Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Liệu pháp quang động (PDT) dùng ánh sáng để kích hoạt các chất nhạy quang, tạo ra các loài oxy hoạt tính (ROS), nhằm tiêu diệt tế bào ung thư. Các chất nhạy quang phát thải do sự kết tụ (AIE) đã nổi bật như những ứng viên tiềm năng cho PDT vì chúng duy trì khả năng phát xạ mạnh và hoạt tính quang động khi tụ tập, khác biệt so với các chất truyền thống. Tuy nhiên, phần lớn nỗ lực tập trung vào thiết kế phân tử để cải thiện chất nhạy quang AIE, trong khi vai trò của kích thước hạt nano vẫn còn ít được nghiên cứu.

Guangxue Feng tại Đại học Công nghệ Nam Trung Hoa, cùng với Ben Zhong Tang của Đại học Trung Văn Hồng Kông (Thâm Quyến) và các đồng nghiệp, đã phát hiện rằng kích thước hạt nano có thể là yếu tố quyết định ảnh hưởng đến cả tính chất quang học, quang vật lý và hiệu suất sinh học của các chất nhạy quang nano AIE. Họ đã sử dụng một chất nhạy quang AIE cận hồng ngoại (TSIC), được bọc trong các hạt nano DSPE-PEG₂K, để chế tạo các hạt có kích thước từ 8 đến 120 nm. Nghiên cứu của họ tập trung phân tích hệ thống hành vi quang học, quang lý và sinh học của các hạt này. DSPE-PEG₂K là một hợp chất lipid-polymer lưỡng tính, gồm DSPE (1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine), một phospholipid neo, liên kết với PEG₂K (polyethylene glycol có khối lượng phân tử khoảng 2 kDa).

Nghiên cứu chỉ ra rằng kích thước hạt nano ảnh hưởng đến cách năng lượng kích thích trong các cụm phân tử tiêu tán. Khi hạt tăng kích thước, các phân tử sắp xếp gọn hơn, làm tăng huỳnh quang nhưng lại làm giảm khả năng chuyển hóa quang nhiệt. Đặc biệt, sự tạo ra ROS không tăng hoặc giảm tuyến tính theo kích thước mà theo hình chuông, đạt đỉnh khoảng 30 nm. Hiện tượng này được cho là do sự cân bằng giữa việc ức chế sự phân rã không bức xạ và việc duy trì chuyển đổi hiệu quả giữa các trạng thái, cùng khả năng tiếp cận oxy.

Kích thước của hạt ảnh hưởng đáng kể đến hành vi sinh học trong cơ thể. Các hạt nhỏ (8 nm) có khả năng tích tụ cao trong khối u nhưng lại bị đào thải nhanh, khiến thời gian lưu lại trong khối u bị giới hạn. Trong khi đó, các hạt lớn hơn (100 nm) có thời gian lưu lại lâu hơn nhưng lại kém hiệu quả trong việc hấp thu vào tế bào, hạn chế khả năng xuyên thấu mô và giảm tạo ROS. Ngược lại, hạt nano 30 nm kết hợp khả năng nội bào hiệu quả, xuyên sâu vào khối u, dễ tích tụ và tạo ra lượng ROS cao nhất.

Các đặc tính này trực tiếp dẫn đến kết quả điều trị. Trong mô hình khối u 4T1, các hạt nano 30 nm đã hoàn toàn tiêu diệt khối u dưới tác động của ánh sáng, còn các hạt nhỏ hơn hoặc lớn hơn chỉ gây ra sự ức chế một phần sự phát triển của khối u.

Nghiên cứu này nhấn mạnh một thông số thường bị bỏ qua trong y học nano. Thay vì chỉ là đặc tính của chất mang, kích thước của hạt nano ảnh hưởng trực tiếp đến cách tổ chức phân tử, phân bố năng lượng ở các trạng thái kích thích, quá trình sinh học và cuối cùng là hiệu quả điều trị. Các kết quả cho thấy việc tối ưu hóa cấu trúc của khối có thể quan trọng không kém so với kỹ thuật phân tử, tạo ra một khuôn mẫu cho thiết kế các chất nhạy quang nano AIE thế hệ mới, đặc biệt trong điều trị ung thư.
 
Nguồn: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/agt2.70386