CÔNG NGHỆ NANO

Bệnh do Coronavirus 2019 (COVID-19) là dịch bệnh tồi tệ nhất của thiên niên kỷ hiện tại. Căn bệnh này do virus Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) gây ra hội chứng hô hấp cấp tính rất dễ lây lan, lần đầu tiên có biểu hiện lây truyền từ người sang người vào tháng 12 năm 2019 và đã lây nhiễm cho hàng triệu người trong vòng vài tháng tại nhiều quốc gia khác nhau. Hiện tại, chưa có phương pháp điều trị nào được chứng minh lâm sàng ức chế rõ ràng tác động của loại virus này, và vắc xin COVID-19 vẫn đang trong giai đoạn phát triển. Các chiến lược cần được khám phá để mở rộng năng lực xét nghiệm, phát triển phương pháp điều trị hiệu quả và phát triển vắc xin an toàn cung cấp khả năng miễn dịch lâu dài.

Các hạt nano (NP) đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng y tế, chẳng hạn như cảm biến sinh học, phân phối thuốc, hình ảnh và điều trị kháng sinh. NPs trước đây đã được phát hiện là công cụ hiệu quả chống lại nhiều loại virus, đặc biệt là chống lại những loại thuộc họ Coronaviridae. Đánh giá này phác thảo vai trò của NPs trong chẩn đoán, điều trị và tiêm chủng cho hai loại virus coronavirus khác, virus gây hội chứng hô hấp cấp tính nặng năm 2003 (SARS) và virus hội chứng hô hấp Trung Đông (MERS) năm 2012.

Các bài báo khoa học về công nghệ Nano được công bố trong thời gian gần đây cũng đã có những chứng minh được rằng Nano Ceria có thể là một phương pháp điều trị mới cho việc quản lý COVID-19 bằng cách ngăn chặn sự tiến triển của hệ thống các phản ứng viêm phức tạp và quá trình xơ hóa trong COVID-19.

Nano Ceria

Nano Ceria (NC) là một hoạt chất trong nghiên cứu công nghệ nano trên toàn thế giới. Nhiều năm nay, NC đã được chứng minh về năng lực kháng khuẩn, kháng nấm và tiêu diệt vi rút mạnh. NC vì vậy đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là y tế. NC là một khoáng chất có nguồn gốc từ đất hiếm. Từ những mỏ quặng Monazite có rải rác khá nhiều ở dọc bờ biển Việt Nam chúng ta, đặc biệt là khu vực tỉnh Bình Định đã thu thập và chiết tách được xeri oxit (ceria). Sử dụng công nghệ chiếu xạ sử dụng tia gama đã tổng hợp thành công xeri oxit đến kích thước nano.

 Về đặc tính, xeri oxit tồn tại ở hai dạng oxit CeO₂ và Ce₂O₃ có cấu trúc mạng tinh thể fluorit. Xeri oxit ở dạng nano vẫn giữ được cấu trúc fluorit của chúng tạo ra chỗ trống ôxy do sự khử một phần Ce⁴⁺ thành Ce³⁺ với cả hai trạng thái ôxy hóa cùng tồn tại trên bề mặt CNPs (CNPs: các hạt nano xeri oxit). Chính các khoảng trống oxy này trở thành các vị trí cho hoạt tính xúc tác tăng lên khi giảm kích thước của vật liệu. Sự hiện diện của các trạng thái hóa trị hỗn hợp (Ce³⁺ và Ce⁴⁺) và khả năng chuyển đổi giữa các trạng thái oxy hóa của chúng đóng một vai trò quan trọng trong việc loại bỏ các loại oxy phản ứng (ROS) và các loại nitơ phản ứng (RNS). Hoạt tính chống oxy hóa của NC đối với các loại phản ứng khác nhau như gốc superoxide, hydro peroxide, gốc hydroxyl, peroxynitrile và nitric oxide đã được chứng minh trong cả nghiên cứu in vitro và in vivo với NC thể hiện các đặc tính chống viêm và chống oxy hóa kịch tính sinh học. Tập hợp các phản ứng hóa học liên quan được tạo ra bởi NC đã được so sánh với hoạt động của enzyme nội tiết và được gọi chung là các hoạt động mô phỏng enzyme. Vì lý do này, NC và các vật liệu nano có hoạt tính oxy hóa khử khác được gọi là nanozyme hoặc enzyme nhân tạo

