Là một người từng làm nghiên cứu nano vàng gắn kháng thể từ năm 2007 và đang hàng ngày làm việc với nano vàng, tôi không dám nhận mình có kiến thức đủ tốt về lĩnh vực này nhưng cơ bản nhất tôi ít nhiều hiểu về nó.
Để ngắn gọn, trước hết dựa vào những tài liệu nghiên cứu hiện có: hạt vàng gắn với yếu tố hướng đích như kháng thể, aptamer… đang là một hướng nghiên cứu tiềm năng để phát hiện và điều trị ung thư thông qua ảnh chụp (cho chẩn đoán) và việc làm nóng dước tác động của tia có bước sóng phù hợp để hoạt hóa quá trình lão hóa và gây chết tế bào ung thư (dùng trong điều trị).
Tuy nhiên, bản thân hạt nano vàng mà không gắn với kháng thể hay thuốc nào thì nó vô dụng và thậm chí gây độc, mức độ độc tùy thuộc vào kích thước (Pan Y và cộng sự, 2007). Cho đến nay các nghiên cứu dùng hạt vàng trên người vẫn còn đang hạn chế (Liu Y và cộng sự, 2007; Zhao-Zhin Joanna Lim và cộng sự 2011; S Jain và cộng sự, 2012; Bayda S và cộng sự, 2017).
Thế nào là hạt nano vàng?
Các hạt nano, theo tiêu chuẩn của American Society for Testing and Materials (ASTM), là những hạt có kích thước ở giới hạn nano (nanoscale dimensions) từ 1nm (nanomet) đến 100 nm.
Vậy có thể hiểu nano vàng là các hạt, que nano từ kim loại vàng có kích thước 1/1000 mm đến 1/10 mm (tôi lấy mm cho mọi người dễ hình dung), trong đó các loại hạt nano vàng thường dùng trong ung thư thường từ 10 - vài chục nm.
Hạt nano vàng không phải là nguyên liệu mới, nó lần đầu tiên được tổng hợp từ thế kỉ 19 bởi nhà vật lí Faraday (Eigler DM và cộng sự, 1990). Cho đến nay hạt nano vàng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như sản xuất chip, các thiết bị chẩn đoán và trong các nghiên cứu chữa bệnh, trong đó có bệnh ung thư.
Hạt nano vàng được tạo ra bằng cách nào?
Có nhiều phương pháp để tạo ra hạt nano vàng tùy theo mục đích và kích thước khác nhau. Trong đó, một phương pháp khá phổ biến mà tôi đang dùng là của Liu và cộng sự, để tạo hạt vàng có kích thước 13nm +- 0.2nm.
Theo đó, phương pháp này dùng 0.5mM AuHCl4 và 38.8mM Na3C6H5O7 tỷ lệ 10:1 ở nhiệt độ 300oC, và khuấy từ trong 22 phút. Với cách này tôi thường tạo ra dung dịch có nồng độ 20nM và có màu đỏ tím đậm. Sau khi tạo hạt nano vàng thì kích thước hạt được đo bằng TEM, nồng độ đo bằng máy đo UVvis, tính ở đỉnh 520-560nm tùy kích thước hạt vàng.
Trong điều kiện quy trình đã tối ưu hóa, giá thành sản xuất thô 100ml hạt nano vàng với nồng độ 20nM chưa tới 200 ngàn đồng, nếu không tính chi phí mua máy khuấy từ.
Tuy nhiên, để thử nghiệm trong nghiên cứu thì thường phải đông khô và thay dung dịch ban đầu tùy từng mục đích. Thêm vào đó, chi phí thuê máy cho các phép đo sẽ khiến chi phí cao hơn mức phí ban đầu có thể gấp 2 đến gấp 10 lần, tùy từng điều kiện cơ sở vật chất và dịch vụ của từng nước.
Hạt Nano vàng được dùng như thế nào trong nghiên cứu và ứng dụng trong chẩn đoán và điều trị ung thư?
Ngoài ứng dụng trong chụp ảnh để chẩn đoán bệnh ung thư thì hạt nano vàng kết hợp với kháng thể, aptamer, siRNA đang có tiềm năng hứa hẹn trong nghiên cứu để chữa ung thư bằng phương pháp gia nhiệt giết chết tế bào ung thư.
Dựa vào tài liệu và theo hiểu biết có phần hạn chế của tôi, có nhiều nghiên cứu của nhóm El-Sayed MA, Loo C, Lowery A, Smilowitz HM chỉ ra tác dụng đầy hứa hẹn điều trị ung thư của hạt vàng. Nhưng những nghiên cứu này mới dừng ở thực nghiệm trên chuột và động vật.
Theo đó, các hạt vàng gắn với các yếu tố hướng đích sẽ tìm đến đúng các tế bào ung thư có biểu hiện quá mức các biomarker. Hình vẽ sau đây giúp các bạn hình dung ra điều này: hạt vàng gắn với kháng thể sẽ tìm đến thụ thể biểu hiện quá mức trên tế bào ung thư (cao gấp vài trăm đến vài ngàn lần so với tế bào thường).
Sau đó, có thể dùng các tia thích hợp bao gồm siêu âm, laser, hồng ngoại để kích hoạt hạt vàng gia nhiệt và nhiệt nóng sẽ tiêu diệt tế bào ung thư mà không hại tế bào lành khác. Cần nhấn mạnh rằng, hạt vàng phải đi kèm với yếu tố hướng đích mới có tác dụng. Bằng không, nó chỉ là "hiệp sĩ mù" và cần có "người dẫn đường" là các yếu tố hướng đích.
