Luận án thạc sĩ: Biến tính PEG trên nano silica cấu trúc rỗng nhằm tăng hiệu quả mang tải thuốc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ------------------------------------ Nguyễn Anh Khoa NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH PEG TRÊN NANO SILICA CẤU TRÚC RỖNG NHẰM TĂNG CƯỜNG HIỆU QUẢ MANG TẢI VÀ KIỂM SOÁT PHÓNG THÍCH THUỐC LUẬN VĂN THẠC SĨ: HÓA HỌC Thành phố Hồ Chí Minh - 2020 luan an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ------------------------------------ Nguyễn Anh Khoa NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH PEG TRÊN NANO SILICA CẤU TRÚC RỖNG NHẰM TĂNG CƯỜNG HIỆU QUẢ MANG TẢI VÀ KIỂM SOÁT PHÓNG THÍCH THUỐC Chuyên ngành: Hóa vô cơ Mã số: 8440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ: HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC Hướng dẫn 1: PGS. Nguyễn Đại Hải Thành phố Hồ Chí Minh – 2020 luan an Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Nguyễn Đại Hải. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực, chưa được công bố ở các đề tài cùng cấp và các công trình khoa học tương tự.

Hồ Chí Minh, Tháng 03 năm 2020 Học viên cao học Nguyễn Anh Khoa luan an Lời cảm ơn Để hoàn thành luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: PGS. Nguyễn Đại Hải, thầy đã hướng dẫn tận tình, sâu sắc và tạo điều kiện cho em được làm việc và hoàn thành tốt luận văn này. Nguyễn Thị Ngọc Trăm, Cô đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình bố trí thí nghiệm. Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã hỗ trợ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn tất tốt chương trình đào tạo Thạc sĩ, cũng như hoàn thành luận văn này.

Các bạn lớp cao học Hóa Vô cơ và Hóa Phân tích khóa 2017A và 2017B đã động viên và giúp đỡ trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện luận văn. Cha mẹ và gia đình đã luôn bên cạnh hỗ trợ về vật chất lẫn tinh thần để con hoàn thành luận văn này. luan an Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt Ký hiệu/ từ STT Thuật ngữ đầy đủ Ý nghĩa viết tắt 1 APTES (3-aminopropyl)triethoxysilane Tiền chất tổng hợp 2 BET Brunauer-Emmett-Teller Phương pháp hấp thụ đẳng nhiệt 3 CTAB Cetyltrimethylammonium bromide Chất hoạt động bề mặt 4 DLC Drug loadding content Khả năng mang thuốc 5 DLE Drug loadding efficiency Hiệu quả mang thuốc 6 DLS Dynamic light scattering Tán xạ ánh sáng động 7 DOX Doxorubicin Thuốc chống ung thư doxorubicin 8 dSiO2 Dense silica Silica cấu trúc rắn 9 EtOH Ethanol Hóa chất etanol Fourier transform infrared Quang phổ hồng ngoại biến đổi 10 FTIR spectroscopy fourier Hollow mesoporous silica 11 HMSN Nano silica cấu trúc rỗng nanoparticles Nano silica cấu trúc rỗng được 12 HMSN@PEG - phủ bằng phân tử PEG 13 MPEG Methoxy polyethylene glycol Methoxy polyethylene glycol đã 14 MPEG-NPC - hoạt hóa bằng tác nhân NPC 15 MCM Mobil Composition of Matter - 16 MSNs Mesoporous Silica Nanoparticles Hạt nano silica cấu trúc xốp 17 MSS Mesoporous silica shells Vỏ silica cấu trúc xốp 18 Na2CO3 Sodium carbonate Hóa chất natri cacbonat Nuclear magnetic resonance 19 NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân spectroscopy Hóa chất p-nitrophenyl 20 NPC p-nitrophenyl chloroformate chloroformate 21 SBA Santa Barbara - 22 TEM Transmission electron microscopy Kính hiển vi điện tử truyền qua 23 TEOS Tetraethyl orthosilicate Hóa chất Tetraetyl orthosilicat 24 TGA Thermal gravimetric analysis Phân tích nhiệt trọng trường 25 THF Tetrahydrofuran Hóa chất tetrahydrofuran 26 UV-Vis Ultraviolet-visible spectroscopy Phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến 27 VLYS Vật liệu y sinh Phòng Vật liệu y sinh luan an Danh mục bảng biểu Tên bảng Trang Bảng 1. Các vị trí ung thư có thể di căn trong cơ thể 10 Bảng 2.

