Tài liệu Các phương pháp biến tính bề mặt dendrimer pamam

KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT BÁO CÁO ĐỀ TÀI SINH VIÊN NCKH NĂM HỌC 2015 - 2016 CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH BỀ MẶT DENDRIMER PAMAM GVHD: Ths. Nguyễn Thị Bích Trâm SV thực hiện: Lê Thị Thu Thắm / D12HHHC Bình Dương, tháng 4 năm 2016 i ii UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI I. SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN: Ảnh 4x6 Họ và tên: Lê Thị Thu Thắm Sinh ngày: 07 tháng 10 năm 1993 Nơi sinh: Đăk Lăk Lớp: D12HHHC Khóa: 2012-2016 Khoa: Khoa Học Tự Nhiên Địa chỉ liên hệ: Phú Lợi - TP. Thủ Dầu Một- Bình Dương Điện thoại: 0169 577 3405 Email: [email protected] II. QUÁ TRÌNH HỌC TẬP (kê khai thành tích của sinh viên từ năm thứ 1 đến năm đang học): * Năm thứ 1: Ngành học: Hóa Học Khoa: Khoa Học Tự Nhiên Kết quả xếp loại học tập: TB * Năm thứ 2: Ngành học: Hóa Học Khoa: Khoa Học Tự Nhiên Kết quả xếp loại học tập: Khá *Năm thứ 3: Ngành học: Hóa Học Khoa: Khoa Học Tự Nhiên Kết quả xếp loại học tập: Khá *Năm thứ 4: Ngành học: Hóa Học Khoa: Khoa Học Tự Nhiên Kết quả xếp loại học tập: Khá Ngày 01 tháng 04 năm 2016 Sinh viên thực hiện đề tài (ký, họ và tên) Xác nhận của lãnh đạo khoa (ký, họ và tên) iii MỤC LỤC DANH SÁCH BẢNG...................................................................................................vi DANH SÁCH HÌNH...................................................................................................vii DANH SÁCH SƠ ĐỒ................................................................................................viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT..............................................................................ix THUYẾT MINH ĐỀ TÀI..............................................................................................x CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN..........................................................................................1 1.1 GIỚI THIỆU DENDRIMER............................................................................1 1.1.1 Khái niệm về dendrimer............................................................................1 1.1.2 Tính chất của dendrimer............................................................................3 1.1.2.1 Dendrimer có hình dạng, kích thước xác định.....................................3 1.1.2.2 Khả năng hòa tan của dendrimer.........................................................4 1.1.2.3 Tính mang vác.....................................................................................5 1.1.2.4 Tính đa hóa trị.....................................................................................6 1.1.2.5 Tính tương hợp sinh học.....................................................................6 1.1.2.6 Độc tính tế bào của dendrimer............................................................6 1.1.2.7 Tính miễn dịch của dendrimer............................................................7 1.1.3 Các phương pháp tổng hợp........................................................................7 1.1.3.1 Phương pháp tổng hợp từ trong ra ngoài (Divergent)..........................8 1.1.3.2 Phương pháp tổng hợp từ ngoài vào trong (Convergent)....................8 1.1.3.3 Phương pháp tổng hợp từ ngoài vào trong hai bước (Double-stage Convergent).........................................................................................................9 1.1.3.4 Phương pháp tổng hợp tăng lũy thừa hai (Double Exponential).........9 1.1.3.5 Phương pháp tổng hợp trực giao (Orthogonal)..................................10 1.1.3.6 Phương pháp tổng hợp với monomer siêu nhóm chức (Hypermonomer)...............................................................................................10 1.1.4 Ứng dụng.................................................................................................11 1.2 CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ DENDRIMER PAMAM VÀ DẪN XUẤT...................13 1.3 BIẾN TÍNH BỀ MẶT DENDRIMER PAMAM............................................16 1.3.1 Mục đích..................................................................................................16 1.3.2 Biến tính bề mặt dendrimer với tác nhân tương hợp sinh học..................16 1.4 NHỮNG NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH DENDRIMER PAMAM VỚI CÁC TÁC NHÂN ALKYL..............................................................................................17 1.4.1 Các nghiên cứu trên thế giới....................................................................17 1.4.2 Các nghiên cứu trong nước......................................................................19 CHƯƠNG 2. BIẾN TÍNH BỀ MẶT DENDRIMER PAMAM...................................21 2.1 NGUYÊN LIỆU VÀ HÓA CHẤT.................................................................21 2.2 DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ..............................................................................21 iv 2.3 QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM.....................................................................22 2.3.1 Biến tính dendrimer PAMAM G2.5 với Alkylamine...............................22 2.3.2 Biến tính bề mặt dendrimer PAMAM G3.0 với các tác nhân Ankanoyl chloride................................................................................................................23 2.3.3 Biến tính dendrimer PAMAM G3.0 với Acid Carboxylic.......................24 2.3.4 Biến tính dendrimer PAMAM G3.0 với Alcohol.....................................25 2.4 Phương pháp lí hóa đánh giá vật liệu..............................................................25 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...............................................................26 3.1 BIẾN TÍNH DENDRIMER PAMAM G2.5 VỚI ALKYLAMINE................26 3.2 BIẾN TÍNH DENDRIMER PAMAM G3.0 VỚI ANKANOYL CHLORIDE 28 3.3 BIẾN TÍNH DENDRIMER PAMAM G3.0 VỚI ACID CARBOXYLIC......31 3.4 BIẾN TÍNH DENDRIMER PAMAM G3.0 VỚI ALCOHOL.......................33 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...............................................................36 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................35 PHỤ LỤC.................................................................................................................... 38 DANH SÁCH BẢNG v Bảng 1.1 Độ chuyển hóa, KLPT PAMAM biến tính được xác định dựa vào phổ NMR [1] ..................................................................................................................................... 