Nano kẽm oxit trong y sinh có khả năng kháng ung thư, phân phối thuốc, làm lành vết thương, trị bệnh tiểu đường…

Các hạt nano kẽm oxit (ZnO NP) được sử dụng ngày càng nhiều trong các sản phẩm công nghiệp như cao su, sơn, chất phủ và mỹ phẩm. Trong hai thập kỷ qua, ZnO NP đã trở thành một trong những hạt nano oxit kim loại phổ biến nhất trong các ứng dụng sinh học do tính tương thích sinh học tuyệt vời, tính kinh tế và độc tính thấp. Các NPN ZnO đã nổi lên một tiềm năng đầy hứa hẹn trong y sinh học, đặc biệt là trong các lĩnh vực kháng ung thư và kháng khuẩn, có liên quan đến khả năng kích hoạt sản xuất các loại stress oxy hóa (ROS), giải phóng các ion kẽm và gây ra quá trình chết tế bào. Ngoài ra, kẽm còn được biết đến với vai trò giữ tính toàn vẹn cấu trúc của insulin. Vì vậy, các NP của ZnO cũng đã được phát triển một cách hiệu quả để điều trị bệnh tiểu đường. Hơn thế nữa, Các NP của ZnO thể hiện đặc tính phát quang tuyệt vời và đã biến chúng trở thành một trong những ứng cử viên chính cho quá trình tạo hình sinh học. Sau đây, chúng tôi tóm tắt quá trình tổng hợp và những tiến bộ gần đây của ZnO NP trong các lĩnh vực y sinh, điều này sẽ giúp ích cho việc thúc đẩy tiến độ nghiên cứu trong tương lai của họ và tập trung vào các lĩnh vực y sinh.

Bản quyền NanoCMM Technology

1. Giới thiệu

Gần đây, vật liệu nano y sinh được quan tâm nhiều hơn vì những đặc điểm sinh học nổi bật và ứng dụng y sinh của chúng. Với sự phát triển của vật liệu nano, các hạt nano oxit kim loại cho thấy triển vọng xa và đầy hứa hẹn đối với lĩnh vực y sinh, đặc biệt là đối với vi khuẩn, phân phối thuốc / gen chống ung thư, hình ảnh tế bào, cảm biến sinh học, v.v. [ 1 ].

Các hạt nano kẽm oxit (ZnO NPs), là một trong những hạt nano oxit kim loại quan trọng nhất, được sử dụng phổ biến trong các lĩnh vực khác nhau do các tính chất vật lý và hóa học đặc biệt của chúng [ 2 , 3 ]. ZnO NP lần đầu tiên được ứng dụng trong ngành công nghiệp cao su vì chúng có thể cung cấp khả năng chống mài mòn cho composite cao su, cải thiện hiệu suất của polyme cao về độ bền và cường độ cũng như chống lão hóa, và các chức năng khác [ 4 , 5 ]. Do đặc tính hấp thụ tia cực tím mạnh của ZnO, chúng ngày càng được sử dụng nhiều hơn trong các sản phẩm chăm sóc cá nhân, chẳng hạn như mỹ phẩm và kem chống nắng [ 6]. Ngoài ra, các NP của ZnO có đặc tính kháng khuẩn, chống vi trùng và ngăn chặn tia cực tím tuyệt vời. Do đó, trong ngành công nghiệp dệt, các loại vải thành phẩm bằng cách thêm ZnO NP thể hiện các chức năng hấp dẫn là chống tia cực tím và ánh sáng nhìn thấy, kháng khuẩn và khử mùi [ 7 ]. Ngoài các ứng dụng được đề cập ở trên, kẽm oxit còn có thể được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác, bao gồm sản xuất bê tông, xúc tác quang, điện tử, công nghệ kỹ thuật điện, v.v. [ 4 , 8 ].

Người ta thường biết rằng kẽm như một nguyên tố vi lượng thiết yếu tồn tại rộng rãi trong tất cả các mô của cơ thể, bao gồm não, cơ, xương, da, v.v. Là thành phần chính của các hệ thống enzym khác nhau, kẽm tham gia vào quá trình trao đổi chất của cơ thể và đóng vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp protein và axit nucleic, tạo máu và hình thành thần kinh [ 2 – 5 ]. Nano-ZnO, với kích thước hạt nhỏ, giúp cơ thể dễ dàng hấp thụ kẽm hơn. Do đó, nano ZnO thường được sử dụng làm phụ gia thực phẩm. Hơn nữa, ZnO được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) xếp loại là chất “GRAS” (thường được công nhận là an toàn) [ 9]. Với những đặc tính này, các NP của ZnO đã được chú ý nhiều hơn trong các ứng dụng y sinh. So với các NP oxit kim loại khác, các NPN ZnO với đặc tính tương đối rẻ tiền và tương đối ít độc hại thể hiện các ứng dụng y sinh tuyệt vời, chẳng hạn như chống ung thư, phân phối thuốc, kháng khuẩn và điều trị bệnh tiểu đường; chống viêm; làm lành vết thương; và phân tích sinh học [ 1 , 10 – 12 ].

Sau đây, trong bài tổng quan này, chúng tôi sẽ tóm tắt các phương pháp tổng hợp và những tiến bộ thú vị gần đây về việc sử dụng các NP ZnO trong các lĩnh vực y sinh.

2. Tổng hợp các nano kẽm oxit – ZnO

Hoạt tính sinh học của các hạt nano phụ thuộc vào các yếu tố bao gồm hóa học bề mặt, sự phân bố kích thước, hình thái hạt và khả năng phản ứng của hạt trong dung dịch. Do đó, sự phát triển của các hạt nano với cấu trúc được kiểm soát đồng nhất về kích thước, hình thái và chức năng là điều cần thiết cho các ứng dụng y sinh khác nhau.

Các NP của ZnO xuất hiện với nhiều kích thước và hình dạng khác nhau sẽ cung cấp nhiều đặc tính. Các phương pháp điều chế ZnO NPs ổn định đã được phát triển rộng rãi trong những năm gần đây, chủ yếu bao gồm phương pháp kết tủa hóa học, phương pháp sol-gel, phương pháp nhiệt phân trạng thái rắn, phương pháp cơ học không dung dịch và phương pháp sinh tổng hợp.

2.1. Lượng mưa hóa học

Phương pháp phổ biến nhất để điều chế ZnO NP là kết tủa hóa học, thường bao gồm hai thuốc thử phản ứng: tiền thân kẽm có độ tinh khiết cao như kẽm axetat (Zn (CH₃COO)₂ .2H ₂ O), kẽm nitrat (Zn (NO₃)₂ ), hoặc kẽm sunfat (ZnSO₄) và dung dịch chất kết tủa như natri hydroxit (NaOH) hoặc amoni hydroxit (NH₃ .H₂O) [ 13 ]. Thông thường, chất kết tủa được thêm từng giọt vào tiền chất kẽm đã hòa tan cho đến khi độ pH đạt khoảng 10. Sau đó, trộn hoàn toàn các dung dịch này để thu được chất trung gian màu trắng của kẽm hydroxit. Cuối cùng, mẫu kẽm hydroxit (Zn (OH) ₂) được chuyển thành ZnO sau khi nung kết ở nhiệt độ cao.

