Giảng viên: Th. Cao Thị Mỹ Dung
Sinh viên: Lê Thanh Thịnh

Môn Công nghệ vật liệu từ
Khoa Học Vật liệu

HẠT NANO TỪ Fe3O4 VÀ ỨNG
DỤNG CHẨN ĐOÁN TẾ BÀO
UNG THƯ

Giảng viên: Th. Cao Thị Mỹ Dung
Sinh viên:

Lê Thanh Thịnh

Mssv:

1219267

1


Giảng viên: Th. Cao Thị Mỹ Dung
Sinh viên: Lê Thanh Thịnh

Môn Công nghệ vật liệu từ
Khoa Học Vật liệu

PHẦN MỞ ĐẦU

Công nghệ nano đang làm thay đổi cuộc sống của chúng ta, nhờ vào khả

năng có được khi ở kích thước nano mét, tại đó, vật liệu nano thể hiện rất
nhiều tính chất đặc biệt và lý thú. Vì thế công nghệ nano là những đề tài
nghiên cứu quan trọng và được quan tâm nhiều hiện nay.
Một nhánh quan trọng của công nghệ nano, đó là lý sinh học nano, trong
đó, vật liệu nano được sử dụng để chẩn đoán và điều trị bệnh. Lý sinh học
nano đã và đang được nghiên cứu rất mạnh mẽ nhờ vào những ứng dụng rất
linh hoạt và hiệu quả trong nhiều lĩnh vực: môi trường, y dược, vật liệu,...
Các hạt nano từ tính có kích thước tương ứng với kích thước từ (1 nm -10
nm) hoặc như kích thước của các vi rút (10-100 nm). Chính vì thế mà hạt
nano có thể xâm nhập vào hầu hết các cơ quan trong cơ thể và giúp cho chúng
ta có thể thao tác ở qui mô phân tử và tế bào. Từ trường không có hại đối với
con người nên các hạt nano từ tính được quan tâm sử dụng rất nhiều vào mục
đích chẩn đoán và trị bệnh.

2


Giảng viên: Th. Cao Thị Mỹ Dung
Sinh viên: Lê Thanh Thịnh

PHẦN 1.

1.

Môn Công nghệ vật liệu từ
Khoa Học Vật liệu

TỔNG QUAN VẬT LIỆU NANO Fe3O4

Hạt nano từ tính (nano sắt từ)

Việc ứng dụng các hạt nano oxit sắt siêu thuận từ vào chẩn đoán và trị
bệnh đã thu được nhiều thành quả có triển vọng cao. Trong số nhiều loại oxit
sắt khác nhau thì maghemite (γ – Fe2O3) và magnetite (Fe3O4) là hai loại oxit
sắt đều có đầy đủ ba điều kiện của một hạt nano dùng trong y sinh (đã nêu ở
phần trên) nên cả hai loại oxit sắt đều có nhiều ứng dụng quan trọng liên quan
đến dẫn thuốc, tách tế bào, chụp cộng hưởng từ,… Trong đó magnetite là vật
liệu được dùng phổ biến nhất, vì có độ ổn định cũng như từ tính ổn định và
tốt hơn maghemite. Do đó trong bài viết này chỉ đề cập đến megnetite.

1.1 Cấu trúc magnetite (Fe3O4)

Magnetite là một khoáng vật phổ biến thể
hiện tính chất hợp kim sắt từ. Mô tả về tính chất
vật lý của magnetite thì rất rộng. Cấu trúc của
magnetite thuộc nhóm spinel, trong đó có công
thức của sắt. Cấu trúc sắt từ phát sinh từ mạng
lưới xen kẽ của Fe2+ và Fe3+. Điều này cung cấp
độ từ tính rất mạnh so với các hợp chất tự nhiên
sắt từ khác như lõi ferrihydrite của protein phức
chất sắt (ferritin protein). Fe3O4 (Magnetite
nanoparticles) đại diện cho các vật liệu đầy hứa
hẹn nhất trong các ứng dụng y học. Lượng lớn
thuốc và enzyme được đưa vào vật liệu mao
quản trung bình chuyên biệt trên hạt nano để hỗ
trợ cho phản ứng lai hóa và đồng thời giảm sự
ảnh hưởng của độ bão hòa từ tính.
Sự tổng hợp trực tiếp cấu trúc mao quản
trung bình cần được quan tâm. Vì khi đó, các hạt
nano magnetite đã được tổng hợp bằng cách sử
dụng bình phản ứng đồng kết tủa ở nhiệt độ

