho nhiều căn bệnh, kể cả các căn bệnh khó như bệnh ung thư. 

Thuốc nano, nano drugs, là ứng dụng công nghệ nano trong ngành dược phẩm, một ứng dụng quan trọng của nano medicine. Thuốc nano bao gồm bản thân vị thuốc (small molecule nanodrugs), hay các vật mang thuốc (drug nanocarrier) đều có cấu trúc nano, nên có nhiều lợi điểm hơn các thuốc tiền thân của nó như tương thích cao, hấp thụ nhanh, đến đúng cơ quan đích, tác dụng kéo dài, ít tác dụng phụ.

Cấu trúc các dạng thuốc nano

Thuốc nano thường dẫn xuất từ những thuốc truyền thống được sử dụng nhờ hệ thống vận chuyển nano. Có nhiều dạng cấu trúc thuốc nano sau:

* Giọt lipid (liposome): hạt túi hình cầu, kích cỡ từ 400nm đến 2,5 μm, túi được bao quanh bởi lớp lipid kép, thuốc được bên trong nang. Theo thống kê của Trung tâm Nghiên cứu thuốc, CDER, trên 350 thuốc nano được FDA phê chuẩn, dạng liposome này được sử dụng nhiều nhất hơn 33%,

* Hạt polymere nano (polymeric nanoparticle): hạt polyme rắn, dạng keo, kích cở từ 10 đến 1000nm; Theo thống kê của CDER dạng thuốc này chiếm 23% tổng số thuốc nano đang sử dụng hiện nay.

* Các dendrimers, micelle: các phân tử hình nan hoa, kích thước trung bình khoảng 10 nm. Thống kê CDER thấy dạng cấu trúc này chiếm 6% tổng số các thuốc nano.

* Hạt lipid rắn: kích thước 50-1000nm có các lipid ổn định bề mặt; (5) Nang nano có kích thước 50-300nm, để mang các thuốc ưa dầu;

* Nhũ dịch nano (nanoemulsions): hạt nhũ tương đường kính từ 100 đến 500nm. Thống kê của CDER, dạng nhũ dịch này chiếm 14%.

* Hạt nano kim loại như oxit sắt, vàng, bạc, niken; và

* Carbon nano: bao gồm ống carbon nano và fullerene bao gồm từ 60 nguyên tử carbon trở lên với cấu trúc đa giác.

Những ưu điểm của thuốc nano

Nhờ có kích thước rất nhỏ, mức nanomet, thuốc hay cấu trúc vận chuyển nano có nhiều ưu điểm hơn các thuốc tiền thân cùng loại:

* Tính tương thích cao và ổn định hơn.

* Khả năng hấp thụ cao hơn. Với cùng một lượng thuốc, ở dạng nano, vì các mặt tiếp xúc tăng theo lũy thừa mũ ba, nên thuốc nano hấp thụ nhanh và cao hơn. Các hạt thuốc nano dễ dàng xuyên qua các niêm mạc tiêu hóa, ‘hàng rào máu não” (blood brain barrier BBB), hạch bạch huyết.v.v..,

* Tăng khả năng đưa thuốc đến cơ quan đích.

* Thời gian tác dụng kéo dài, nên hiệu quả lâm sàng của thuốc tăng lên,

* Giảm tác dụng phụ của thuốc. Vì dùng với liều lượng nano nên tác dụng phụ của thuốc được hạn chế.

Cũng như các loại thuốc thông dụng trước nay, thuốc nano được đưa vào cơ thể qua các đường sử dụng như tiêm tĩnh mạch (59%), uống (21%), nhỏ mắt (5%) và áp dụng tại chỗ (4%)….

Hiện tại, thuốc nano đã được sử dụng trong nhiều căn bệnh như ung thư (35%); chống viêm, giảm đau (18%); nhiễm trùng (12%); đái tháo đường, tăng huyết áp….

* Thuốc ung thư

Thuốc trong hóa trị ung thư thường là các độc chất, sử dụng để tiêu diệt các tế bào ác tính. Do đó, có những nan giải vì các yêu cầu: Thuốc phải chọn lọc tiêu diệt tất cả các tế bào ung thư; Không hay giảm độc tính với các tế bào khỏe mạnh; Vượt được các rào cản sinh học (biological barriers) như gan, thận, hệ miễn dịch… Các hệ thống phân phối thuốc (drug delivery systems, DDS) nano gần đáp ứng được các yêu cầu này.