Các thông số được kiểm soát trong phương pháp này chủ yếu bao gồm nồng độ của tiền chất kẽm và chất kết tủa, tỷ lệ mol của hai thuốc thử, phản ứng và nhiệt độ nung.

Bisht và cộng sự. tổng hợp các nano kẽm oxit bằng phương pháp kết tủa hóa học sử dụng Zn (CH₃COO) ₂ .2H ₂ O và NaOH theo tỷ lệ mol 1: 5. Sản phẩm trung gian được nung ở 200 ° C trong 2 giờ trong lò nung để thu được màu trắng mịn, bột ZnO kích thước 18,67 ± 2,2 nm [ 14 ].

Bettini và cộng sự. đã giới thiệu một cách tiếp cận đơn giản hóa kết tủa trong các NP ZnO bằng cách sử dụng ZnSO₄ và dung dịch NaOH với tỷ lệ mol 1: 2, được thực hiện trong điều kiện khuấy mạnh trong 12 giờ ở nhiệt độ phòng. Kết tủa trắng thu được được rửa nhiều lần và tách bằng ly tâm [15 – 17]. Cuối cùng, kết tủa (ZnO) được làm khô trong tủ sấy ở 100 ° C trong 6 giờ. Các NPN ZnO đã được chuẩn bị có cấu trúc giống như vảy cho thấy sự phân bố kích thước khoảng 100 nm.

Việc thu được các NP ZnO bằng phương pháp kết tủa hóa học không chỉ đơn giản và dễ kiểm soát mà còn được công nghiệp hóa dễ dàng. Tuy nhiên, do hiệu ứng bề mặt của các hạt nano, tiền chất của nano oxit được điều chế bằng phương pháp kết tủa hóa học có thể dễ dàng hình thành kết tụ.

2.2. Phương pháp Sol-Gel

Spanhel và Anderson [ 18 ] lần đầu tiên trình bày một quá trình tổng hợp sol-gel mới của các nano kẽm oxit, chủ yếu bao gồm ba bước chính:

(1)Điều chế tiền chất kẽm

Một mẫu Zn(CH₃COO) ₂ .2H ₂ O được hòa tan trong etanol, được đưa vào thiết bị chưng cất, và sau đó được hồi lưu trong vài giờ ở áp suất khí quyển. Dung dịch được đun sôi gần ở 80 ° C và khuấy để thu được hỗn hợp phản ứng ngưng tụ và hút ẩm.

(2)Điều chế các cụm ZnO

Hỗn hợp sau khi hút ẩm được pha loãng thành dung dịch etanol với việc bổ sung bột LiOH.H₂O. Hỗn dịch sẽ trở nên trong suốt với sự trợ giúp của bể siêu âm. Quy trình này có thể đẩy nhanh quá trình giải phóng các ion OH, và phản ứng ở nhiệt độ thấp trong điều kiện không khí có thể ngăn cản sự phát triển nhanh chóng của các hạt và nhận được các sol ZnO.

(3)Tăng trưởng tinh thể

Sự phát triển tinh thể là một quá trình tự cảm ứng xảy ra ở nhiệt độ phòng. Nhưng lượng LiOH có thể ảnh hưởng mạnh đến tốc độ phát triển, hình dạng và kích thước của tinh thể cần được kiểm soát tốt. Sự tăng trưởng ZnO do LiOH có thể được tóm tắt ngắn gọn như sau:

Một số chất kiềm khác cũng có thể được sử dụng để tăng trưởng ZnO; ví dụ, Rani et al. tổng hợp các NP ZnO bằng NaOH thay vì LiOH và thu được thành công các NP ZnO có kích thước tinh thể lớn nhất là 14 nm ở giá trị pH 9 [ 19 ].

Phương pháp sol-gel là chủ đề được nhiều người quan tâm, xét về tính đơn giản, chi phí thấp và các điều kiện tổng hợp tương đối nhẹ, có thể đưa ra một lộ trình đơn giản tới các hạt ZnO kích thước lượng tử.

2.3. Phương pháp nhiệt phân trạng thái rắn

Phương pháp nhiệt phân ở trạng thái rắn lần đầu tiên được phát triển bởi Wang et al. với ưu điểm là chi phí thấp và vận hành dễ dàng để tăng trưởng các hạt nano ZnO chất lượng cao [ 20 ].

Quy trình tổng hợp điển hình như sau: Zn(CH₃COO)₂ .2H₂O và NaHCO₃ được trộn ở nhiệt độ phòng. Hỗn hợp được nhiệt phân ở nhiệt độ phản ứng. Zn(CH₃COO)₂ .2H₂O được chuyển thành ZnO, trong khi NaHCO₃ được chuyển thành CH₃COONa và cuối cùng có thể được làm sạch bằng nước khử ion. Sau đó, có thể thu được các NP ZnO màu trắng thông qua quá trình phân hủy nhiệt. Kích thước hạt có thể được điều chỉnh bằng cách chọn các nhiệt độ nhiệt phân khác nhau. Sử dụng phương pháp này, Wang et al. thu được các NP ZnO có kích thước khác nhau trong khoảng 8–35 nm.

2.4. Phương pháp cơ học không có dung dịch

Điều chế cơ học không cần dung dịch của ZnO NP là một phương pháp tổng hợp hai bước. Bước đầu tiên là nghiền hỗn hợp bột Zn(CH₃COO)₂ và H₂C₂O₄ .2H₂O trong một thời gian nhất định để tạo thành các hạt nano ZnC₂O₄ .2H₂O [ 21 ].

Zn (CH₃COO)₂ (rắn, hạt lớn) + H₂C₂O₄ .2H₂O (rắn, hạt lớn) = ZnC₂O₄ .2H₂O (hạt rắn) + 2CH₃COOH (lỏng và khí) + H₂C₂O₄ .2H₂O (hạt rắn).

Bước thứ hai là sự phân hủy nhiệt của các hạt nano ZnC₂O ₄ .2H₂O ở nhiệt độ rất cao để thu được các nano kẽm oxit:

Ưu điểm của phương pháp này là chi phí sản xuất thấp và độ đồng nhất cao về cấu trúc và hình thái tinh thể. Nhưng hình thái của các NP ZnO phụ thuộc mạnh mẽ vào thời gian nghiền của hỗn hợp chất phản ứng, thời gian nghiền lâu hơn dẫn đến kích thước hạt nhỏ hơn. Các NPN ZnO thu được có kích thước trung bình nằm trong khoảng từ 24 đến 40 nm.

Pardeshi và Patil đã tổng hợp các NP ZnO với các hình thái và kích thước tinh thể khác nhau bằng phương pháp này bằng cách thay đổi nhiệt độ nung từ 400 °C đến 900 °C. Người ta nhận thấy rằng kẽm oxit được nung từ 400 °C đến 550 °C có cùng tốc độ phát triển tinh thể (38–50 nm) [ 22 ].

