Phát triển chất cảm quang siêu phân tử tự nhiên tích hợp liệu pháp quang học chuyển đổi và chẩn đoán hình ảnh trong điều trị ung thư chính xác

Liệu pháp quang học kết hợp như quang nhiệt (photothermal therapy - PTT) và quang động (photodynamic therapy - PDT) đang được phát triển mạnh nhờ khả năng điều trị không xâm lấn, có kiểm soát và ít độc tính. Tuy nhiên, các tác nhân điều trị hiện tại vẫn đối mặt với hạn chế về độ đặc hiệu mô đích, khả năng kiểm soát theo môi trường và độc tính toàn thân. Nghiên cứu này giới thiệu hệ thống nano tự lắp ráp từ các phân tử tự nhiên – ergosterol (ET) và chlorin e6 (Ce6) – tạo thành ETSCe6, tích hợp ion vàng hoặc bismuth (Au/Bi) để nâng cao khả năng chẩn đoán hình ảnh. Hệ nano ETSCe6@Au/Bi thể hiện khả năng chuyển đổi chức năng tại chỗ giữa PTT và PDT theo nồng độ glutathione (GSH) nội bào, đồng thời đảm bảo độ ổn định và hiệu quả điều trị trong mô hình ung thư vú 4T1 trên chuột.

1. Giới thiệu

Trong bối cảnh ung thư là nguyên nhân tử vong hàng đầu toàn cầu, việc phát triển các nền tảng điều trị chính xác, có kiểm soát theo môi trường khối u là yêu cầu cấp thiết. Các hệ thống chất cảm quang thông minh có khả năng điều chỉnh chức năng theo môi trường vi mô khối u (tumor microenvironment – TME) như pH thấp, GSH cao, đang thu hút nhiều sự quan tâm. Đặc biệt, vật liệu siêu phân tử tự nhiên từ các hợp chất sinh học như sterol, porphyrin và chất chống oxy hóa có khả năng tự lắp ráp, tương thích sinh học cao, và có thể tích hợp nhiều chức năng điều trị và chẩn đoán.

Sơ đồ biểu diễn quá trình tổng hợp và tác dụng chống khối u của vật liệu nanocomposite ETSCe6@Bi NP với tác dụng hình ảnh hóa trị liệu/PTT/PDT/CT

2. Phương pháp nghiên cứu

2.1. Tổng hợp và đặc trưng hóa

• ET và Ce6 được liên kết thông qua cầu disulfide để tạo thành ETSCe6, sau đó tự lắp ráp thành hạt nano bằng phương pháp kết tủa pha nghịch.
• Ion Au hoặc Bi được đưa vào mạng lưới nano để tăng cường khả năng chụp ảnh cắt lớp (CT) và ổn định cấu trúc.

2.2. Phân tích vật liệu

• Cấu trúc và đặc tính quang học được xác định bằng phổ UV–Vis, FT–IR, XPS, TEM/SEM.
• Hiệu ứng "aggregation-caused quenching" (ACQ) được ghi nhận giúp tăng cường hiệu quả PTT ban đầu do quenching huỳnh quang và tạo nhiệt hiệu quả.

2.3. Đánh giá chức năng sinh học

• In vitro: Khả năng sản sinh ROS và gây chết tế bào ung thư 4T1 được đo qua DCFH-DA và xét nghiệm MTT.
• In vivo: Mô hình chuột mang khối u 4T1 được sử dụng để đánh giá hiệu quả tích tụ tại khối u, hiệu ứng PTT/PDT và khả năng loại bỏ khối u hoàn toàn.

3. Kết quả và thảo luận

3.1. Tính chất vật liệu và kích hoạt tại chỗ

• Hệ ETSCe6 thể hiện khả năng tự lắp ráp ổn định, kích thước ~100 nm, phù hợp để phân bố chọn lọc vào mô khối u thông qua hiệu ứng EPR.
• Tính năng chuyển đổi tại chỗ giữa PTT và PDT được xác nhận:
  • Ban đầu hệ tồn tại ở trạng thái ACQ, thích hợp cho quang nhiệt (PTT).
  • Khi vào nội bào có nồng độ GSH cao, cầu disulfide bị cắt → giải phóng Ce6 → phục hồi tín hiệu huỳnh quang và sinh ROS → kích hoạt PDT.

3.2. Tính hiệu quả sinh học

• Trong điều kiện in vitro, hiệu suất tiêu diệt tế bào đạt hơn 75% ở nồng độ 80 µg/mL khi kết hợp chiếu sáng 808 nm.
• Trên mô hình in vivo, hệ ETSCe6@Bi loại bỏ hoàn toàn khối u sau 14 ngày điều trị mà không ghi nhận tổn thương ở các cơ quan nội tạng chính (gan, phổi, thận).

3.3. Tính năng chẩn đoán

• Sự có mặt của Bi giúp tăng tín hiệu CT tại vị trí khối u, hỗ trợ định vị thời gian thực trước và sau điều trị.

4. Kết luận

Hệ ETSCe6@Au/Bi là một chất cảm quang siêu phân tử tự nhiên có khả năng chuyển đổi chức năng theo môi trường vi mô khối u. Tích hợp cả ba chức năng điều trị (PTT, PDT, hóa trị nhẹ bằng ET) và chẩn đoán hình ảnh (CT, huỳnh quang), hệ thống này thể hiện hiệu quả sinh học cao, độ an toàn tốt, và tiềm năng lớn cho ứng dụng lâm sàng trong điều trị ung thư chính xác.

Tài liệu tham khảo:

Zhang, Q., Zhang and et al (2025). Natural supramolecular photosensitizer with in situ switchable photothermal/photodynamic effects as an imaging platform for precise and controlled cancer synergistic therapy. Applied Materials & Methods, 11(2), AMM-2024-0081. https://doi.org/10.15212/AMM-2024-0081.