phòng trong sự có mặt của các chất khác nhau
3


Giảng viên: Th. Cao Thị Mỹ Dung
Sinh viên: Lê Thanh Thịnh

Môn Công nghệ vật liệu từ
Khoa Học Vật liệu

như NaOH, KOH, NH3H2O hoặc (C2H5)4NOH. Magnetite thể hiện đặc tính
siêu thuận từ tại nhiệt độ phòng và giá trị độ bão hòa từ hóa (Saturation
Magnetization) phụ thuộc và cả kích thước tinh thể và mức độ kết tụ của các
hạt nano. Khi bị ảnh hưởng bởi độ pH, các chất kiềm, việc bổ sung nhanh hay
chậm dung dịch kiềm, và phương thức làm khô hạt dẫn đến hình thành cấu
trúc mao quản trung bình
1.2 Ứng dụng của hạt nano từ tính
Có thể chia ứng dụng của hạt nano từ tính ra 2 hướng chính.
Thứ nhất tập trung về hướng bên ngoài tế bào gồm việc tách, tinh sạch
những hợp chất sinh học như: DNA, mRNA, protein và tế bào,… việc tách
các hợp chất hay tinh sạch chúng đóng một vai trò cực kì quan trọng trong
các phản ứng sinh học, xúc tác (enzyme) cho phản ứng khác hoặc dùng làm
dấu chỉ sinh học để chuẩn đoán bệnh.
Thứ 2 chủ yếu là những ứng dụng bên trong cơ thể. Cụ thể là chụp cộng
hưởng từ, dẫn thuốc hoặc nhiệt cục bộ.
Vì có tính chất siêu thuận từ nên khi vào cơ thể nếu dùng một từ trên
ngoài thì các hạt nano từ tính sẽ tập trung ở vị trí mong muốn. Khi đó chúng
có thể thực hiện được chức năng sinh học hay vật lý đã được gắn trên bề mặt
hạt một cách cụ thể và ít ảnh hưởng đến các cơ quan khác cũng như có sự tập
trung vào mục tiêu mong muốn.

Trong bài báo cáo này, em chỉ đề cập tới ứng dụng vào chẩn đoán bệnh
ung thư ở người.

2.

Tính siêu thuận
Bất cứ vật liệu nào đều có sự hưởng ứng với từ trường ngoài (H), thể
hiện bằng độ từ hóa (từ độ - M). Tỷ số χ= M/H được gọi là độ cảm từ. Tùy
thuộc vào giá trị, độ cảm từ có thể phân ra làm các loại vật liệu từ khác nhau.
Vật liệu có χ< 0 (~ -10-6) được gọi là vật liệu nghịch từ. Vật liệu có χ> 0
(~10-6) được gọi là vật liệu thuận từ. Vật liệu có χ> 0 với giá trị rất lớn có thể
là vật liệu sắt từ.
Đối với vật liệu siêu thuận từ, từ dư và lực kháng từ bằng không. Điều
đó có nghĩa là, khi ngừng tác động của từ trường ngoài, vật liệu sẽ không còn
từ tính nữa, đây là một đặc điểm rất quan trọng khi dùng vật liệu này cho các
ứng dụng y sinh học.
4