2.5. Phương pháp sinh học

Các phương pháp vật lý và hóa học để chế tạo ZnO NPs đã được phát triển rộng rãi. Ngày nay, sự phát triển của hóa học xanh ngày càng được nhiều người quan tâm vì phần lớn là thân thiện với môi trường [ 23 ]. Nhiều loại chiết xuất thực vật được sử dụng để sinh tổng hợp các NP ZnO như lá của Azadirachta indica (L.) [ 23 ], Cochlospermum religiosum (L.) [ 24 ], Plectranthus amboinicus [ 25 ], Andrographis paniculata [ 26 ] , Aloe barbadensis [ 27 , 28 ], vỏ của quả chôm chôm (Nephelium lappaceum L) [ 29 ], chiết xuất từ ​​rễ của Polygala tenuifolia [ 30 ], chiết xuất từ ​​thân rễ của Zingiber officinale [ 31 ], chiết xuất từ ​​hoa của Trifolium pratense [ 32 ], Jacaranda mimosifolia [ 33 ], hạt của Physalis alkekengi L. [ 34], và như thế. Công nghệ sinh tổng hợp và thân thiện với môi trường để tổng hợp các NP ZnO được cho là thân thiện với môi trường, kinh tế (giá rẻ), không độc hại và tương thích sinh học hơn các phương pháp hóa học và vật lý. Các NP ZnO được điều chế bằng phương pháp này có tiềm năng mạnh mẽ cho các ứng dụng y sinh như hoạt tính kháng ung thư và kháng khuẩn tuyệt vời của nó.

3. Ứng dụng y sinh của hạt nano kẽm oxit

Các nano ZnO, là một loại vật liệu nano mới giá rẻ và có độc tính thấp, đã thu hút sự quan tâm to lớn trong các lĩnh vực y sinh khác nhau, bao gồm các hoạt động chống ung thư, kháng khuẩn, chống oxy hóa, trị tiểu đường và chống viêm, cũng như để phân phối thuốc và hình ảnh sinh học ứng dụng [ 9 , 12 ]. Ở đây, chúng tôi đã tóm tắt những tiến bộ gần đây về việc sử dụng các nano kẽm oxittrong y sinh học. Các nano kẽm oxit nhỏ hơn 100 nm được coi là tương đối tương thích sinh học, hỗ trợ các ứng dụng y sinh của chúng và thể hiện một đặc tính mạnh mẽ trong việc thúc đẩy nghiên cứu y sinh học.

3.1. Hoạt động chống ung thư

Ung thư, một tình trạng tăng sinh tế bào ác tính không kiểm soát được, thường được điều trị bằng hóa trị, xạ trị và phẫu thuật trong vài thập kỷ qua. Mặc dù trên lý thuyết, tất cả các liệu pháp này có vẻ rất hiệu quả để tiêu diệt tế bào ung thư, nhưng các phương pháp trị liệu không chọn lọc này cũng gây ra rất nhiều tác dụng phụ nghiêm trọng [ 35 ]. Gần đây, thuốc nghiên cứu nano dựa trên vật liệu nano, với khả năng tương thích sinh học cao, dễ dàng chức năng hóa bề mặt, nhắm mục tiêu ung thư và khả năng phân phối thuốc, đã chứng minh tiềm năng khắc phục những tác dụng phụ này. Zn ²⁺ là một chất dinh dưỡng thiết yếu cho người lớn và vật liệu nano kẽm oxit được coi là an toàn trong cơ thể sống. Có tính đến những ưu điểm này, các NP ZnO có thể được chọn làm dạng nano tấm tương thích sinh học và phân hủy sinh học và cũng có thể được khám phá để điều trị ung thư [ 36 , 37 ]. Hoạt tính chống ung thư của các NP ZnO trong các bệnh ung thư khác nhau được trình bày trong Bảng 1 .

3.1.1. Hoạt động chống ung thư bằng cách gây ra quá trình tự chết của tế bào ung thư

Chuỗi vận chuyển điện tử trong ty thể được biết là có liên quan đến quá trình tạo ROS nội bào, và các chất chống ung thư xâm nhập vào tế bào ung thư có thể phá hủy chuỗi vận chuyển điện tử và giải phóng một lượng lớn ROS [ 58 , 59 ]. Tuy nhiên, ROS quá mức sẽ dẫn đến tổn thương ty thể và dẫn đến mất cân bằng hoạt động của protein mà cuối cùng gây ra quá trình chết rụng tế bào [ 60 ]. Các NPN ZnO thể hiện độc tính tế bào nhất định trong tế bào ung thư chủ yếu dựa trên sự phóng thích nội bào cao hơn các ion kẽm hòa tan, tiếp theo là tăng cảm ứng ROS và gây chết tế bào ung thư thông qua con đường tín hiệu apoptosis.

Sharma và cộng sự. đã khám phá tác động của các nano kẽm oxit đối với tế bào HepG2 ung thư gan ở người và cơ chế dược lý có thể có của nó [ 42]. Tế bào HepG2 tiếp xúc với ZnO NPs có độc tính tế bào và độc tính gen cao hơn, có liên quan đến quá trình chết rụng tế bào qua trung gian ROS kích hoạt con đường ty thể. Việc mất điện thế màng ty thể có thể làm mở các lỗ màng ngoài, dẫn đến việc giải phóng một số protein apoptotic có liên quan bao gồm cả cytochrome c vào cytosol và kích hoạt caspase. Các nghiên cứu cơ học đã chứng minh rằng sự mất đi quá trình chết rụng tế bào HepG2 qua trung gian tiềm năng màng ti thể chủ yếu là do giảm điện thế màng ty thể và tỷ lệ Bcl-2 / Bax cũng như đi kèm với sự hoạt hóa của caspase-9. Bên cạnh đó, các NP của ZnO có thể kích hoạt đáng kể p38 và JNK, đồng thời gây ra và thu hút quá trình phosphoryl hóa p53 ^ser15 nhưng không phụ thuộc vào các con đường JNK và p38 (Hình 1). Những kết quả này đã cung cấp những hiểu biết có giá trị về cơ chế của quá trình apoptosis do ZnO NPs gây ra trong tế bào HepG2 ở gan người.

Moghaddam và cộng sự. sinh tổng hợp các NP ZnO bằng cách sử dụng một dòng nấm men mới ( Pichia kudriavzevii GY1) và đánh giá hoạt tính chống ung thư của chúng trong tế bào MCF-7 ung thư vú [ 45 ]. Các NP của ZnO đã được quan sát thấy cho thấy khả năng gây độc tế bào mạnh mẽ chống lại các tế bào MCF-7, có liên quan đến sự xuất hiện của quá trình apoptosis, nhiều hơn là bắt giữ chu kỳ tế bào. Quá trình apoptosis do ZnO NPs chủ yếu thông qua cả con đường apoptotic bên ngoài và bên trong, và một số gen kháng gen Bcl-2, AKT1 và JERK / 2 được điều hòa giảm, trong khi các gen proapoptotic của p21, p53, JNK và Bax được điều hòa.

Các nano kẽm oxit đã được sử dụng rộng rãi trong liệu pháp điều trị ung thư và được báo cáo là gây ra tác dụng gây độc tế bào có chọn lọc đối với sự tăng sinh của tế bào ung thư. Chandrasekaran và Pandurangan đã nghiên cứu tính độc tế bào của các hạt nano ZnO chống lại các tế bào ung thư nguyên bào nuôi C2C12 và tế bào mỡ 3T3-L1, cho thấy rằng các NPN ZnO có thể gây độc tế bào đối với các tế bào ung thư nguyên bào C2C12 hơn các tế bào 3T3-L1. So với các tế bào 3T3-L1, dường như các NPN ZnO đã ức chế sự tăng sinh tế bào C2C12 và gây ra hiện tượng chết rụng rõ rệt thông qua con đường chết tự do nội tại qua trung gian ROS và tỷ lệ p53, Bax / Bcl-2 và con đường caspase-3 [ 61 ]. Những kết quả này cho thấy rằng các NP của ZnO có thể gây ra quá trình chết rụng tế bào ung thư một cách chọn lọc, có thể được dùng như một ứng cử viên đầy hứa hẹn cho liệu pháp điều trị ung thư.