16 Bảng 3.1 Dữ liệu phổ 1H-NMR của sản phẩm phản ứng biến tính dendrimer PAMAM G2.5 với dodecylAlkylamine.......................................................................................27 Bảng 3.1 Dữ liệu phổ 1H-NMR của sản phẩm khảo sát biến tính dendrimer PAMAM G3.0 với decanoyl chloride..........................................................................................30 Bảng 3.3 Dữ liệu phổ 1H-NMR của sản phẩm dendrimer PAMAM G3.0 - Acid carboxylic.................................................................................................................... 32 Bảng 3.4 Dữ liệu phổ 1H-NMR của sản phẩm biến tính dendrimer PAMAM G3.0 với Alcohol........................................................................................................................ 34 DANH SÁCH HÌNH Hình1.1 Cấu trúc phân tử dendrimer [2]........................................................................1 Hình 1.2 Các thế hệ dendrimer [4].................................................................................1 Hình 1.3 Cấu trúc dendrimer PAMAM với lõi là EDA thế hệ chẵn..............................2 vi Hình 1.4 Cấu trúc dendrimer PAMAM với lõi là hexane diAlkylamine thế hệ lẻ.........2 Hình 1.5 Các dạng phân bố dendrimer trong dung dịch [7]...........................................3 Hình 1.6 Kích thước của dendrimer và kích thước các vật chất trong cơ thể [9]...........4 Hình 1.7 Các hình thức mang thuốc của dendrimer [10]...............................................5 Hình 1.8 Cấu trúc thành vách tế bào Eukaryotic [13]....................................................7 Hình 1.9 Phương pháp tổng hợp từ trong ra ngoài [14].................................................8 Hình 1.10 Phương pháp tổng hợp từ ngoài vào trong [14].............................................8 Hình 1.11 Phương pháp tổng hợp từ ngoài vào trong hai bước.....................................9 Hình 1.12 Phương pháp tổng hợp tăng lũy thừa hai [14].............................................10 Hình 1.13 Phương pháp tổng hợp trực giao [13]..........................................................10 Hình 1.14 Phương pháp tổng hợp với monomer siêu nhóm chức [14].........................10 Hình 1.19 Phổ 1H-MNR của G2.5-(CO-NH-CH2(CH2)10CH3)z [1].............................14 Hình 1.20 Phổ 1H-NMR của PAMAM G3.0-(NH-CO-(CH2)8CH3)z [1]......................15 Hình 1.21 Sơ đồ biến tính dendrimer PAMAM với nhóm alkyl bề mặt [21]...............18 Hình 1.22 Cấu trúc hóa học của các dẫn xuất: (a) Alkylamineo/hexyl dendrimer PAMAM G4.0; (b) hydroxyl/hexyl dendrimer PAMAM G4.0; (c) glucosAlkylamine/hexyl dendrimer PAMAM G4.0 [37].............................................19 Hình 3.1 Cấu trúc dẫn xuất dendrimer PAMAM G2.5-Alkylamine.............................26 Hình 3.2 Cấu trúc sản phẩm G3.0-(NH-CO-CH2(CH2)nCH3)z....................................29 Hình 3.3 Cấu trúc sản phẩm G3.0-(NH-CO-CH2(CH2)nCH3)z......................................31 Hình 3.4 Cấu trúc dẫn xuất dendrimer PAMAM G3.0-Alcohol..................................34 DANH SÁCH SƠ ĐỒ Sơ đồ 2.1 Quy trình biến tính dendrimer PAMAM G2.5 với