Tuy nhiên, các DDS nano truyền thống vẫn chịu một số nhược điểm cố hữu như tổng hợp tinh vi, cấu trúc không ổn định, khả năng tải thuốc thấp, bị hệ thống lưới nội mô cao bắt giữ nhiều, chuyển hóa không dự đoán được, v.v. Gần đây, nhiều hãng dược phẩm cho ra đời các thuốc nano phân tử nhỏ (small molecule nanodrugs SMN). Khác với các DDS nano truyền thống, các SMN có những ưu điểm độc đáo như tổng hợp đơn giản, cấu trúc xác định, khả năng tải thuốc cao, tích lũy vào khối u tuyệt vời và con đường chuyển hóa độc tính thấp. Vì thế, trong hóa trị ung thư, các SMN có thể đạt được hiệu quả điều trị tuyệt vời, tác dụng phụ cực thấp, và hứa hẹn sẽ được ứng dụng rộng rãi.

*Thuốc đái tháo đường

Nhờ phát triển các cấu trúc vận chuyển nano (nanocarrier), sự phân phối và tác dụng của các thuốc đái tháo đường uống được cải thiện rõ rệt. Ngoài ra, nhờ nhiều liên kết hóa học (ligand) các nanocarrier giúp thuốc được phân phối đúng đích, ít thoái hóa, tối ưu hóa hiệu quả và kéo dài tác dụng hơn. .

* Thuốc tim mạch

Tăng huyết áp và rối loạn mỡ máu là hai yếu tố chính gây nên các bệnh lý tim mạch như nhồi máu cơ tim, đột quỵ và huyết khối...

 Vì thuốc tim mạch thường là hoạt chất tổng hợp nên có những hạn chế về độ hấp thụ, tập trung, đặc hiệu...và có tác dụng phụ, các nhà bào chế đang tạo ra những nanocarrier để vượt qua những nhược điểm, rào cản này.

* Thuốc chống nhiễm trùng

Trong nhiều bệnh nhiễm, mầm bệnh cư trú nội bào, nhất là các tế bào của hệ thống miễn dịch như đại thực bào. Thuốc nano tấn công mầm bệnh ở các vị trí này được thiết kế để tăng độ tập trung vào tế bào, tăng hấp thu, dược động và dược lực học …để loại bỏ mầm bệnh.

Đặc biệt, các virut gây bệnh xâm nhập liên tục, tái phát và đột nên rất khó kiểm soát bằng các phương pháp thông thường. Các thuốc diệt virut phổ rộng sử dụng dưới dạng liposome có thể tấn công hiệu quả các virut có vỏ bọc (enveloped viruses) như cúm, HIV, Ebola

*Thuốc Đông y

Cũng như Tây y, trong Đông y, nhiều hoạt chất của thảo dược cũng được micro hay nano hóa để tăng cường hiệu quả và giảm tác dụng phụ.

Bàn luận

Thuốc nano là ứng dụng công nghệ nano vào ngành dược phẩm trong nano medicine. Thuốc nano có nhiều ưu điểm hơn hẳn thuốc tiền thân của nó như tính tương thích cao, hấp thụ nhanh, đến đúng cơ quan đích, tác dụng kéo dài, ít tác dụng phụ…nên đang được sử dụng trong chẩn đoán và điều trị bệnh.

Đặc biệt, trong hóa liệu điều trị ung thư, thuốc nano chứng tỏ an toàn và hiệu quả hơn hóa trị thông thường: đưa thuốc trị ung thư liều cao, trực tiếp đến khối u, giảm tác dụng phụ nguy hiểm. Viện Ung thư quốc gia NCI, Mỹ, cho biết y khoa nano đã tăng theo cấp số nhân từ năm 2000 đến năm 2010 và dự đoán lượng lao động của Hoa Kỳ trong lĩnh vực nano sẽ đạt 2 triệu vào năm 2015. Ông Greg Berk, Giám đốc công ty y khoa nano BIND Therapeutics, Cambridge, Massachusetts, cho rằng “Nhờ có chọn lọc mục tiêu, thuốc nano cung ứng nồng độ thuốc cao đến đúng vị trí bệnh, là một tiến bộ lớn trong phát triển thuốc điều trị ung thư”, “Thuốc nano có thể đi vào mọi nơi trong cơ thể, cả các tế bào thần kinh. Chúng ta có thể đưa thẳng thuốc đến tế bào ung thư mà không ảnh hưởng gì các tế bào khỏe mạnh”.

Vì thế, nhiều nhà khoa học nhận định, thuốc nano là một cách mạng y khoa trong thế kỷ 21, hứa hẹn một cải thiện vượt bậc công tác chẩn đoán và điều trị trong tương lai.

TS.BS Trần Bá Thoại

Uỷ viên BCH Hội Nội tiết Việt Nam