3.1.2. Chống ung thư bằng Autophagy

Autophagy là một quá trình dị hóa được điều chỉnh cao, được kích hoạt để phản ứng với các loại căng thẳng khác nhau như các bào quan bị tổn thương, ROS, chất chống ung thư và sự kết hợp protein. Tổn thương tế bào quá mức có thể dẫn đến chết tế bào bằng cách kéo dài quá trình tự chết và tự tiêu của tế bào và dẫn đến quá trình tự chết của tế bào ung thư [ 62 , 63 ]. Do đó, autophagy không chỉ thúc đẩy sự tồn tại của tế bào mà còn kích hoạt cơ chế gây chết ở tế bào ung thư, do đó được coi là một sự kiện quan trọng trong quá trình gây độc tế bào do hạt nano gây ra.

Bai et al. nhận thấy rằng các nano kẽm oxit có kích thước tinh thể 20 nm làm giảm khả năng sống của tế bào SKOV3 ung thư buồng trứng phụ thuộc vào nồng độ [ 51 ]. Và kiểm tra thêm liệu các nano kẽm oxit có thể gây ra hiện tượng tự động hay không thông qua kính hiển vi huỳnh quang sử dụng kháng thể LC3 để phát hiện biểu hiện LC3-II / I. Hình ảnh hóa miễn dịch huỳnh quang LC3 cho thấy huỳnh quang đáng chú ý và là một thành phần thiết yếu của autophagosome sau khi tế bào SKOV3 tiếp xúc với nồng độ NPN ZnO cao hơn. Ngoài ra, các tế bào SKOV3 được xử lý bằng ZnO NPs dẫn đến sự điều hòa biểu hiện LC3-I / II và p53, điều này tiếp tục gây ra cái chết của tế bào tự thực.

Arakha và cộng sự. chế tạo các nano kẽm oxit bằng phương pháp kết tủa hóa học và đánh giá thêm hoạt tính chống ung thư của chúng [ 64], phát hiện ra rằng các NP ZnO với các kích thước khác nhau rõ ràng có thể ức chế sự tăng sinh của các tế bào fibrosarcoma HT1080. Kết quả đã chứng minh rằng sự xuất hiện của autophagy trong tế bào ung thư có liên quan đến việc tạo ROS nội bào. Các tế bào HT1080 được nhuộm bằng thuốc nhuộm màu cam acridine hiển thị rõ rệt huỳnh quang màu cam và đỏ khi xử lý ZnO NP, điều này cho thấy các tế bào tự thực có các bào quan dạng mụn nước có tính axit. Tương tự như vậy, mức tương đối của LC3 II trong các tế bào được xử lý NPN ZnO tương đối cao hơn so với các tế bào không được xử lý, điều này cũng đánh dấu mức độ tự thực hiện. Các NP ZnO tương tác với tế bào HT1080 có khả năng tạo ROS tương đối cao hơn. ROS quá mức dẫn đến các tổn thương phân tử sinh học bao gồm cả tổn thương DNA và cuối cùng là gây chết tế bào.

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng ROS và autophagy có liên quan đến độc tính tế bào của các NP ZnO, nhưng các cơ chế điều chỉnh giữa autophagy và ROS vẫn chưa được làm sáng tỏ. Zhang và cộng sự. đã nghiên cứu cơ chế điều hòa của autophagy và mối liên hệ giữa autophagy và ROS trong các tế bào biểu mô phổi được xử lý bằng ZnO NPs [ 65]. Các kết quả đã chứng minh rằng các NP của ZnO có thể gây ra sự tích tụ của thực quản và suy giảm thông lượng tự thực trong tế bào A549. Cảm ứng autophagy này có tương quan thuận với sự hòa tan các NPN ZnO trong lysosome để giải phóng các ion kẽm và các ion kẽm giải phóng từ các NPN ZnO có thể làm hỏng các lysosome, dẫn đến suy giảm thông lượng autophagic và các ti thể. Suy giảm thông lượng tự thực hiện dẫn đến sự tích tụ của các ti thể bị hư hỏng, có thể tạo ra ROS quá mức để gây chết tế bào. Nghiên cứu này đã cung cấp một cái nhìn mới về cơ chế điều chỉnh của trục autophagy-lysosome-mitochondria-ROS, góp phần hiểu rõ hơn về độc tính của vật liệu nano.

3.1.3. Phân phối thuốc chống ung thư

Sử dụng các hạt nano trong phân phối thuốc theo mục tiêu mang lại cơ hội thú vị cho việc điều trị ung thư an toàn và hiệu quả hơn nhiều. Bằng cách nhắm mục tiêu vào các vị trí cụ thể của tế bào ung thư, phân phối thuốc dựa trên hạt nano có thể làm giảm tổng lượng thuốc được sử dụng và do đó giảm thiểu tác dụng phụ không mong muốn [ 9 , 66 ]. So với các vật liệu nano khác, ZnO NP rất hấp dẫn do tính độc hại thấp và đặc tính dễ phân hủy sinh học. Các NP của ZnO đã thu hút được sự quan tâm to lớn trong việc phân phối thuốc điều trị ung thư. Các loại thuốc khác nhau như doxorubicin, paclitaxel, curcumin, và baicalin hoặc các đoạn DNA có thể được nạp vào các NPN của ZnO để cho thấy khả năng hòa tan tốt hơn, độc tính cao hơn so với các tác nhân riêng lẻ và phân phối hiệu quả vào các tế bào ung thư [ 48 , 67- 69 ].

Hariharan và cộng sự. đã sử dụng kỹ thuật đồng kết tủa để thu được các hạt nano ZnO biến tính trong dung dịch PEG 600 (ZnO / PEG NPs), sau khi nạp doxorubicin (DOX) để tạo thành vật liệu nano DOX-ZnO / PEG [ 52 ]. Vật liệu nano DOX-ZnO / PEG không chỉ tăng cường sự tích tụ DOX trong tế bào mà còn có tác dụng ức chế sự tăng sinh tế bào HeLa của ung thư cổ tử cung phụ thuộc vào nồng độ. Deng và Zhang cũng sử dụng phương pháp kết tủa hóa học để điều chế các thanh nano ZnO, được áp dụng để mang Dox để tạo ra khối nano Dox-ZnO [ 44]. Sau khi nuôi cấy với tế bào ung thư biểu mô gan SMMC-7721, các đơn vị nano Dox-ZnO hoạt động như một hệ thống phân phối thuốc hiệu quả để nhập Dox vào các tế bào SMMC-7721 và tăng cường sự hấp thu Dox trong tế bào một cách đáng kể. Hơn nữa, cùng với sự chiếu sáng bằng tia cực tím (UV), các đơn vị nano Dox-ZnO gây ra nhiều tế bào chết hơn thông qua các đặc tính quang xúc tác và đồng thời kích hoạt quá trình chết phụ thuộc caspase.