Alkylamine...................22 Sơ đồ 2.2 Quy trình biến tính dendrimer PAMAM G3.0 với Ankanoyl chloride........23 Sơ đồ 2.3 Quy trình biến tính dendrimer PAMAM G3.0 với Acid carboxylic.............24 Sơ đồ 2.4 Quy trình biến tính dendrimer PAMAM G3.0 với Alcohol.........................25 Sơ đồ 3.1 Biến tính dendrimer PAMAM G2.5 với Alkylamine...................................26 Sơ đồ 3.2 Biến tính dendrimer PAMAM G3.0 với Ankanoyl chloride........................28 Sơ đồ 3.3 Biến tính dendrimer PAMAM G3.0 với Acid Carboxylic...........................31 vii Sơ đồ 3.4 Biến tính dendrimer PAMAM G3.0 với Alcohol.........................................33 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ac Acetyl DMF Dimethyleformamide DMSO Dimethyl Sulfoxide EDA EthylendiAlkylamine EDC 1-Ethyl-3-(3-dimethylAlkylamineopropyl)carbodiimide EPR Enhanced Permeability And Retention Effect G Thế hệ (Generation) GPC Gel Permeation Chromatography 1 H-NMR Proton Nuclear Magnetic Resonance H Hiệu suất phản ứng viii HPLC High-Performance Liquid Chromatography MA Methyl acrylate MS Mass Spectroscopy MRI Magnetic Resonance Imaging NHS N-Hydroxysuccinimide NMR Nuclear Magnetic Resonance NPC p-Nitrophenyl chloroformate PAMAM PolyamidoAlkylamine PEG Polyethylene Glycol PEG 4000 Polyethylene glycol 4000  TEA TriethylAlkylamine UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT THUYẾT MINH ĐỀ TÀI SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC (Năm học 2015-2016) 1. Tên đề tài: CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN TÍNH BỀ MẶT DENDRIMER PAMAM 2. Mã số: (do cán bộ quản lý ghi) 3. Loại hình nghiên cứu: Cơ bản Ứng dụng 4. Lĩnh vực nghiên cứu: Khoa học Xã hội và Nhân văn Kinh tế Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ Khoa học Tự nhiên ix Triển khai Khoa học Giáo dục 5. Thời gian thực hiện: 5 tháng (Từ tháng 10 năm 2015 đến tháng 4 năm 2016). 6. Đơn vị quản lý về chuyên môn: Khoa: Khoa học tự nhiên Bộ môn: Hóa học 7. Giáo viên hướng dẫn: Họ và tên: Nguyễn Thị Bích Trâm Học vị: Thạc Sĩ Đơn vị công tác (Khoa, Phòng): Khoa Khoa học tự nhiên Địa chỉ nhà riêng: 21D2 KDC Hiê ̣p Thành I, Thủ Dầu Mô ̣t, Bình Dương Di động: 0908237413 E-mail: [email protected] 8. Sinh viên thực hiện đề tài: Họ tên: Lê Thị Thu Thắm Email: [email protected] Điện thoại: 0169 577 3405 9. Tính cấp thiết của đề tài: Nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng nâng cao của cuộc sống, con người không ngừng nghiên cứu và sáng tạo, điều đó thể hiện rõ ràng qua sự phát triển vượt bậc trên lĩnh vực khoa học,kỹ thuật. Việc nghiên cứu và tìm ra vật liệu mới để đáp ứng tốt nhất những tính năng có trong sản phẩm là điều hết sức cần thiết. Sự ra đời của công nghệ vi mô đặc biệt là công nghệ nano đang thu hút nhiều sự quan tâm của giới nghiên cứu. Dendrimer là một loại nano polymer có các đặc tính đặc biệt trong cấu trúc với phân tử dạng hình cầu, cấu trúc nhánh, bên trong có nhiều không gian trống, có nhiều nhóm thế hoạt động ở bề mặt. Chính vì thế nên nó được tập trung nghiên cứu và ứng dụng như một chất mang trong nhiều lĩnh vực như hóa học, y học, vật liệu, ... Hiện nay, trên thế giới đã tổng hợp thành công nhiều loại dendrimer, trong đó nổi bật nhất là dendrimer polyAlkylaminedoAlkylamine (PAMAM). Tuy nhiên, với