NC là một loại nanomedicine tuyệt vời để chống lại sự tác động xấu của tình trạng viêm cấp tính. Nó được chứng minh là làm giảm tỷ lệ tử vong liên quan đến nhiễm trùng huyết bằng cách ức chế tín hiệu của NF-ĸB và MAPK do lipopolysaccharide gây ra. Các cytokine như interleukin (IL), IL-6, IL-8, yếu tố hoại tử khối u (TNF)-α và TGF-β đóng vai trò quan trọng trong có chế bệnh sinh của COVID-19. Các kích thích làm vi-rút gây bệnh đã kích hoạt sự tổng hợp và giải phóng các cytokine bằng cách tạo ra các IĸB kinase (IKK) và phức hợp protein c-Jun n-terminal kinase (JNK), kích thích thêm việc sản xuất nhiều các cytokine bằng cách khuếch đại hoạt động phiên mã của NFĸB cũng như chất hoạt hóa protein 1 (AP1). NC đã được chứng minh là làm giảm các tín hiệu cytokine từ nhiều nguồn cytokine qua bao gồm cả con đường autocrine và paracrine. NC có thể trực tiếp làm giảm tổng hợp cytokine  hoặc ngăn chặn hoạt động bằng cách ngăn chăn sự tương tác của các thụ thể của cytokine. Nanoceria được báo cáo là cho thấy sự ức chế cytokine bằng cách điều tiết các con đường p65-NF-ĸB, MAP kinase/NF-ĸB và Nrf2/NF-ĸB. Dựa trên những điều này cho thấy sự can thiệp của NC có thể đảo ngược đáng kể nồng độ cytokine tăng cao trong thời gian COVID-19 và có thể ngăn chặn được tiến triển của bệnh.

Nguồn: Allawadhi, A. Khurana, S. Allwadhi, Kamaldeep Joshi, Gopinath Packỉisamy, Kala Kumar Brahani / Tạp chí Nanotoday, Số 35, Tháng 12 2020

Trong ARDS, tình trạng viêm diễn tiến nặng và nhanh toàn bộ phổi làm tăng nguy cơ tử vong. Hơn nữa, xơ hóa phổi là một trong những biến chứng theo dõi phức tạp của bệnh nhân COVID-19 đã mắc các bệnh hô hấp trước. Nếu không có bất kì sự hỗ trợ hô hấp nào, xơ phổi có thể khiến bệnh nhân mất khả năng thở. Về mặt sinh lý, TGF-β là một yếu tố tăng trưởng quan trọng cần thiết cho sự tăng trưởng và phát triển bình thường. Sự ức chế quá mức các yếu tố này có thể đem lại các tác dụng phụ như suy giảm quá trình chết chương trình của tế bào Th17, tăng biểu hiện TNF-α, rối loạn phát triển, độc tính trên tim. Về mặt bệnh lý. TGF-β tạo ra EMT thúc đẩy quá trình biến đổi nguyên bào sợi thành nguyên bào sợi cơ có khả năng tiết và di động cao. Các nguyên bào sợi này tiết ra chất nền ngoại bào (EMC) quá mức, dẫn đến sẹo và các tổn thương dẫn đến xơ hóa. Tuy nhiên, một lượng lớn các bằng chứng khoa học chỉ ra rằng sự ức chế về mặt dược lý của nhiều TGF-β có thể là một chiến lược đầy hứa hẹn để quản lý các rối loạn xơ sợi, Trong các nghiên cứu tiền lâm sàng, người ta đã tiết lộ rằng NC có thể giảm sự tiến triển của xơ hóa bằng các ức chế tín hiệu của TGF-β. NC được chứng minh là có hiệu quả làm giảm xơ hóa gan, giảm rõ rệt sự lắng đọng của collagen và kích hoạt EMT. Sự ức chế TGF-β do NC làm cho nó trở thành chất bổ trợ đầy hứa hẹn cho liệu pháp điều trị COVID-19. Những phát hiện này chỉ ra rằng NC có thể hỗ trợ bảo vệ phổi trong COVID-19.