Puvvada và cộng sự. đã thiết lập một vật mang nano rỗng ZnO (HZnO) mới được thiết kế với các chất nền tương thích sinh học bằng bề mặt sau khi kết hợp với tác nhân nhắm mục tiêu axit folic (FA) và được nạp với paclitaxel (PAC) để được chỉ định là FCP-ZnO nanocomplex [ 48 ]. Các đơn vị nano FCP-ZnO cho thấy sự tích tụ sinh học ưu tiên và sự hấp thu tế bào ung thư trong các tế bào ung thư vú MDA-MB-231 biểu hiện quá mức của thụ thể folate. Do quá trình tiêu bào nội bào qua trung gian FA và giải phóng nội bào trong endolysosome có tính axit, các nano FCP-ZnO không chỉ biểu hiện độc tính tế bào cao hơn đáng kể trong tế bào MDA-MB-231 trong ống nghiệm mà còn làm giảm khối u xenograft MDA-MB-231 ở chuột khỏa thân.

Để cải thiện độ hòa tan và sinh khả dụng của curcumin, Dhivya et al. chế tạo hai nano kẽm oxit được bao bọc bằng đồng trùng hợp mới để mang các NP curcumin, Cur / PMMA-PEG / ZnO và các nanocomposit nano Cur / PMMA-AA / ZnO [ 54 , 55 ]. Bằng nghiên cứu thử nghiệm, vật liệu nano PMMA-PEG / ZnO có kích thước trung bình nhỏ hơn 80 nm có thể giải phóng curcumin nhanh hơn trong điều kiện axit ở pH ∼5,8. So với các vật liệu nano cấu thành (nanocurcumin, PMMA-PEG, ZnO NP và PMMA-PEG / ZnO), tổ hợp nano Cur / PMMA-PEG / ZnO thực hiện ức chế lớn nhất có thể quan sát được đối với khả năng tồn tại của tế bào AGS ung thư dạ dày ở người (IC ₅₀ ∼0,01  μ g / mL ⁻¹) và bắt đầu chu kỳ tế bào gây ra ở pha S. Đối với một tổ hợp nano khác, các NP PMMA-AA / ZnO với kích thước 42 ± 5 nm có thể mang một lượng lớn chất curcumin và cũng có tác dụng chống tăng sinh tế bào ung thư AGS một cách rõ ràng.

3.1.4. Chức năng Nhắm mục tiêu

Các hạt nano mục tiêu (NP) cũng mang lại nhiều lợi ích điều trị hơn bên cạnh tính đặc hiệu và nội địa hóa cụ thể như tải trọng cao, liên hợp đa thuốc, dễ dàng điều chỉnh động học giải phóng, khu trú chọn lọc và bỏ qua cơ chế kháng đa thuốc [ 70 ]. Để tăng hiệu ứng nhắm mục tiêu và tính chọn lọc chống lại tế bào ung thư, nhiều kỹ thuật chức năng hóa đã được báo cáo để sửa đổi hạt nano. Các NP ZnO được biến đổi bề mặt đã cải thiện hơn nữa tính ổn định của chúng và thúc đẩy tính chọn lọc của chúng đối với các tế bào ung thư cụ thể. Sự chú ý tập trung là chức năng hóa bề mặt các nano kẽm oxit với các loại phân tử sinh học khác nhau bao gồm các loại protein, peptit, axit nucleic, axit folic, hyaluronan, v.v. [ 47 , 57, 71 – 73 ]. Lớp phủ tương hợp sinh học của các chất này không ảnh hưởng đến hoạt động chống ung thư của các NP ZnO nhưng làm tăng thêm tác dụng nhắm mục tiêu chống lại các tế bào ung thư và cải thiện độ an toàn đối với các tế bào bình thường.

Ví dụ, Chakraborti et al. đã tổng hợp các NP ZnO được biến đổi PEG và thử nghiệm nó chống lại các dòng tế bào ung thư vú khác nhau [ 74 ]. Người ta đã phát hiện ra rằng các NP PEG-ZnO hoạt động chống lại hầu hết các dòng tế bào ung thư vú. Cơ chế chính mà PEG-ZnO tiêu diệt tế bào ung thư là bằng cách tạo ra ROS và kích hoạt quá trình apoptosis phụ thuộc p53 dẫn đến chết tế bào.

Namvar và cộng sự. sản xuất tổ hợp nano hyaluronan / ZnO (HA / ZnO) thông qua quá trình tổng hợp xanh lần đầu tiên để điều trị ung thư [ 57 ]. Các hợp chất nano HA / ZnO gây ra những thay đổi về hình thái và ức chế sự tăng sinh của tế bào ung thư (tế bào PANC-1 ung thư biểu mô tuyến tụy, tế bào CaOV-3 ung thư biểu mô buồng trứng, ung thư biểu mô tuyến đại tràng tế bào COLO205 và bệnh bạch cầu nguyên bào cấp tính tế bào HL-60) phụ thuộc vào liều lượng và thời gian thái độ. Khuyến khích, điều trị bằng tổ hợp nano HA / ZnO trong 72 giờ không gây độc cho dòng tế bào nguyên bào sợi phổi bình thường (MRC-5) ở người. So với các NP ZnO trần, biến đổi peptit RGD cũng làm tăng hiệu ứng nhắm mục tiêu của các NP ZnO trên các thụ thể tích phân α v β 3 các tế bào MDA-MB-231 biểu hiện quá mức [ 47]. Nó dường như làm tăng độc tính của các NP ZnO đối với tế bào ung thư vú MCF-7 và MDA-MB-231 ở liều lượng thấp hơn.

Nói chung, hoạt tính chống ung thư của vật liệu ZnO kích thước nano với chức năng nổi bật có thể mang lại cơ hội mới cho việc khai thác các NP ZnO trong điều trị bệnh ung thư. Phân tích lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm đã chứng minh rằng các NP ZnO với ít tác dụng phụ hơn có tính chọn lọc cao hơn giữa các tế bào bình thường và tế bào ung thư. Người ta báo cáo rằng các NP của ZnO gây ra chết tế bào, chủ yếu liên quan đến sự tạo ROS nội bào, điều này tiếp tục gây ra cái chết của tế bào ung thư thông qua quá trình apoptosis hoặc con đường tín hiệu autophagy. Nhưng cho đến nay, nghiên cứu cơ chế chống ung thư tiên tiến của các NP ZnO vẫn còn thiếu, đặc biệt là trong việc tăng cường cơ chế phân tử và tế bào. Vì vậy, trong các công việc nghiên cứu tiếp theo, chúng ta nên coi trọng hơn cơ chế phân tử của chúng trong ống nghiệm và cơ thể sống và khắc phục những hạn chế của nó trong liệu pháp điều trị ung thư.