các nhóm hoạt động bề mặt -NH 2 có thể tương tác với các nhóm thế hút điện tử trong tế bào gây độc cho tế bào. Do đó để giải quyết vấn đề này cũng x như tăng tính tương hợp sinh học với tế bào, PAMAM được nghiên cứu hoạt hóa với các nhóm thế khác không độc cho tế bào thông qua liên kết hóa học. Các dendrimer mang những nhóm chức anionic (COO -) hay trung tính (Lipid, PEG) ở bề mặt ít độc hơn so với những nhóm chức cationic (NH 3+), do đó đối với các dendrimer ở bề mặt là các nhóm chức cationic (các dendrimer thế hệ chẵn) người ta sẽ thay thế bề mặt bằng các nhóm chức khác mà điển hình là PEG để chúng không độc đối với cơ thể. Còn đối với các dendrimer ở bề mặt là các anionic (các dendrimer thế hệ lẻ) do ít độc hơn nên người ta chú trọng đến khả năng thẩm thấu qua màng sinh chất bằng cách hoạt hóa các nhóm bề mặt bởi các alkyl béo mạch dài để tăng cường khả năng thẩm thấu sinh học. Chất béo là thành phần cấu trúc thiết yếu của màng sinh chất. Màng này bao quanh tế bào, nhân và một số cơ quan khác.Vì vậy PAMAM được nghiên cứu kết hợp với Ankanoyl chloride sẽ làm tăng tính tương hợp sinh học và xuyên thấm tế bào. Đặc biệt dendrimer PAMAM lai hóa với Ankanoyl chloride kết hợp với các tác nhân hướng đích và các loại thuốc chống ung thư như 5-fluorouracil, methotrexate, … mở ra một hướng đi mới trong điều trị ung thư đó là phương pháp điều trị hướng đích. Phương pháp điều trị này thực sự hiệu quả, vì nó chỉ tập trung tấn công những tế bào bị bệnh, những tế bào còn lại trong cơ thể không bị gây tổn hại, do đó giảm bớt được những tác dụng phụ. Phương pháp điều trị hướng đích liên quan đến việc sử dụng những loại dược phẩm có khả năng tấn công một cách đặc biệt đối với các tế bào ung thư. Khả năng phân biệt những tế bào ung thư và tế bào bình thường giúp cho phương pháp điều trị hướng đích trở thành một lựa chọn điều trị ung thư tối ưu hiện nay. Trên cơ sở đó chúng tôi đề xuất đề tài nghiên cứu: “Các phương pháp biến tính bề mặt Dendrimer PAMAM ”. Kết quả nghiên cứu này là cơ sở cho những phản ứng biến tính liên quan đến bề mặt PAMAM nhằm tối ưu hóa hệ thống mang thuốc của Dendrimer PAMAM. 10. Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu các phương pháp biến tính bề mặt dendrimer PAMAM làm cơ sở cho những phản ứng biến tính liên quan đến bề mặt PAMAM nhằm tối ưu hóa hệ thống mang thuốc của Dendrimer PAMAM. 11. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu, cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: 11.1. Đối tượng nghiên cứu xi - Dendrimer PAMAM G2.5, Dendrimer PAMAM G3.0, Alcohol, Alkylamine, Acid Carboxylic, Ankanoyl chloride và các dẫn xuất của Dendrimer PAMAM G2.5, Dendrimer PAMAM G3.0 với các tác nhân biến tính. 11.2. Phạm vi nghiên cứu. - Tài liệu liên quan đến đối tượng nghiên cứu. - Cơ chế phản ứng biến tính bề mặt. - Thực nghiệm cho mỗi phương pháp biến tính bề mặt PAMAM. 11.3. Cách tiếp cận - Nghiên cứu, phân tích và đánh giá tài liệu. - Xây dựng qui trình thực nghiệm. - Tiến hành thực nghiệm. 11.4. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. 12. Nội dung nghiên cứu và tiến độ thực hiện: 12.1. Nội dung nghiên cứu: - Biến tính bề mặt Dendrimer PAMAM G2.5 bằng Alkylamine. - Biến tính bề mặt Dendrimer PAMAM G3.0 bằng các tác nhân Ankanoyl chloride, Acid Carboxylic và Alcohol. 