Cách mạng nano trong lĩnh vực y học thế giới

Sẽ không thể tưởng tượng nổi ngành y học thế giới hiện đại sẽ ra sao nếu không áp dụng các công nghệ nano.

Hạt nano có kích thước nhỏ hơn một phần mười nghìn đường kính của một sợi tóc của con người – các chấm lượng tử – và đóng vai trò quan trọng đảm bảo đột phá khoa học trong chẩn đoán học và dược lý học. Trường đại học nghiên cứu hạt nhân quốc gia MIFI đang tích cực nghiên cứu khả năng sử dụng các chấm lượng tử trong lĩnh vực y sinh học.

Một chấm lượng tử (cũng được gọi là “các nghuyên tử nhân tạo”) là một tinh thể bán dẫn có kích thước nhỏ đến mức các điện tử trong tinh thể bán dẫn đó bị hạn chế chuyển động trong ba chiều. Có thể hình dung tương tự như một cái hộp với quả bóng bên trong, và quả bóng chỉ có thể di chuyển bên trong chiếc hộp. Trong trường hợp này, thuật ngữ “lượng tử” chỉ các đặc tính khác nhau của chấm lượng tử này, ví dụ quang học hoặc điện, được thay đổi tùy thuộc vào kích thước của chấm.

Các chấm lượng tử được khám phá vào những năm 50 của thế kỷ XX. Trong thời gian khá lâu, các chấm lượng tử là mục tiêu nghiên cứu thụ động đối với các nhà vật lý. Sau đó các nhà hóa học học được cách tổng hợp các chấm lượng tử bằng cách đặt kích thước cho các chấm lượng tử và quản lý các tính chất vật lý và hóa học. Nhưng trong sinh học và y học, các chấm lượng tử bắt đầu được sử dụng chỉ sau khi người ta tìm được phương pháp làm cho các chấm lượng tử được hòa tan trong nước và chất lỏng sinh học cũng như kiểm soát kích thước của chúng tức là đặt các tính chất vật lý ngay cả trong quá trình thành lập.

Trong y học, người ta thường sử dụng các chấm lượng tử keo – tinh thể nano, thu được bằng cách sự tổng hợp hóa học nhiệt độ cao. Vào môi trường được làm nóng, bao gồm hai trạng thái pha hoặc nhiều hơn, được phun vào một hợp chất với các chất phản ứng hóa học cần thiết. Kết quả là một phản ứng hóa học nhanh chóng xảy ra, được tạo ra các mầm kết tinh của pha rắn. Đây chính là cơ sở cho các chấm lượng tử tinh thể. Sau đó các hạt phát triển, và kích thước của chúng được kiểm soát với độ chính xác đến 10%. Kích thước trung bình của các chấm lượng tử mà có thể được sử dụng trong y học là từ 2,5 đến 5 nano mét. Các tính chất quang học phụ thuộc vào kích thước của các chấm lượng tử: khi được chiếu ngoài thì các tinh thể nano kích thước nhỏ có màu tím, còn kích thước to thì có màu đỏ.

Khó khăn chính khi đưa đa số hạt nano vào cơ thể của con người là tính độc của các hạt nano đối với các tế bào sống, chứ không phải vì tính độc của nguyên tố hóa học nào đó trong thành phần. Các hạt nano có kích thước rất nhỏ, tương tự với kích thước của các phân tử sinh học. Chất protein của con người dính vào tinh thể nano, trong khi đó protein bị “lộn trái” và điều này khiến cho hệ thống miễn dịch phản ứng đột ngột, tìm cách phá tan chất protein “lạ”.

Các hạt nano có thể trở thành trung tâm tạo protein dạng sợi (sợi nhỏ) và dạng xoắn cuộn, giống như các mảng xuất hiện trong bệnh Alzheimer mà có thể phong tỏa sự truyền xung động thần kinh. Trường đại học nghiên cứu hạt nhân quốc gia MIFI đã cố gắng làm bề mặt của các hạt trở nên “không hấp dẫn” đến mức tối đa để protein không bị dính vào và cũng như không bị dính vào nhau. Trong khi đó kích thước phải được giữ trong khuôn khổ quy định (2,5 – 5 nano mét), để các tinh thể được ra khỏi cơ thể với xác suất gần 100%.

“Chắc là vấn đề tính độc của các vật liệu nano sẽ không thể được khắc phục hoàn toàn… Rõ ràng là các loại thuốc chống ung thư gây ra nguy cơ nghiêm trọng cho các mô khỏe trong cơ thể, nhưng nếu không dùng nano thì không thể phá hủy khối u được! Cho nên nhiệm vụ của các kỹ sư công nghệ sinh học nano là giảm tác động của các chất độc đối với các tế bào và các cơ quan khỏe mạnh. Chúng tôi phải mạo hiểm để cuối cùng có được nhiều cơ hội hơn để cứu sống mạng sống con người”, ông Igor Nabiev nói với hãng tin RIA Novosti. Ông là chủ nhiệm phòng thí nghiệm nano và kỹ thuật sinh học của trường đại học nghiên cứu hạt nhân quốc gia MIFI và giáo sư của trường Đại học Reims Champagne Ardenne của Pháp.

Theo Báo tin tức/Sputnik