3.2. Hoạt tính kháng khuẩn

ZnO NP có thể được chọn làm vật liệu kháng khuẩn vì các đặc tính ưu việt của nó, chẳng hạn như diện tích bề mặt riêng lớn và hoạt tính cao để ngăn chặn một loạt các tác nhân gây bệnh. Nhưng gần đây, hoạt tính kháng khuẩn của các NP ZnO vẫn còn rất ít được biết đến. Như thể hiện trong Hình 2 , các báo cáo trước đây đã gợi ý cơ chế độc tính kháng khuẩn chính của các NP ZnO dựa trên khả năng tạo ra ROS dư thừa của chúng, chẳng hạn như anion superoxide, các gốc hydroxyl và sản xuất hydrogen peroxide [ 10 ]. Hoạt động kháng khuẩn có thể liên quan đến sự tích tụ các NP ZnO ở màng ngoài hoặc tế bào chất của tế bào vi khuẩn và kích hoạt Zn ²⁺giải phóng, điều này sẽ gây ra sự phân hủy màng tế bào vi khuẩn, làm hỏng protein màng, và sự bất ổn định của hệ gen, dẫn đến cái chết của tế bào vi khuẩn [ 75 – 77 ].

Hiện nay, Escherichia coli ( E. coli ) Gram âm và Staphylococcus aureus ( S. aureus ) Gram dương chủ yếu được chọn làm vi khuẩn mẫu để đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của các NP ZnO [ 77 , 78 ]. Một số vi khuẩn Gram âm khác như Pseudomonas aeruginosa ( P. aeruginosa ) [ 24 , 79 ], Proteus vulgaris ( P. vulgaris ) [ 80 ], Vibrio cholerae ( V. cholerae ) [ 81 ] và các vi khuẩn Gram dương khác nhưBacillus subtilis ( B. subtilis ) [ 82 ] và Enterococcus faecalis ( E. faecalis ) [ 83 ] cũng được nghiên cứu. Hoạt tính kháng khuẩn của các NP ZnO ở các loài vi khuẩn khác nhau được trình bày trong Bảng 2

Jiang và cộng sự. đã báo cáo các cơ chế kháng khuẩn tiềm năng của các nano kẽm oxit chống lại E. coli [ 76 ]. Nó chỉ ra rằng các NPN ZnO với kích thước trung bình khoảng 30 nm đã gây ra cái chết của tế bào bằng cách tiếp xúc trực tiếp với lớp kép phospholipid của màng, phá hủy tính toàn vẹn của màng. Việc bổ sung các chất loại bỏ gốc rễ như mannitol, vitamin E và glutathione có thể ngăn chặn hoạt động diệt khuẩn của các NP ZnO, có khả năng tiết lộ rằng sản xuất ROS đóng một chức năng cần thiết trong đặc tính kháng khuẩn của các NP ZnO. Nhưng Zn ²⁺ giải phóng từ huyền phù ZnO NPs không rõ ràng là gây ra tác dụng kháng khuẩn. Reddy đã chuẩn bị các NP ZnO với kích thước ∼13 nm và kiểm tra khả năng kháng khuẩn của chúng ( E. coli và S. aureus) các hoạt động [ 78 ]. Kết quả được tổng kết rằng các NPN ZnO hoàn toàn chống lại sự phát triển của E. coli ở nồng độ khoảng 3,4 mM nhưng ức chế sự phát triển của S. aureus ở nồng độ thấp hơn nhiều (≥1 mM). Hơn nữa, Ohira và Yamamoto cũng nhận thấy hoạt tính kháng khuẩn ( E. coli và S. aureus ) của các NPN ZnO có kích thước tinh thể nhỏ mạnh hơn so với các hạt có kích thước tinh thể lớn [ 97 ]. Từ phép đo ICP-AES, lượng Zn ²⁺ giải phóng từ các NPN ZnO nhỏ cao hơn nhiều so với mẫu bột ZnO lớn và E. coli nhạy cảm với Zn ²⁺ hơn S. aureus. Vì vậy, chúng ta có thể tin rằng Zn ²⁺ rửa giải từ các NP ZnO cũng đóng một vai trò quan trọng trong hoạt động kháng khuẩn.

Iswarya và cộng sự. chiết xuất phân tử miễn dịch của giáp xác protein liên kết β -1,3-glucan (Ph β -GBP) từ heamolymph của Paratelphusa hydrodromus và sau đó chế tạo thành công các NP ZnO phủ Ph β -GBP. Các NP Ph β -GBP-ZnO có dạng hình cầu với kích thước hạt 20–50 nm và hạn chế sự phát triển của S. aureus và P. vulgaris . Cần lưu ý rằng S. aureus nhạy cảm với các NP Ph β -GBP-ZnO hơn P. vulgaris . Ngoài ra, các NP Ph β -GBP-ZnO có thể làm thay đổi tính thấm của màng tế bào và kích hoạt sự hình thành ROS ở mức độ cao cả trongS. aureus và P. vulgaris [ 87 ]. Do đó, nó nhấn mạnh rằng các NP Ph β -GBP-ZnO có thể được coi là vật liệu nano kháng khuẩn tuyệt vời.

Dịch tả bệnh tả , một bệnh tiêu chảy nghiêm trọng do nhiễm vi khuẩn Gram âm V. cholera ở ruột , chủ yếu ảnh hưởng đến quần thể ở các nước đang phát triển [ 81 , 94 ]. Nhằm phát triển nanomedicine chống lại bệnh tả , Sarwar et al. đã thực hiện một nghiên cứu chi tiết về các NP của ZnO chống lại Vibrio cholerae (hai dạng sinh vật của vi khuẩn tả (cổ điển và El Tor)). Các nano kẽm oxit được quan sát thấy có hiệu quả hơn trong việc cản trở sự phát triển của mẫu sinh vật El Tor (N16961) của V. cholera, có liên quan chặt chẽ với quá trình sản xuất ROS. Những kết quả này sẽ làm hỏng màng vi khuẩn, tăng tính ổn định thẩm thấu và làm thay đổi đáng kể hình thái của chúng [ 85 ]. Họ cũng phát hiện hoạt tính kháng khuẩn của các NP ZnO trong các mô hình chuột nhiễm độc tố tả (CT). Người ta nhận thấy rằng các NP của ZnO có thể khiến cấu trúc bậc hai của CT bị sụp đổ dần dần và tương tác với CT bằng cách làm gián đoạn liên kết CT với thụ thể GM1 anglioside [ 98 ].

Mặc dù ZnO ở dạng hạt nano là một chất kháng khuẩn đầy hứa hẹn do có hoạt tính rộng đối với cả vi khuẩn Gram dương và Gram âm, cơ chế kháng khuẩn chính xác của các NP ZnO vẫn chưa được thiết lập rõ ràng. Vì vậy, đi sâu nghiên cứu nó có nhiều giá trị lý luận và thực tiễn quan trọng. Trong tương lai, chúng tôi tin rằng các NP của ZnO có thể được khám phá như các tác nhân kháng khuẩn, chẳng hạn như thuốc mỡ, kem dưỡng da và nước súc miệng. Ngoài ra, nó có thể được phủ trên nhiều chất nền khác nhau để ngăn vi khuẩn bám dính, lây lan và sinh sôi trong các thiết bị y tế.