12.2. Tiến độ thực hiện: 5 tháng 13. Sản phẩm và khả năng ứng dụng: - Sản phẩm biến tính Dendrimer PAMAM có độc tính giảm đi so với Dendrimer PAMAM do một số nhóm bề mặt đã sửa đổi. - Kết quả nghiên cứu sẽ là tài liệu tham khảo hữu ích về dendrimer PAMAM. - Trên cơ sở các phương pháp biến tính bề mặt Dendrimer PAMAM, một số các biến tính liên quan đến bề mặt PAMAM nhằm tối ưu hóa hệ thống mang thuốc của Dendrimer PAMAM sẽ được khảo sát. 14. Kinh phí thực hiện đề tài: (theo quy định của trường). xii Ngày …… tháng …… năm 2016 Giáo viên hướng dẫn đề tài (Ký, ghi rõ họ tên ) Ngày …… tháng …… năm 2016 Sinh viên chịu trách nhiệm (Ký, ghi rõ họ tên) Bình Dương, ngày …… tháng …… năm 2016 Trưởng Khoa (Ký, ghi rõ họ tên) xiii 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU DENDRIMER 1.1.1 Khái niệm về dendrimer Khái niệm dendrimer được Donald A. Tomalia và cộng sự [2] đưa ra đầu tiên vào năm 1985. Dendrimer bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp “Dendron”, có nghĩa là nhánh cây. Dendrimer là một nanopolymer có dạng hình cầu, cấu trúc nhánh, có nhiều tính chất ưu việt hơn so với polymer mạch thẳng. Hình1.1 Cấu trúc phân tử dendrimer [2] Phân tử dendrimer được cấu tạo ba phần gồm: lõi (còn gọi là nhân hoặc core), các nhánh bên trong và các nhóm bề mặt bên ngoài. Các nhánh bên trong được lặp đi lặp lại có nhiệm vụ liên kết các nhóm bên ngoài với lõi. Các nhóm bên ngoài còn được gọi là các nhóm bề mặt hoạt động (hình 1.1) [3, 4]. Dendrimer có các đơn vị nhánh liên tiếp lặp đi lặp lại hướng ra ngoài từ điểm nút khởi đầu. Một dendrimer có hai điểm nút khi đi từ trung tâm đến ngoại vi được gọi là dendrimer thế hệ thứ 2 (ký hiệu là G2.0) [3]. Hình 1.2 Các thế hệ dendrimer [4] 1 Dendrimer polyamidoAlkylamine (PAMAM) là một dendrimer điển hình, với lõi là ammonia (NH3) hoặc alkyldiAlkylamine như: ethylene diAlkylamine (EDA), butylene diAlkylamine (BDA), hexane diAlkylamine, … Cấu trúc nhánh được xây dựng bởi sự sắp xếp luân phiên của các phân tử ethylene diAlkylamine và methyl acrylate. Dendrimer PAMAM với các nhóm bề mặt là các nhóm Alkylamine –NH 2 ta có PAMAM thế hệ nguyên, còn gọi là thế hệ chẵn, dendrimer PAMAM với các nhóm bề mặt là các nhóm carboxylate –COOCH3 ta có dendrimer PAMAM thế hệ bán nguyên, còn gọi là thế hệ lẻ. [6-8]. Hình 1.3 Cấu trúc dendrimer PAMAM với lõi là EDA thế hệ chẵn Hình 1.4 Cấu trúc dendrimer PAMAM với lõi là hexane diAlkylamine thế hệ lẻ 2 1.1.2 Tính chất của dendrimer 1.1.2.1 Dendrimer có hình dạng, kích thước xác định Kích thước và khối lượng phân tử dendrimer có thể điều chỉnh trong suốt quá trình tổng hợp, thể hiện tính đơn phân tán. Chỉ số phân tán của dendrimer gần như bằng 1. D - MW Mn D: Được gọi là chỉ số phân tán, đặc trưng cho độ phân tán của một mẫu polymer. - Mn: Khối lượng phân tử trung bình số. - Mw: Khối lượng phân tử trung bình khối. - Mw > Mn: mẫu polymer đa phân tán. Khi D càng lớn thì mẫu polymer càng phân tán. Trong dung dịch các dendrimer thường tồn tại ở các dạng sau: - Dạng monomer, dimer, trimer (hình 1.5). - Kết thành chùm có hình dạng méo mó (hình 1.5). - Kết thành một chuỗi thẳng dài (hình 1.5) có kích thước khoảng vài chục đến vài trăm nanometer. Hình 1.5 Các dạng phân bố dendrimer trong dung dịch [7] 3 Trong quá trình hòa tan trong