Giảng viên: Th. Cao Thị Mỹ Dung
Sinh viên: Lê Thanh Thịnh

Môn Công nghệ vật liệu từ
Khoa Học Vật liệu

Hạt nano từ tính dùng trong y sinh học cần phải thỏa mãn ba điều kiện
sau: Tính đồng nhất của các hạt cao, từ độ bão hòa lớn và vật liệu có tính
tương tích sinh học (không có độc tính).
Tính đồng nhất về kích thước và tính chất liên quan nhiều đến phương
pháp chế tạo, còn từ độ bão hòa và tính tương tích sinh học liên quan đến bản

chất của vật liệu. Trong tự nhiên, sắt (Fe) là vật liệu có từ độ bão hòa lớn nhất
tại nhiệt độ phòng, sắt không độc đối với cơ thể người với nồng độ thích hợp
và tính ổn định khi làm việc trong môi trường không khí nên các vật liệu như
oxit sắt được nghiên cứu rất nhiều để làm hạt nano từ tính.
.

5


Giảng viên: Th. Cao Thị Mỹ Dung
Sinh viên: Lê Thanh Thịnh

PHẦN 2.

Môn Công nghệ vật liệu từ
Khoa Học Vật liệu

ỨNG DỤNG TRONG CHẨN ĐOÁN TẾ BÀO UNG THƯ

1. Tế bào ung thư và các dấu ấn đặc trưng
1.1 Khái niệm
Ung thư là một nhóm các bệnh liên quan đến việc phân chia tế bào một cách
vô tổ chức và những tế bào đó có khả năng xâm lấn những mô khác bằng
cách phát triển trực tiếp vào mô lân cận hoặc di chuyển đến nơi xa (di căn).
Hiện có khoảng 200 loại ung thư.
1.2 Nguyên nhân
Nguyên nhân gây ung thư là sự sai hỏng của ADN, tạo nên các đột biến ở
các gene thiết yếu điều khiển quá trình phân bào cũng như các cơ chế quan
trọng khác. Một hoặc nhiều đột biến được tích lũy lại sẽ gây ra sự tăng sinh
không kiểm soát và tạo thành khối u. Khối u là một khối mô bất thường, có

thể ác tính, tức ung thư hoặc lành tính, tức không ung thư. Chỉ những khối u
ác tính thì mới xâm lấn mô khác và di căn. Khái niệm ác hay lành tính ở đây
nên hiểu về mặt giải phẫu bệnh học nhiều hơn là về khả năng gâychết người.
Thật vậy, một người có thể sống nhiều năm với một ung thư hắc tố da, trong
khi một khối u "lành tính" trong hộp sọ có thể chèn ép não gây tàn phế hoặc
tử vong.
Ngoài ra còn liên quan đến yếu tố môi trường như: thuốc lá, thực phẩm tẩm
hóa chất độc hại,..vv..

6


Giảng viên: Th. Cao Thị Mỹ Dung
Sinh viên: Lê Thanh Thịnh

Môn Công nghệ vật liệu từ
Khoa Học Vật liệu

1.3 Các dấu ấn đặc trưng

Bảng 1a. Các kháng thể đặc trưng cho một vài loại tế bào

Bảng 1b.

Các dấu ấn đặc biệt trong ung thư vú

• Ngoài ra, HER2 là một protein xuyên màng được mã hóa bởi gen sinh ung
ERBB2
7



Giảng viên: Th. Cao Thị Mỹ Dung
Sinh viên: Lê Thanh Thịnh

Môn Công nghệ vật liệu từ
Khoa Học Vật liệu

2. Kháng nguyên – Kháng thể và cơ chế của chúng
2.1 Kháng nguyên
- Là phân tử kích thích đáp ứng miễn dịch của cơ thể, đặc biệt là sản xuất
kháng thể.
- Có thể là protein hay một polysaccharide, nhưng nó cũng có thể là bất cứ loại
phân tử nào, mang các phân tử hapten nhỏ và gắn với một protein chuyên chở
- Epitope: là một phần nhỏ của kháng nguyên, vị trí tiếp xúc với kháng thể.
Một kháng nguyên có thể có vài epitope, mỗi epitope chỉ nhận biết bởi một
kháng thể riêng biệt