3.3. ZnO NPs để điều trị bệnh tiểu đường

Đái tháo đường là một vấn đề sức khỏe cộng đồng nghiêm trọng và WHO đã ước tính rằng, trong năm 2014, có hơn 400 triệu người trưởng thành mắc bệnh đái tháo đường trên toàn thế giới [ 99 ]. Đái tháo đường là một bệnh chuyển hóa do cơ thể không có khả năng sản xuất insulin hoặc do sử dụng không hiệu quả lượng insulin được tạo ra [ 100 , 101 ]. Kẽm là một nguyên tố vi lượng và khoáng chất được tìm thấy nhiều trong tất cả các mô và dịch mô của con người. Kẽm được biết đến là chất giữ tính toàn vẹn cấu trúc của insulin và có vai trò tích cực trong việc bài tiết insulin từ các tế bào tuyến tụy. Nó cũng tham gia vào quá trình tổng hợp, lưu trữ và bài tiết insulin [ 102]. Do đó, các NP của ZnO như một tác nhân mới để cung cấp kẽm đã được phát triển và đánh giá về khả năng chống đái tháo đường của chúng.

Kitture và cộng sự. đã sử dụng chiết xuất tự nhiên của gỗ đàn hương đỏ (RSW) như một chất chống đái tháo đường hiệu quả khi liên hợp với các NP ZnO. Hoạt động chống đái tháo đường được đánh giá với sự trợ giúp của xét nghiệm ức chế α -amylase và α -glucosidase với các chất chiết xuất từ ​​tuyến tụy và ruột non của chó [ 103 ]. Kết quả cho thấy liên hợp ZnO-RSW sở hữu tỷ lệ ức chế cao hơn vừa phải (20%) đối với α -amylase tuyến tụy của lợn và có hiệu quả hơn đối với glucosidase tuyến tụy thô của lợn so với bất kỳ yếu tố nào trong số hai yếu tố (RSW và ZnO NP). ZnO-RSW liên hợp cho thấy 61,93% sự ức chế trong glucosidase trong khi các NPN ZnO và RSW trần cho thấy lần lượt là 21,48% và 5,90%.

Vào năm 2015, Nazarizadeh và Asri-Rezaie đã thực hiện một nghiên cứu để so sánh hoạt động chống đái tháo đường và stress oxy hóa của các NP ZnO và ZnSO ₄ ở chuột mắc bệnh tiểu đường. Người ta thấy rằng các NP ZnO có kích thước nhỏ ở liều lượng cao hơn (3 và 10 mg / kg) có tác dụng chống đái tháo đường lớn hơn nhiều so với ZnSO ₄ (30 mg / kg). Nó đã được chứng minh bằng việc giảm đáng kể lượng đường trong máu và tăng mức insulin cũng như cải thiện tình trạng kẽm huyết thanh một cách phụ thuộc vào thời gian và liều lượng. Tuy nhiên, stress oxy hóa gây ra nghiêm trọng, đặc biệt ở liều cao hơn cũng được quan sát thấy bởi các hoạt động của enzym chống oxy hóa hồng cầu bị thay đổi, tăng sản xuất malondialdehyde (MDA) và giảm rõ rệt khả năng chống oxy hóa tổng trong huyết thanh [ 100 ].

Tăng đường huyết có thể trực tiếp làm tăng tình trạng viêm bằng cách điều chỉnh protein phản ứng C (CRP) và các cytokine, chẳng hạn như interleukin, có liên quan đến sự phát triển của các bệnh tim mạch. Hussein và cộng sự. chế tạo các NP ZnO bằng cách sử dụng hydroxyl ethyl cellulose làm chất ổn định để giảm bớt các biến chứng của bệnh tiểu đường [ 104 ]. Nó báo cáo rằng các nano kẽm oxit có thể làm giảm đáng kể malondialdehyde (MDA) và lượng đường trong máu nhanh và lượng dimethylarginine (ADMA) không đối xứng. Các dấu hiệu viêm, interleukin-1 (IL-1 α ) và CRP, cũng giảm đáng kể sau khi điều trị bằng ZnO NPs, đồng thời với sự gia tăng nồng độ nitric oxide (NO) và enzym chống oxy hóa huyết thanh (PON-1) ở chuột mắc bệnh tiểu đường.

Tất cả các báo cáo về nano kẽm oxit trong điều trị bệnh tiểu đường được tóm tắt trong Bảng 3 và dữ liệu hiện tại ngụ ý rằng ZnO NP có thể được sử dụng như một tác nhân đầy hứa hẹn trong việc điều trị bệnh tiểu đường cũng như làm giảm các biến chứng của nó.

3.4. Hoạt động chống viêm

Viêm là một phần của phản ứng sinh học phức tạp của các mô cơ thể đối với các kích thích có hại, chẳng hạn như mầm bệnh, tế bào bị tổn thương hoặc chất kích thích [ 111 ]. Kể từ khi các hạt nano ra đời và xem xét các hoạt động sinh học này của các ion kẽm, tác dụng chống viêm của các NP ZnO cũng đã thu hút được nhiều sự chú ý.

Viêm da dị ứng (AD) là một bệnh viêm da mãn tính đặc trưng bởi sự suy giảm các chức năng của hàng rào bảo vệ da, có liên quan đến sự tương tác phức tạp giữa các yếu tố di truyền và môi trường [ 112 , 113 ]. Dệt may có thời gian tiếp xúc lâu nhất và mạnh nhất với da người. Wiegand đã khám phá vai trò của sợi dệt có chức năng ZnO trong việc kiểm soát ứng suất oxy hóa ở AD in vitro và in vivo [ 114 ]. Nghiên cứu cho thấy rằng ngứa AD và chất lượng giấc ngủ chủ quan là một sự cải thiện rõ ràng khi bệnh nhân AD mặc quần áo dệt ZnO qua đêm trong 3 ngày liên tiếp. Điều này có thể là do khả năng chống oxy hóa cao và kháng khuẩn mạnh của vải dệt ZnO.

Ilves và cộng sự. đã khảo sát xem liệu các hạt ZnO có kích thước khác nhau có thể xuyên qua vùng da bị thương và vùng da dị ứng bị thương trong mô hình AD của chuột hay không [ 115 ]. Các thí nghiệm của họ rõ ràng đã đưa ra bằng chứng về việc chỉ có ZnO kích thước nano (nZnO) mới có thể tiếp cận các lớp sâu của da dị ứng, nhưng ZnO (bZnO) với kích thước lớn vẫn ở các lớp trên của cả da bị tổn thương và dị ứng. So với bZnO, nZnO có đặc tính chống viêm cao hơn bằng cách giảm mạnh các cytokine tiền viêm (IL-10, IL-13, IFN- γ , và Th2 cytokine) trong mô hình chuột AD. Những kết quả này đã chứng minh rằng các NP ZnO với kích thước nhỏ có tác dụng tuyệt vời trong việc giảm viêm da ở các mô hình AD.

Hoạt động chống viêm của nano kẽm oxit không chỉ giới hạn trong điều trị viêm da dị ứng mà còn cho thấy rất hiệu quả đối với các bệnh viêm nhiễm khác. Nagajyothi et al. đã mô tả một NPN ZnO đơn giản, rẻ tiền và thân thiện với môi trường bằng cách sử dụng chiết xuất rễ của P. tenuifolia và các hoạt động chống viêm đã được nghiên cứu trong các đại thực bào RAW 264.7 được kích thích bằng LPS [ 30 ]. Các NP của ZnO cho thấy hoạt tính chống viêm đáng chú ý bằng cách ức chế sản xuất NO phụ thuộc vào liều lượng cũng như các biểu hiện protein liên quan của iNOS, COX-2, IL-1 β , IL-6 và TNF -α . Thatoi và cộng sự. chuẩn bị các NPN ZnO trong điều kiện quang học bằng cách sử dụng chất chiết xuất từ ​​nước của hai cây ngập mặn,Heritiera fomes và Sonneratia apetala , và nhận thấy rằng các hạt ZnO có tiềm năng chống viêm cao hơn (79%) so với các hạt nano bạc (69,1%) [ 116 ].

