Công nghệ Nano trong điều trị bệnh thoái hóa khớp

Thoái hóa khớp là một căn bệnh phổ biến đối với người cao tuổi do sự lão hoá của các khớp xương và sụn khớp. Bình thường, sụn khớp sẽ rất trơn láng, giúp các đầu xương tại khớp hoạt động dễ dàng. Khi các sụn khớp này mỏng dần hoặc thậm chí mất đi, các đầu xương sẽ cọ xát vào nhau gây đau và viêm khớp. Qua thời gian, khớp sẽ mất đi hình dạng bình thường. Thật không may, hiện nay chưa có loại thuốc nào có thể điều trị trực tiếp bệnh thoái hóa khớp. Những loại thuốc trên thị trường  chỉ giảm triêu chứng cơn đau hơn là nguyên nhân cơ bản.

Trong hơn 20 năm qua, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra nhiều mục tiêu thuốc và phương pháp điều trị viêm xương khớp tiềm năng. Tuy nhiên, họ đã gặp phải rào cản trong việc phân phối những loại thuốc mới đó vào các khớp xương. Không giống như các mô khác trong cơ thể, sụn không có nguồn cung cấp máu, dây thần kinh hoặc kết nối với hệ thống bạch huyết. Nếu thuốc được phân phối thông qua hệ tuần hoàn chung, liều thuốc đạt được tại đích đến cuối cùng sẽ không đủ để có tác dụng điều trị. Ngay cả các loại thuốc tiêm trực tiếp vào khớp cũng không có bất kì tác dụng rõ ràng nào do bị phân tán quá nhanh.

Để khắc phục vấn đề này, các hạt nano được sử dụng để phân phối các microRNA ngăn chặn các chất ức chế gen sửa chữa xương đến các tế bào gốc trong xương. Do các đặc tính đặc biệt của hạt nano (ví dụ như các hiệu ứng về kích thước, bề mặt và lượng tử, việc sử dụng các hạt nano để vận chuyển thuốc không chỉ cải thiện vận chuyển thuốc đến đúng đích đến mà còn cả khả năng hòa tan và ổn định của thuốc). Chúng cũng làm chậm quá trình phân rã thuốc trong dịch cơ thể và kéo dài thời gian lưu giữ thuốc, cải thiện hiệu quả của thuốc và giảm các tác dụng không mong muốn của thuốc. Khi thuốc đươc tiêm vào khớp, các hạt nano mang dược chất sẽ nhắm vào ba yếu tố chính, gồm các yếu tố gây viêm, proteolytic enzymes và ROS (Reactive Oxygen Specific).

Các loại hạt nano như liposomes, micelles, dendrimers, polymeric NPs, exosomes, và NPs vô cơ đã được phát triển và sử dụng trong các loại thuốc tiêm tĩnh mạch và tiêm khớp để điều trị bệnh thoái hóa xương khớp.

Liposome

Liposome là một túi hình cầu bao gồm lõi chứa các dược chất (hoặc chất dinh dưỡng) và các lớp phospholipid kép bao quanh nó. Liposome được coi là một hệ thống phân phối thuốc lý tưởng. Trong điều trị viêm xương khớp, liposome được sử dụng phổ biến không chỉ vì khả năng bao bọc cả các nhóm dược chất kỵ nước và thân nước mà còn do tính an toàn của chúng. Tuy nhiên, liposome cũng có một số nhược điểm, chẳng hạn như sự rò rỉ dược chất qua lớp màng, tính bất ổn định vật lý và sự thanh thải nhanh khỏi dịch khớp.