Hạt nano vàng có độc hay không?
Câu trả lời là có. Theo các nghiên cứu của Tedesco S (2010), trên con sò xanh, Browning LM (2010) trên phôi cá ngựa, De Jong WH (2008) trên chuột đã chỉ ra độc tố của vàng đối với môi trường biển, phát triển của phôi cá ngựa, và các độc ở gan, thận và hệ thần kinh trên chuột.
Đặc biệt, nghiên cứu của Browning chỉ ra có hơn 24% phôi cá ngựa bị chết khi hấp thụ ngẫu nhiên (random diffusion) hạt nano vàng, trong số 76% sống sót thì chỉ có 74% phôi phát triển bình thường.
Do vấn đề đạo đức mà chưa có nghiên cứu độc tố trên người nhưng có nhiều nghiên cứu trên tế bào người chỉ ra khả năng gây gộc của hạt nano vàng đối với tế bào người (Powell AC). Do đó, để ứng dụng điều trị việc kiểm soát kích thước của hạt nano, liều lượng là cần thiết để đảm bảo không gây độc cho cơ thể.
Thay cho lời kết luận: hạt nano vàng là một hướng nghiên cứu hứa hẹn trong liệu pháp hướng đích điều trị ung thư. Tuy nhiên, từ nghiên cứu đến thực nghiệm là một hành trình dài, đòi hỏi sự nghiêm túc, nỗ lực chân chính.
Cho đến nay, đã có nghiên cứu uy tín của trường đại Yale trong tài liệu tham khảo cuối cùng của bài viết này, chỉ ra rằng: đối với bệnh nhân ung thư, việc chữa trị bằng phương pháp chính thống tại bệnh viện nâng cao tỷ lệ sống sót cho bệnh nhân lên hai lần.
Do vậy, lựa chọn phương pháp nào để điều trị ung thư không chính thống bao gồm hạt vàng và thuốc nam cũng như các phương pháp dân gian khác, cần cân nhắc và tham khảo ý kiến bác sĩ.
Tài liệu tham khảo
1. Liu Y, Miyoshi H, Nakamura M. Nanomedicine for drug delivery and imaging: a promising avenue for cancer therapy and diagnosis using targeted functional nanoparticles. Int J Cancer. 2007 Jun 15; 120(12):2527-37.
2. Zhao-Zhin Joanna Lim, Jia-En Jasmine Li, Cheng-Teng Ng, Lin-Yue Lanry Yung, and Boon-Huat Bay. Gold nanoparticles in cancer therapy. Acta Pharmacol Sin. 2011 Aug; 32(8): 983–990.
3. S Jain, D G Hirst, J M O'Sullivan. Gold nanoparticles as novel agents for cancer therapy. Br J Radiol. 2012 Feb; 85(1010): 101–113.
4. Samer Bayda, Mohamad Hadla, Stefano Palazzolo, Giuseppe Corona, Giuseppe Toffoli. Inorganic Nanoparticles for Cancer Therapy: a Transition from Lab to Clinic. Current Medicinal Chemistry, 2018 (sẽ đăng trong năm 2018).
5. ASTM International E 2456-06 Terminology for nanotechnology. West Conshohocken, PA: ASTM International, 2006
6. Pan Y, Neuss S, Leifert A, Fischler M, Wen F, Simon U, Schmid G, Brandau W, Jahnen-Dechent W Small . Size-dependent cytotoxicity of gold nanoparticles. 2007 Nov; 3(11):1941-9.
7. Eigler DM, Schweizer EK. Positioning single atoms with a scanning tunneling microscope. Nature 1990;344:524–6.
8. Link S, El-Sayed MA. Shape and size dependence of radiative, non-radiative and photothermal properties of gold nanocrystals. Int Rev Phys Chem. 2000;19:409–53
9. Loo C, Lowery A, Halas N, West J, Drezek R. Immunotargeted nanoshells for integrated cancer imaging and therapy. Nano Lett. 2005 Apr; 5(4):709-11.
10.Butterworth KT, Coulter JA, Jain S, Forker J, McMahon SJ, Schettino G, Prise KM, Currell FJ, Hirst D. Evaluation of cytotoxicity and radiation enhancement using 1.9 nm gold particles: potential application for cancer therapy. Nanotechnology. 2010 Jul 23; 21(29):295101.
11. Tedesco S, Doyle H, Blasco J, Redmond G, Sheehan D. Oxidative stress and toxicity of gold nanoparticles in Mytilus edulis. Aquat Toxicol. 2010 Oct 15; 100(2):178-86.
12. Browning LM, Lee KJ, Huang T, Nallathamby PD, Lowman JE, Xu XH. Random walk of single gold nanoparticles in zebrafish embryos leading to stochastic toxic effects on embryonic developments. Nanoscale. 2009 Oct; 1(1):138-52.
13. Sonavane G, Tomoda K, Makino K. Biodistribution of colloidal gold nanoparticles after intravenous administration: effect of particle size. Colloids Surf B Biointerfaces. 2008 Oct 15; 66(2):274-80.
14. Skyler B. Johnson Henry S. Park Cary P. Gross James B. Yu. Use of Alternative Medicine for Cancer and Its Impact on Survival. Journal of the National Cancer Institute, Volume 110, Issue 1, 1 January 2018.