2.2 Kháng thể
- Là các protein nhận biết và kết nối với kháng
nguyên đặc hiệu
- Cấu trúc: một phân tử hình chữ Y với 4 chuỗi
protei: 2 chuỗi nặng và 2 chuỗi nhẹ. Gồm 1 vùng
thay đổi (Fab, 2 phần đầu của nhánh chữ Y, chứa
epitope) và 1 vùng ổn định (Fc, phần gốc của
chữ Y, quan trọng vì có thể kết nối với hạt nano
từ tính ở vị trí này)
- Mỗi kháng thể có ít nhất 2 vị trí kết nối kháng
nguyên
- Phân loại: kháng thể đa dòng và kháng thể đơn
dòng


Kháng thể đơn dòng

Kháng thể đa dòng
8


Giảng viên: Th. Cao Thị Mỹ Dung
Sinh viên: Lê Thanh Thịnh

Môn Công nghệ vật liệu từ
Khoa Học Vật liệu

2.3 Cơ chế kháng nguyên – kháng thể
- Khi xuất hiện vật lạ xâm nhập vào bên
trong cơ thể (kháng nguyên là độc tố
như hình bên) thì cơ thể sẽ tiết ra một
loại kháng thể ứng với kháng nguyên
đó.
- Các kháng thể sẽ bắt giữ các độc tố và
trung hòa chúng, không cho chúng làm
nguy hại đến cơ thể
- Các kháng thể sau đó được tiêu biến,
đồng thời độc tố cũng được loại bỏ
khỏi cơ thể.

3. Cấu trúc hạt nano từ miễn dịch: gồm 3 lớp: Fe3O4@SiO2@antibody
- Hạt nano từ Fe3O4: đóng vai trò là chất mang, giúp phân lập kháng nguyên –
kháng thể tách ra khỏi mô tế bào nhờ từ trường
- Lớp vỏ bảo vệ hạt nano: thường sử dụng là SiO2 (có tính trơ và tương thích

sinh học), giúp ổn định và nâng cao hiệu suất gắn các nhóm chức lên bề mặt
hạt như nhóm thiol, amine, cacboxyl,..
- Kháng thể (antibody): sẽ liên kết với hạt nano từ tính ở những vị trí đặc hiệu

9


Giảng viên: Th. Cao Thị Mỹ Dung
Sinh viên: Lê Thanh Thịnh

Môn Công nghệ vật liệu từ
Khoa Học Vật liệu

4. Cơ sở chẩn đoán
- Dựa vào cơ chế kháng nguyên – kháng thể, chúng ta có thể sử dụng các hạt
nano từ tính để bắt các kháng nguyên, rồi dùng từ trường phân lập chúng để
từ đó có thể xác định bệnh .
- Các hạt nano từ tính được bọc trong lớp vỏ SiO2 tương đối trơ và tương thích
sinh học. Vì vậy chúng có thể hoạt động tốt trong cơ thể, cụ thể hơn là các tế
bào mà không làm ảnh hưởng nhiều đến các mô tế bào.
- Các hạt nano từ tính đã được chức năng hóa bề mặt với một số nhóm chức
như -NH2, -SH, -COOH. Các nhóm chức này có khả năng tạo liên kết với các
phân tử sinh học thông qua các nối cộng hóa trị ( CO-NH, S-S, OC-O). Vì
vậy chúng dễ dàng gắn kết với kháng thể và các kháng thể này có thể tương
tác bắt cặp với từng kháng nguyên tế bào bệnh tương ứng.
- Khi bắt giữ được các kháng nguyên của tế bào bệnh đã được sử dụng phương
pháp hóa nhuộm trước đó sẽ được tách ra khỏi mẫu mô bệnh phẩm nhờ từ
trường và tiếp đến biểu hiện kết quả kháng nguyên dương tính (+) hay là âm
tính (-) đối với tế bào ung thư. Từ đó có thể dễ dàng dự đoán có bệnh hay
không.