Micelles

Micelles là cấu trúc lưỡng có một vùng “đầu ưa nước” tiếp xúc với dung môi xung quanh và một vùng “đuôi kị nước” ở phía bên trong hạt micelle. Một hạt micelle có kích thước từ 5 đến 100 nm. Các dược chất mang tính kị nước sẽ được mang bên trong các lõi của micelle. Trong khi đó, các thuốc ưa nước sẽ được đính vào phần vỏ của chúng. Do nồng độ micelle tới hạn (CMC) thấp, các micelle cao phân tử ổn định hơn và có thời gian lưu thông lâu hơn các loại micelle khác. Do đó, chúng được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống phân phối thuốc. Micelles có thể cải thiện khả năng hòa tan của các loại thuốc ưa mỡ cao, có khả năng thay đổi một số đặc tính hóa học và vật lý, và kiểm soát việc giải phóng dược chất dưới các điều kiện nhất định. Mặc dù vậy, chúng có một số nhược điểm nhất định, chẳng hạn như không thể bao bọc các dược chất ưa nước, phụ thuộc vào CMC và có độc tính.

Dendrimers

Dendrimer là một đại phân tử polymer có nhiều nhánh, đối xứng và có dạng cầu 3 chiều. Dendrimer chứa 3 thành phần cơ bản gồm: lõi, nhánh và vỏ. Trong các hệ thống phân phối thuốc, dendrimer vi nang hóa các tác nhân trị liệu vào bên trong cấu trúc hoặc liên hợp với chúng trên bề mặt. Polyamidoamine (PAMAM) dendrimers và polypropylene imine dendrimers là hai dendrimers được sử dụng phổ biến nhất.

Polymeric nanoparticles (PNPs)

PNP được tạo thành từ các polyme tổng hợp có tương thích sinh học và có thể phân hủy sinh học, chẳng hạn như poly (lactide) (PLA), polyme poly (lactide-co-glycolide) (PLGA), poly (ε-caprolactone) (PCL), v.v. và polyme tự nhiên , như chitosan, alginate, gelatin, albumin, v.v. Có hai dạng cấu trúc PNP: siêu vi cầu và siêu vi nang. Siêu vi cầu là hệ thống chất mang trong đó thuốc được phân tán đồng nhất, trong khi siêu vi nang là các hạt trong đó thuốc được giới hạn trong một khoang được bao bọc bởi một màng polyme.

Exosomes

Exosomes là các túi ngoại bào được các tế bào sống trong cơ thể tiết ra và được lưu hành trong các dịch cơ thể như máu, nước tiểu, nước bọt… Mỗi phân tử exosome có kích thước từ 30 đến 100 nanomet, cấu tạo bên trong chứa DNA, RNA, miRNA (microRNA) và được bao bọc bởi lớp lipid kép và lớp protein bề mặt. Theo các nghiên cứu gần đây, các exosome như mRNA và lncRNA có nguồn gốc từ tế bào trung mô (MSCs) đóng vai trò rất quan trọng trong việc điều trị bệnh thoái hóa khớp. Tuy nhiên, do lượng exosome tiết ra từ các MSCs quá ít, không đủ cho các nghiên cứu lâm sàng nên việc ứng dụng exosome vào hệ thống phân phối thuốc vẫn đang là một thách thức lớn đối với các nhà khoa học.

Inorganic nanoparticles (NPs)

Các hạt nano vô cơ bao gồm các kim loại, oxit kim loại và muối kim loại. Chúng không độc hại, ưa nước, có tính tương thích sinh học và độ ổn định cao so với các vật liệu hữu cơ. Nhờ các đặc tính hóa lí, quang học, từ tính và diện tích bề mặt lớn, các hạt nano vô cơ được coi là các vectơ vận chuyển thuốc tiềm năng. Chúng cũng có thể được chức hóa với nhiều phối tử khác nhau để tăng cường ái lực của chúng đối với các tế bào và phân tử đích. Ngoài ra, các NP vô cơ bảo vệ thuốc khỏi bị phân rã và có thể giảm tần suất sử dụng và liều lượng của thuốc, từ đó làm giảm đáng kể độc tính của thuốc.

Nguồn tham khảo:

Current Nanoparticle-Based Technologies for Osteoarthritis Therapy