dung môi thì các dendrimer tồn tại dưới dạng hình cầu, giống như một trái banh bị nén chặt nên ít hoặc không bị biến dạng. Điều này làm cho độ nhớt của dendrimer trong dung dịch giảm rất nhiều so với polymer mạch thẳng. Khi khối lượng phân tử dendrimer tăng, độ nhớt có thể đạt đến mức cực đại ở thế hệ thứ tư và sau đó giảm xuống. Trong khi đó, với các polymer thẳng thì độ nhớt sẽ tăng tỷ lệ với khối lượng phân tử. Ngoài ra, các thế hệ dendrimer có kích thước chuẩn rất phù hợp với các vật chất trong cơ thể, do đó dendrimer rất được chú trọng trong y học hiện nay. Hình 1.6 Kích thước của dendrimer và kích thước các vật chất trong cơ thể [9] 1.1.2.2 Khả năng hòa tan của dendrimer Tính tan của dendrimer do lõi và cả nhóm trên bề mặt quyết định. Dendrimer có các nhóm bên ngoài và lõi là các nhóm ái nước thì có khả năng tan được trong nước, trong khi các dendrimer có các nhóm bên ngoài và lõi là các nhóm kỵ nước thì chúng không có khả năng tan trong nước mà ngược lại, chúng tan được trong các dung môi có tính dầu. Độ dài của lõi liên quan đến hình dạng và tính ái dầu của dendrimer, nếu số nhóm -CH2- trong phân tử lõi càng nhiều sẽ làm tăng tính ái dầu. 4 1.1.2.3 Tính mang vác Cấu trúc phân tử cho thấy trong phân tử dendrimer có nhiều khoảng trống nên chúng được sử dụng như một chất mang. Các chất chúng có thể mang là thuốc trị bệnh, các đoạn ADN, các enzyme, các hormone, các xúc tác kim loại. Đặc biệt các dendrimer rất thích hợp cho việc mang thuốc vì chúng có độ chọn lọc và tính bền vững cao khi kết hợp với thuốc. Hình 1.7 Các hình thức mang thuốc của dendrimer [10] Một trong những ý tưởng để giải quyết vấn đề này là đưa thuốc trực tiếp vào vị trí cần phát huy tác dụng (cơ quan, tế bào hoặc các thành phần của tế bào), tạo ra một loại thuốc có tính chọn lọc cao vào một cơ quan nào đó trong cơ thể. Thuốc sẽ phát huy tác dụng khi được hấp thu qua màng tế bào. Có nhiều con đường để thuốc hấp thu qua màng tế bào như khuếch tán trực tiếp qua lớp lipide, khuếch tán qua các lỗ xuyên qua lớp lipide, khuếch tán qua màng nhờ chất mang hay sự ẩm bào. Đối với các loại thuốc gây độc tế bào như thuốc trị ung thư thì được hấp thu qua màng nhờ một hệ vận chuyển thuốc, do đó việc ra đời của chất mang thuốc là một liệu pháp mới trong điều trị ung thư. Các chất mang thuốc có tác dụng như một giá đỡ cho thuốc, giúp thuốc tránh khỏi sự đào thải bởi các các cơ chế bảo vệ của cơ thể (chuyển hóa ở gan, thải trừ qua thận, phân huỷ bởi các enzyme trong máu, tấn công của bạch cầu và hệ thống miễn dịch....). Các chất mang còn giúp phân tử thuốc đến được đích tác dụng mong muốn. Tiêu chí quan trọng nhất đối với các chất mang đó là tính tương hợp sinh học. Chất mang thuốc có tác dụng như một tiền dược (prodrug) giúp giảm độc tính của thuốc, thu hẹp phạm vi phân bố của các thuốc trong cơ thể nên làm giảm tác dụng phụ của thuốc và giảm lượng thuốc điều trị. 5 1.1.2.4 Tính đa hóa trị Tính đa hóa trị của dendrimer do các nhóm bên ngoài quyết định, các nhóm bên ngoài càng nhiều thì hóa trị dendrimer càng tăng. Nhờ vào tính đa hóa trị, các dendrimer có thể mang được nhiều nhóm bên ngoài. Dendrimer với nhiều nhóm chức trên bề mặt có khả năng tương tác với các phối tử đặc trưng, giúp các nhà nghiên cứu thiết kế xây dựng các hệ chất mang đa chức năng ứng