Các hóa chất chính sử dụng trong thí nghiệm 38 Bảng 2. Danh sách các thiết bị sử dụng trong thí nghiệm 39 Bảng 3. Kích thước hạt của HMSN-NH2 và các vật liệu liên quan 59 Bảng 3. Sự thay đổi của khối lượng mẫu HMSN, MPEG và 62 HMSN@PEG theo nhiệt độ Bảng 3.

Độ hấp thụ tương ứng với các nồng độ DOX khác nhau 64 Bảng 3. Hiệu quả và khả năng mang thuốc của hệ HMSN và 65 HMSN@PEG luan an Danh mục hình ảnh, đồ thị, sơ đồ Tên hình ảnh, đồ thị Trang Hình 1. Tỷ lệ mắc mới ung thư ở Việt Nam năm 2018 5 Hình 1. Cơ chế hình thành ung thư 7 Hình 1.

Sự tạo mạch tại các tế bào ung thư 9 Hình 1. Quá trình di căn ung thư 10 Hình 1. Sơ đồ các kỳ cơ bản của chu trình tế bào 17 Hình 1. (1) Cấu trúc hóa học và (2) cơ chế hoạt động của doxorubicin 19 Hình 1.

Hiệu ứng tăng cường tính thấm và thời gian lưu giữ (hiệu ứng EPR) 22 hoặc phân phối thuốc tới đích thụ động Hình 1. Sơ đồ thể hiện nguyên tắc điều trị ung thư của hệ nano mang thuốc 23 phân phối thuốc tới đích chủ động Hình 1. Cấu trúc thường được tìm thấy trong silica 24 Hình 1. Cấu trúc của MCM-41 (A) và MCM-48 (B) 26 Hình 1.

Cấu trúc phân tử polyethylene glycol 29 Hình 1. Cấu trúc phân tử methoxy polyethylene glycol 29 Hình 1. Quá trình mang thuốc của vật liệu 33 Hình 1. Nghiên cứu tổng hợp và biến tính nano silica cấu trúc rỗng từ các hạt 34 polystyrene của Jeonghun Le Hình 1.

Ảnh TEM của HMSN-NH2 (a) và biểu đồ cho thấy khả năng load 35 thuốc của các vật liệu (b) Hình 1. Nghiên cứu tổng hợp nano silica cấu trúc rỗng từ lõi nano vàng 35 Hình 1. Biểu đồ mô tả khả năng phóng thích thuốc 5-FU của hệ nano 36 silica xốp biến tính với chitosan-PEG Hình 1. Biểu đồ mô tả khả năng phóng thích thuốc doxorubicin của hệ 37 nano silica xốp biến tính với gelatin-MPEG ở pH 7,4 và 4,5 Hình 2.

Sơ đồ phát triển hạt silica cấu trúc rắn dSiO2 41 Hình 2. Hình dạng mixen của CTAB 42 Hình 2. Phản ứng chức hóa bề mặt hạt nano silica cấu trúc rỗng bằng nhóm 46 amin Hình 2. Phản ứng hoạt hóa MPEG bằng p-nitrophenyl chloroformate 47 Hình 2.

Trung tâm thân điện tử trên nhóm carbonyl 47 Hình 2. Phản ứng phủ polyethylene glycol đã hoạt hóa lên bề mặt HMSN 49 Hình 3. Phổ XRD của các hạt HMSN 56 luan an Hình 3. Phổ FTIR của HMSN trước (A) và sau (B) khi chức hóa bề mặt hạt 57 nano silica cấu trúc rỗng bằng nhóm amin Hình 3.

Ảnh chụp TEM và phân bố kích thước hạt của các hạt (A,A’) dSiO2, 58 (B,B’) dSiO2@CTAB/MSS, (C,C’) HMSN và (D,D’) HMSN-NH2. Phổ hấp thụ hồng ngoại của MPEG-NPC 59 Hình 3. Phổ 1H-NMR của MPEG-NPC (A), đối chiếu với tài liệu tham khảo 60 (B) Hình 3. Ảnh chụp TEM và phân bố kích thước hạt của các hạt (A,A’) HMSN- 61 NH2 và (B.B’) HMSN@PEG Hình 3.

Phổ hấp thụ hồng ngoại của (A) HMSN chưa chức hóa bằng nhóm 61 amin, (B) MPEG và (C) HMSN@PEG. Giản đồ nhiệt trọng trường của mẫu HMSN chưa chức hóa bằng nhóm 63 amin, MPEG và HMSN@PEG Hình 3. Đường đẳng nhiệt hấp phụ BET của mẫu HMSN@PEG 63 Hình 3. Đường chuẩn Doxorubicin 64 Hình 3.