Nanoceria lọc các loại oxy phản ứng (ROS). Do sự mất cân bằng oxy hóa khử, cân bằng nội môi giữa chất oxy hóa hóa và chất chống oxy hóa bị rối loạn, dẫn đến tổn thương tế bào, thúc đẩy các biến chứng toàn thân liên quan đến COVID-19. Các cơ chế đằng sau của thế hệ ROS tổn thương đại phân tử và cản trở quá trình oxy hóa khử vòng thiol dẫn đến việc kiểm soát oxy hóa khử bị suy giảm và tín hiệu tế bào trở nên không ổn định. Nhìn chung, những điều này làm cho bệnh trở nên nặng nề hơn. NC là chất có thể tác động lọc lại với các loại oxy phản ứng (ROS), làm giảm tổn thương trong các bệnh lý khác nhau. NC có thể làm giảm quá trình phân hủy oxy hóa khử của lipid, cải thiện mức glutathione sinh lý, cũng như kích thích hoạt động của SOD và catalase, những tác động trên khiến nó trở thành một ứng viên tiềm năng về việc quản lý các biến chứng toàn thân của COVID-19.

Nano Bạc 

Đặc tính kháng khuẩn: Nano bạc có tác dụng kháng khuẩn trên cả vi khuẩn Gram âm, Gram dương và các chủng vi khuẩn kháng kháng sinh. Một số loài phổ biến như: Staphylococcus aureus (tụ cầu vàng), Streptococcus, E. Coli, Coliform, P. aeruginosa, Aci.baumannii, Vibrio cholerae (phẩy khuẩn tả), Enterococcus faecalis (khuẩn liên cầu), N. gonorrhoeae (lậu cầu),…Khả năng kháng khuẩn mạnh của nano bạc có được nhờ đặc tính kháng khuẩn của ion bạc và diện tích bề mặt lớn của các hạt nano. Hiệu quả của các hạt nano bạc phụ thuộc vào nồng độ và kích thước của chúng. Nồng độ cao có hiệu quả tốt hơn. Hạt có kích thước càng nhỏ có thể diệt khuẩn ở nồng độ thấp.

Đặc tính kháng nấm: Nano bạc là một chất chống nấm hiệu quả. Nó có tác dụng trên nhiều loại nấm như Candida albicans, Candida glabrata, Trichophyton mentagrophytes, Aspergillus, Saccharomyces… Cơ chế chống nấm được lý giải do chúng có thể phá vỡ màng tế bào và ức chế quá trình nảy chồi. Tại nồng độ 0.1mg/lít (tương đương 0.1ppm) nano bạc có khả năng kháng nấm. Với mật độ 105 tb/lít nấm Candida albicans bị vô hiệu hóa hoàn toàn sau 30 phút tiếp xúc.

Đặc tính kháng virus: Nano bạc cũng là một chất có khả năng chống virus HIV- 1, virus viêm gan B, virus hợp bào hô hấp, virus herpes simplex, virus đậu mùa. Khả năng kháng virus của hạt nano tốt hơn nhiều so với muối bạc vì chúng giải phóng cả nguyên tử bạc. Cơ chế tác dụng trên virus nhờ khả năng ức chế các giai đoạn phát triển của tế bào virus. Nano bạc được coi là một tác nhân phổ rộng chống lại nhiều chủng virus và không gây đề kháng.

Tài liệu tham khảo:

1/ Front. Immunol., 16 June 2020: https://doi.org/10.3389/fimmu.2020.01446

2/ Nano Today 35 (2020) 100982: https://doi.org/10.1016/j.nantod.2020.100982

3/ https://medcraveonline.com/JNMR/nanosilver-and-its-medical-implications.html