Các báo cáo về các NP ZnO có hoạt tính chống viêm được tóm tắt trong Bảng 4 . Do đó, các nano kẽm oxit cũng có tiềm năng được sử dụng để điều trị chống viêm.

3.5. Các NP của ZnO để tạo hình sinh học

Các NP của ZnO thể hiện sự phát xạ màu xanh lam hiệu quả và sự phát xạ gần tia cực tím, có sự phát quang màu xanh lá cây hoặc màu vàng liên quan đến các chỗ trống ôxy, do đó tiếp tục mở rộng ứng dụng của nó trong lĩnh vực hình ảnh sinh học [ 12 , 36 , 120 ].

Sử dụng phương pháp sol-gel đơn giản, Xiong et al. Lần đầu tiên điều chế được các hạt nano vỏ lõi-polyme ZnO @ polyme trong nước ổn định (ZnO @ poly (MAA-co-PEGMEMA)). Các hạt nano vỏ lõi polyme ZnO @ thể hiện năng suất lượng tử cao và phát quang rộng rất ổn định trong dung dịch nước. Như hình 3, trong tế bào u gan của người, ZnO-1 (có nguồn gốc từ LiOH) với kích thước trung bình 3 nm cho huỳnh quang màu xanh lục, trong khi ZnO-2 (có nguồn gốc từ NaOH) với kích thước trung bình 4 nm có màu vàng. Điều đáng lưu ý là các hạt nano này không cho thấy độc tính đáng kể nào đối với tế bào u gan ở người khi nồng độ của chúng nhỏ hơn 0,2 mg / mL. Hơn nữa, sự phát quang rất ổn định trong quá trình nuôi cấy tế bào và các tế bào vẫn sống sau 45 phút tiếp xúc. Vì vậy, là một loại nhãn phát quang an toàn và rẻ tiền, các hạt nano vỏ lõi polyme ZnO @ có thể được sử dụng làm đầu dò huỳnh quang để tạo ảnh tế bào trong ống nghiệm [ 121 ].

Jiang và cộng sự. đã chế tạo các bảng nano ZnO để tạo ảnh các tế bào được nuôi cấy. Họ đã điều trị các tế bào bạch cầu dòng K562 nhạy cảm với thuốc bằng các tấm nano ZnO, và sự phát xạ ánh sáng vàng cam được quan sát rõ ràng xung quanh hoặc bên trong tế bào dưới bức xạ UV (365 nm) ở nhiệt độ phòng [ 122 ]. Các cấu trúc nano ZnO đã được gắn vào hoặc thâm nhập thành công vào các tế bào, điều này cho thấy rằng các tấm nano ZnO với sự phát xạ màu vàng cam nhìn thấy được có thể hoạt động như một nhãn khả thi cho hình ảnh sinh học.

Tang và cộng sự. điều chế các nano kẽm oxit bằng phương pháp kết tủa hóa học. Nó thể hiện các màu phát xạ xanh lam, xanh lục, vàng và cam [ 123 ]. Màu phát xạ có thể được thay đổi thông qua việc điều chỉnh độ pH của dung dịch kết tủa. Để ổn định các NP ZnO trong nước, họ đã bao bọc các NP ZnO bằng silica để tạo thành cấu trúc nano vỏ lõi ZnO @ silica. Các hạt nano vỏ lõi ZnO @ silica thu được thể hiện tính ổn định nước tuyệt vời, và sự phát thải có thể nhìn thấy của ZnO được giữ lại. Nó có thể được gắn thành công vào bề mặt tế bào NIH / 3T3 và hiển thị các màu huỳnh quang khác nhau với các bước sóng phát xạ khác nhau.

Các nghiên cứu điển hình về hình ảnh sinh học của các NP ZnO được tóm tắt trong Bảng 5 . Dựa trên tính huỳnh quang nội tại tiên tiến của nó, vật liệu nano kẽm oxit cũng có thể được sử dụng như một ứng cử viên đầy hứa hẹn cho các nghiên cứu hình ảnh tế bào và bệnh lý.

4. Kết luận và viễn cảnh tương lai

Các NPN của ZnO đã thể hiện các ứng dụng y sinh đầy hứa hẹn dựa trên khả năng chống ung thư, kháng khuẩn, trị tiểu đường, chống viêm, phân phối thuốc, cũng như hoạt động hình ảnh sinh học. Do độc tính vốn có của nano kẽm oxit chúng có tác dụng ức chế mạnh mẽ chống lại tế bào ung thư và vi khuẩn, bằng cách tạo ra ROS nội bào và kích hoạt con đường tín hiệu apoptotic, làm cho ZnO NPs trở thành một ứng cử viên tiềm năng như chất chống ung thư và kháng khuẩn. Ngoài ra, các NP ZnO cũng được biết đến là có tác dụng thúc đẩy sinh khả dụng của thuốc điều trị hoặc phân tử sinh học khi hoạt động như chất mang thuốc để đạt được hiệu quả điều trị nâng cao. Hơn nữa, với khả năng làm giảm lượng đường trong máu và tăng mức insulin, ZnO NP đã cho thấy tiềm năng đầy hứa hẹn trong việc điều trị bệnh tiểu đường và làm giảm các biến chứng của nó,

Các nano kẽm oxit được FDA liệt kê là một loại chất an toàn. Tuy nhiên, một số vấn đề quan trọng của nano kẽm oxit vẫn cần được khám phá thêm, bao gồm những vấn đề sau: (1) thiếu phân tích so sánh về các ưu điểm sinh học của nó với các hạt nano kim loại khác, (2) các hạn chế của độc tính của NPN ZnO đối với các hệ thống sinh học vẫn còn vấn đề gây tranh cãi trong các nghiên cứu gần đây, (3) thiếu nghiên cứu ngẫu nhiên dựa trên bằng chứng đặc biệt khám phá vai trò điều trị trong việc cải thiện các hoạt động chống ung thư, kháng khuẩn, chống viêm và chống đái tháo đường, và (4) thiếu hiểu biết sâu sắc về các động vật tương ứng nghiên cứu về khả năng chống ung thư, kháng khuẩn của nó , chống viêm, và các hoạt động chống đái tháo đường. Các nghiên cứu tiếp theo tập trung vào các vấn đề nêu trên có thể làm sáng tỏ và hiểu rõ hơn về việc sử dụng tiềm năng của các hạt nano ZnO trong các lĩnh vực chẩn đoán và điều trị y sinh. Chúng tôi tin rằng vật liệu nano sẽ thúc đẩy đáng kể sự phát triển của y học và các hạt nano ZnO được kỳ vọng sẽ có những đóng góp thú vị hơn trong các lĩnh vực này.

Nguồn tham khảo:

The Advancing of Zinc Oxide Nanoparticles for Biomedical Applications