dụng trong y học. 1.1.2.5 Tính tương hợp sinh học Để có thể ứng dụng dendrimer như tác nhân sinh học, dendrimer cần phải thỏa mãn một số yêu cầu sau: - Không độc. - Không tạo sự miễn dịch. - Có khả năng thấm sinh học ở cấp độ tế bào để vượt qua được các rào cản sinh học. - Có khả năng lưu thông trong hệ thống sinh học với thời gian cần thiết (không bị đào thải quá nhanh, cũng như tồn tại quá lâu trong cơ thể) để phát huy hoạt tính lâm sàng mong đợi. - Có khả năng định hướng tới những cấu trúc sinh học đặc biệt. Các tính chất sinh học của dendrimer phụ thuộc rất nhiều vào kích thước của dendrimer và các nhóm chức trên bề mặt của dendrimer, ít phụ thuộc vào cấu trúc bên trong của dendrimer. Với các nhóm chức bề mặt, dendrimer có thể được biến tính để tạo ra các tính chất sinh học đặc biệt, như tương hợp tế bào, giảm độc tính, tăng tính thấm, có khả năng di chuyển đến đúng vị trí cần điều trị… [11]. 1.1.2.6 Độc tính tế bào của dendrimer Dendrimer ở thế hệ chẵn (với các nhóm Alkylamine trên bề mặt) có độc tính với tế bào cao hơn so với dendrimer thế hệ lẻ (với các nhóm chức ester trên bề mặt). Điều này có thể giải thích bởi nhóm Alkylamine tích điện dương nên có thể tạo liên kết với màng tế bào (tích điện âm) và gây độc cho tế bào bởi điện tích dương trên bề mặt của chúng. Với dendrimer thế hệ càng cao khả năng gây độc tế bào càng lớn vì số lượng nhóm Alkylamine tăng lên nhiều, VD. G3.0: 32 nhóm Alkylamine, G4.0: 64 nhóm Alkylamine, G5.0: 128 nhóm Alkylamine [12]. 6 Tế bào của sinh vật có bề mặt là các nhóm chức tích điện âm (ví dụ: nhóm anionic carbonhydrate) (hình 1.8). Dendrimer với nhóm chức Alkylamine (-NH 3+) tích điện dương, sẽ tương tác với phần âm trên bề mặt tế bào bởi sự hấp dẫn tĩnh điện tạo thành các lỗ thủng hay kênh làm cho màng tế bào mất tác dụng ngăn cản và tế bào bị dung giải, hoặc hình thành hiện tượng nhập bào, sẽ cho phép dendrimer thâm nhập qua màng tế bào vào tế bào và phá vỡ tế bào từ bên trong [13]. Hình 1.8 Cấu trúc thành vách tế bào Eukaryotic [13] Khi biến tính một phần các nhóm Alkylamine bề mặt của dendrimer PAMAM với các nhóm chức trơ hóa học như poly (ethylene glycol) (PEG), Acid hoặc ester với mạch carbon dài thì độc tế bào đối với tế bào Caco-2 đã được giảm đáng kể. (IC50 từ ~ 0,13mM đến > 1 mM). Tuy nhiên, với số lượng lớn các chuỗi lipide tăng thì khả năng gây độc của hệ thống cho tế bào được lý giải bởi các tương tác kỵ nước [12]. 1.1.2.7 Tính miễn dịch của dendrimer Dendrimer không biến tính bề mặt có tính miễn dịch thấp. Dendrimer ở thế hệ cao hơn thì có tính miễn dịch cao hơn. Tính kích thích miễn dịch của dendrimer phụ thuộc rất nhiều vào các nhóm chức trên bề mặt. Một số nhóm chức được biến tính trên bề mặt dendrimer như PEG, hydroxyl, hay carbohydrate có tác dụng làm cản trở tính miễn dịch của dendrimer. Vì vậy khi biến tính bề mặt dendrimer bằng tế bào T (T-cell epitopes) hoặc các peptide kháng nguyên (antigenic peptides) sẽ làm cho dendrimer có tính kháng nguyên cao, đặc biệt với vaccine hay tá dược [13]. 1.1.3 Các phương pháp tổng hợp Dendrimer có thể tổng hợp bằng nhiều phương pháp như phương pháp tổng hợp từ trong ra ngoài (Divergent), phương pháp tổng hợp từ ngoài vào trong (Convergent), phương pháp tổng hợp từ ngoài vào trong hai bước (Double-stage Convergent), 7