Kết quả phóng thích thuốc doxorubicin của hệ phân phối thuốc 66 DOX/HMSN@PEG và DOX nguyên chất Tên sơ đồ Trang Sơ đồ 2. Sơ đồ tổng hợp hạt nano silica cấu trúc rắn 41 Sơ đồ 2. Sơ đồ phủ lớp vỏ silica cấu trúc xốp 43 Sơ đồ 2. Sơ đồ ăn mòn lõi dSiO2@CTAB/MSS bằng Na2CO3 45 Sơ đồ 2.

Sơ đồ chức hóa bề mặt hạt nano silica cấu trúc rỗng bằng nhóm amin 46 Sơ đồ 2. Sơ đồ hoạt hóa MPEG bằng p-nitrophenyl chloroformate 48 Sơ đồ 2. Sơ đồ phủ polyethylene glycol đã hoạt hóa lên bề mặt HMSN 50 Sơ đồ 2. Sơ đồ mang thuốc và loại thuốc dư của hệ HMSN@PEG 52 Sơ đồ 2.

Sơ đồ đánh giá khả năng nhả thuốc của hệ DOX/HMSN@PEG 54 luan an 1 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN TÀI LIỆU. TỔNG QUAN VỀ UNG THƯ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TRỊ LIỆU .1 Thực trạng bệnh ung thư hiện nay .2 Nguyên nhân phát sinh ung thư .3 Tổng quan về cơ chế hình thành ung thư. Năm bước chính trong tăng sinh và lan rộng ung thư.

Một số ảnh hưởng của ung thư di căn đến cơ quan thứ cấp .4 Phương pháp điều trị ung thư. Một số phương pháp điều trị khác .5 Phương pháp hóa trị. Cơ chế tác động chung. Các loại thuốc sử dụng trong hóa trị.

Thuốc trị ung thư Doxorubicin. HỆ PHÂN PHỐI THUỐC .1 Khái niệm hệ phân phối thuốc .2 Hệ phân phối thuốc trên nền nano silica. Vật liệu nano silica thuộc họ MCM. Vật liệu nano silica thuộc họ SBA.

Vật liệu nano silica cấu trúc rỗng .3 Polyethylene glycol – tác nhân kiểm soát phóng thích thuốc. Giới thiệu về PEG. Tính chất hóa lý của polyethylene glycol. Sự PEG hóa và ứng dụng của PEG trong y sinh .4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước.

Tình hình nghiên cứu ngoài nước. Tình hình nghiên cứu trong nước. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. NGUYÊN VẬT LIỆU – THIẾT BỊ .1 Nguyên vật liệu.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM .1 Tổng hợp hạt nano silica cấu trúc rỗng. Tổng hợp hạt nano silica cấu trúc rắn (dense silca nanoparticles). Phủ lớp vỏ silica cấu trúc xốp (dSiO2@CTAB/MSS). Ăn mòn lõi và hình thành hạt nano silica cấu trúc rỗng.

Chức hóa bề mặt hạt nano silica cấu trúc rỗng bằng nhóm amin .2 Bao bọc hạt nano silica cấu trúc rỗng bằng polyethylene glycol. Hoạt hóa MPEG bằng p-nitrophenyl chloroformate. Phủ polyethylene glycol đã hoạt hóa lên bề mặt hạt nano silica cấu trúc rỗng .3 Đánh giá khả năng mang tải và nhả thuốc của hệ sau tổng hợp. Đánh giá khả năng mang tải thuốc doxorubicin.

Đánh giá khả năng nhả thuốc doxorubicin .4 Phương pháp đánh giá cấu trúc vật liệu. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. KẾT QUẢ TỔNG HỢP CHẤT MANG .1 Tổng hợp hạt nano silica cấu trúc rỗng. Phân tích phổ XRD.

Phân tích phổ hấp thụ hồng ngoại (FTIR). Phân tích hình thái cấu trúc bằng ảnh TEM. Phân tích kích thước hạt bằng DLS .2 Bao bọc hạt nano silica cấu trúc rỗng bằng polyethylene glycol. Biến tính MPEG bằng p-nitrophenyl chloroformate.

Phủ polyethylene glycol đã hoạt hóa lên bề mặt hạt nano silica cấu trúc rỗng. KẾT QUẢ MANG TẢI VÀ NHẢ THUỐC DOXORUBICIN .1 Tính toán hiệu quả và khả năng mang tải thuốc .2 Khảo sát khả năng phóng thích thuốc. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 68 luan an 3 MỞ ĐẦU * Lý do chọn đề tài Những năm gần đây, bệnh ung thư trở nên phổ biến và có xu hướng ngày càng tăng.