5. Đánh giá kết quả
- Sử dụng chất nhuộm màu cho mẫu cần chẩn đoán, màu đỏ ( nếu dùng EAC)
hoặc màu vàng nâu (nếu dùng DAC)
- Phân lập các kháng nguyên có trong mẫu bệnh phầm ( sinh thiết). Nếu:
 Âm tính: màu sẽ không xuất hiện đỏ hoặc vàng nâu
 Dương tính: tức là có hiện diện kháng nguyên trên mẫu tế bào và hệ hạt nano
từ miễn dịch sẽ bắt được màu đỏ hoặc vàng nâu do tạo phức hợp kháng
nguyên – kháng thể - hệ màu
6. Ứng dụng thực tiễn
- Hiện vẫn còn đang trong giai đoạn nghiên cứu.

10


Giảng viên: Th. Cao Thị Mỹ Dung
Sinh viên: Lê Thanh Thịnh

Môn Công nghệ vật liệu từ
Khoa Học Vật liệu

7. Ưu – nhược điểm của phương pháp
- Ưu điểm: dễ thực hiện, quy trình đơn giản, dễ phân lập kháng nguyên nhờ hệ
hạt từ miễn dịch
- Nhược điểm:
 Yêu cầu về độ nhạy còn chưa cao do chỉ áp dụng đối với từng kháng thể đơn
dòng, còn nếu sử dụng kháng thể đa dòng thì độ chính xác giảm (do nó có thể
bắt kháng nguyên khác)
 Để cho kết quả chính xác cần phải bắt màu nhiều lần cần tốn nhiền thời gian
 Phương pháp chẩn đoán này có lợi thế trong việc xác định nguồn gốc tế bào

nhưng bị hạn chế trong việc xác định u lành tính hay ác tính.

8. Quy trình tổng quát

11


Giảng viên: Th. Cao Thị Mỹ Dung
Sinh viên: Lê Thanh Thịnh

PHẦN 3.

Môn Công nghệ vật liệu từ
Khoa Học Vật liệu

TỔNG KẾT

Ứng dụng hạt nano từ miễn dịch vào chẩn đoán bệnh ung thư là một
phương pháp khá mới mẻ. Trên thế giới cũng có nhiều bài báo khoa học về
phương pháp này, nhưng tại Việt Nam còn khá hạn chế. Việc sử dụng các
phương pháp truyền thống như “Hóa mô miễn dịch” tuy có nhiều ưu điểm
nhưng cũng rất nhiều bất cập. Vì vậy, việc cần phải nghiên cứu thêm nhiều
phương pháp mới và áp dụng vào chẩn đoán bệnh ung thư ở Việt Nam là điều
tất yếu.
Hạt nano từ miễn dịch được phát triển dựa trên cơ sở “Hóa mô miễn
dịch” và từ trường. Chúng ở cấu trúc nano nên hầu như có thể len lỏi vào tế
bào và tương tác với các phân tử sinh học. Đồng thời chúng có thể tương tác
với từ trường bên ngoài nên có thể dễ dàng trong việc phân tách.
Chính vì vậy, các hạt nano từ miễn dịch hứa hẹn sẽ mang đến nhiều triển
vọng trong tương lai gần cho việc chẩn đoán bệnh ung thư ngày càng gia tăng

ở Việt Nam. Từ đó nâng cao mức sống và khả năng phòng bệnh hơn cho
người dân Việt Nam.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
•

Jianfeng Fei, Wenchao Dou and Guangying Zhao, “A sandwich
electrochemical immunoassay for Salmonella pullorum and Salmonella
gallinarum based on a AuNPs/SiO2/Fe3O4 adsorbing antibody and 4 channel
screen printed carbon electrode electrodeposited gold nanoparticles”, Royal
soiety of Chemistry, 2015

•

Sách “Hóa mô miễn dịch trong chẩn đoán tiên lượng & điều trị bệnh”, PGS.
Hứa Thị Ngọc Hà, 2014

•

Qing Li,1 Hui Qi,1 Han-Xin Zhou,1 Chun-Yan Deng,1 Hai Zhu,3 Jin-Feng
Li,3 Xi-Li Wang,3 and Fu-Rong Li, “Detection of micrometastases in
peripheral blood of non-small cell lung cancer with a refined immunomagnetic
nanoparticle enrichment assay”, 2011

• Và một số hình ảnh từ internet
12