Hạt nano vàng và titan dioxide giải quyết tình trạng kháng thuốc ở khối u do thiếu oxy

Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Hạt nano vàng và titan dioxide giải quyết tình trạng kháng thuốc ở khối u do thiếu oxy

Thứ tư - 23/09/2026 08:47

Các nhà khoa học đã chứng minh rằng hạt nano vàng và titan dioxide có khả năng hỗ trợ bức xạ tiêu diệt tế bào ung thư ngay cả trong điều kiện thiếu oxy. Đây là một thành tựu quan trọng trong việc giải quyết vấn đề không đáp ứng điều trị liên quan đến hypoxia.

Một nghiên cứu gần đây đăng trên tạp chí Nano Letters đã khám phá cách các hạt nano vàng và titan dioxide có thể nâng cao hiệu quả xạ trị trong các khối u có nồng độ oxy thấp. Những khu vực này thường gặp trong nhiều loại ung thư và rất khó điều trị bằng phương pháp xạ trị thông thường. Bằng cách phân tích các cơ chế vật lý và hóa học, các nhà nghiên cứu đã hiểu rõ cách các hạt nano hoạt động trong môi trường thiếu oxy, mở ra những tiềm năng mới cho điều trị ung thư.

Vấn đề với các khối u thiếu oxy

Xạ trị cần oxy để tạo ra các gốc oxy hóa hoạt động (ROS), gây tổn thương DNA và tiêu diệt tế bào ung thư. Tuy nhiên, quá trình này kém hiệu quả ở các khối u thiếu oxy do nguồn oxy hạn chế từ các mạch máu bất thường và khả năng khuếch tán kém, khiến chúng dễ kháng thuốc và dễ tái phát hơn. Các nhà nghiên cứu đã khám phá cách dùng công nghệ nano để giải quyết vấn đề này. Hạt nano có thể nâng cao hiệu quả của xạ trị bằng các cơ chế làm tăng tính chất vật lý và hóa học. Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đặt câu hỏi liệu các cơ chế này còn hoạt động được trong điều kiện thiếu oxy, nơi các cơ chế phụ thuộc vào oxy không hiệu quả.

Nghiên cứu

Các nhà nghiên cứu đang nghiên cứu 2 loại hạt nano tiềm năng để tăng độ nhạy của phóng xạ: vàng và titan dioxide. Hạt nano vàng, với số lượng nguyên tử lớn, có thể tăng cường liều lượng vật lý của bức xạ bằng cách thúc đẩy phát xạ electron thứ cấp. Hiệu ứng này đặc biệt rõ nét ở mức năng lượng tia X kilovolt (kV), nơi các tương tác quang điện chiếm ưu thế, nhưng lại giảm đi ở mức năng lượng megavolt (MV), thường được dùng trong các phương pháp điều trị lâm sàng.

Titan dioxide, dù có số nguyên tử thấp hơn nhiều, vẫn sở hữu những lợi thế riêng. Nó đóng vai trò như một chất xúc tác và có khả năng tạo ra các gốc oxy hóa hoạt động thông qua quá trình quang xúc tác và xạ xúc tác. Những phản ứng này ít phụ thuộc vào oxy hơn và có thể hiệu quả trong việc nhắm vào các khối u thiếu oxy.

Nhóm nghiên cứu đã thực hiện một loạt thí nghiệm trên tế bào ung thư sợi (fibrosarcoma) nhằm đánh giá hiệu quả của các hạt nano trong các điều kiện oxy khác nhau. Các tế bào được nuôi trong môi trường oxy bình thường và thiếu oxy, rồi sau đó tiếp xúc với bức xạ từ nguồn tia X, tượng trưng cho các thiết lập tiền lâm sàng và lâm sàng. Các hạt nano đã được xác định đặc điểm kỹ lưỡng và sự hấp thụ của chúng vào tế bào cũng đã được đo chính xác để phục vụ so sánh.

Sau đó, các nhà nghiên cứu đánh giá tác động của hạt nano trên DNA, sự sống của tế bào và khả năng tạo ra các gốc oxy hóa hoạt động. Họ kết hợp các marker DNA tổn thương, phân tích đường cong sinh trưởng và sử dụng hình ảnh cộng hưởng từ điện tử (EPR) để đo lường tác động của các hạt nano. Hoạt tính quang xúc tác của titan dioxide cũng được xác định bằng phương pháp phân hủy xanh methylene, giúp đánh giá việc sinh ra ROS thông qua quá trình xúc tác.

Kết quả của quá trình xử lý bằng hạt nano

Vàng và titan dioxide thể hiện các đặc điểm rất khác nhau trong điều kiện thiếu oxy. Hạt nano vàng chủ yếu nâng cao hiệu quả bức xạ qua các tương tác vật lý tạo ra electron thứ cấp. Hiệu quả này tăng lên ở năng lượng kV nhưng lại giảm rõ rệt ở mức MV, nơi tán xạ Compton chiếm ưu thế và các vật liệu có nguyên tử số cao kém hiệu quả hơn. Khi thiếu oxy, sự tăng cường nhờ hạt nano vàng giảm nhẹ. Tác động hóa học thông qua việc tạo ra ROS vẫn còn nhưng bị giảm phần nào.

Ngược lại, các hạt nano titan dioxide cho thấy tiềm năng trong điều kiện thiếu oxy. Thay vì giảm hiệu quả, khả năng tạo ra các gốc oxy hóa hoạt động của chúng lại được cải thiện trong môi trường nghèo oxy. Nhờ hoạt tính xúc tác cho phép chúng sinh ra ROS độc lập với oxy bên ngoài. Các thử nghiệm phân hủy xanh methylene đã xác nhận hoạt tính quang xúc tác tăng lên trong điều kiện thiếu oxy, gây tổn thương sinh học ở tế bào ung thư sau khi tiếp xúc với bức xạ. Kết quả này chứng tỏ titan dioxide có thể khắc phục những hạn chế trong xạ trị, mở ra phương pháp điều trị khối u hiệu quả ngay cả khi các phương pháp dựa vào oxy không còn phù hợp.

Hướng tới phương pháp xạ trị thông minh và hiệu quả hơn

Nghiên cứu làm rõ cách các hạt nano được thiết kế để nhắm mục tiêu đến ung thư dưới các điều kiện khác nhau, và nhận thức về cơ chế hoạt động là quan trọng để áp dụng lâm sàng. Hạt nano vàng, dù hiệu quả trong việc nâng cao tác dụng của xạ trị nhờ đặc điểm vật lý, lại gặp hạn chế trong môi trường thiếu oxy và không hiệu quả ở mức năng lượng bức xạ thường dùng trong điều trị xạ. Trong khi đó, titan dioxide lại thể hiện lợi thế trong điều kiện này bằng con đường hoá học không phụ thuộc vào oxy. Việc kết hợp các loại hạt nano qua các cơ chế khác nhau, như xử lý đồng thời vùng có oxy và vùng thiếu oxy trong cùng một khối u, như trong nghiên cứu này, mang lại phương pháp xạ trị toàn diện, hiệu quả hơn và giúp cải thiện kết quả điều trị cho các bệnh nhân ung thư khó chữa trị.

Nguồn: https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=41505

Tác giả bài viết: Phan Lê Trâm Anh - P. CNSH Vật liệu-Nano