BS. Phan Thị Thanh Thảo, BS. Nguyễn Thành Nam, BS. Hồ Ngọc Anh Vũ
IVFMD - Bệnh viện Mỹ Đức

Ở bài viết trước chúng ta đã được giới thiệu ứng dụng của công nghệ Nano vào quá trình lọc rửa, bảo quản và trữ đông tinh trùng. Ngoài tính ưu việt trong quy trình xử lý tinh trùng, công nghệ Nano còn được ứng dụng trong sự vận chuyển tinh trùng, điều trị viêm nhiễm đường sinh dục và một số ứng dụng khác được các nhà khoa học quan tâm, hứa hẹn có thể chế tạo ra các loại vật liệu, dược liệu mới góp phần vào sự phát triển của y học nói chung, đặc biệt là lĩnh vực hỗ trợ sinh sản nói riêng.

3.     Hạt nano được chức năng hóa ứng dụng trong khả năng vận chuyển của tinh trùng
Những năm gần đây, công nghệ Nano đã đem lại nhiều lợi ích trong quá trình phát triển kỹ thuật hỗ trợ sinh sản. Công nghệ Nano được ứng dụng trong việc vận chuyển các hợp chất sinh học tới mô và tế bào đích đặc hiệu. Có nhiều báo cáo về việc tải các hạt nano vào tinh trùng vì các đặc tính nổi bật của chúng như khả năng di động, ít bị hấp thu vào nội bào và khả năng tương tác rất lớn với một số hợp chất qua màng tế bào. Những tính chất này kết hợp với tính an toàn, khả năng nhắm trúng đích, kiểu gắn kết và kích thước nhỏ của hạt nano đã đem lại thành công trong việc tải các hạt nano có chứa axit nucleic hoặc protein vào tinh trùng. Theo Makhluf và cộng sự, có thể tải đồng thời các hạt Polyvinyl alcohol (PVA)-Nano-Fe₃O₄ và PVA-Eu2O3NPs oxit vào tinh trùng bò mà không gây ảnh hưởng đến tính di động và sự toàn vẹn acrosome của tinh trùng. Trong một nghiên cứu khác tương tự, có thể sử dụng chất tải là các hạt nano PVA- Fe₃O₄ kết hợp với một kháng thể có tính kháng protein kinase C. Tinh trùng tiếp nhận phức hợp kháng thể-hạt nano (chủ yếu ở phần sau của acrosome và vùng phía trên đầu tinh trùng) và hoạt hóa chức năng của kháng thể trong việc liên kết với kháng nguyên đặc hiệu của nó. Kết quả này cho thấy chất vận chuyển nano có khả năng phân tán mạnh các chất sinh học chức năng vào tinh trùng, là công cụ tiềm năng để xác định protein ở mô hoặc tế bào đích. Tương tự, trong nghiên cứu của Barkalina và cộng sự (Barkalina và cs., 2014)ở lợn, các hạt nano silica có cấu trúc xốp (MSNP) được vận chuyển cùng với axit nucleic huỳnh quang (lamin siRNA) hoặc protein huỳnh quang (mCherry) có khả năng tương tác với màng tế bào mà không làm ảnh hưởng đến chức năng của tinh trùng. Kết quả nghiên cứu này cho thấy các hạt nano có thể là chất vận chuyển các hợp chất sinh học tiềm năng giúp phân tán thuốc trong giao tử (Barkalina và cs., 2014). Những kết quả đáng khích lệ này mở đường cho những ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực hỗ trợ sinh sản. Việc tải các nguyên tử hoặc protein đánh dấu đặc hiệu vào tinh trùng có thể giúp chúng ta hiểu được cơ chế điều chỉnh các quá trình sinh lý như thụ tinh và phát triển phôi. Hạt nano cũng có thể kết hợp với các loại thuốc bổ (vitamin và khoáng chất) để cung cấp dinh dưỡng hoặc điều trị tốt hơn. Hơn nữa, việc sử dụng các chất vận chuyển nano kết hợp với các marker về chất lượng tinh trùng có thể giúp khảo sát các quá trình stress oxy hóa và tổn thương màng tế bào trong quá trình bảo quản tinh dịch ở nhiệt độ thấp (làm lạnh hoặc trữ đông) làm suy giảm chức năng của tinh trùng, đặc biệt là ở những loài có quá trình xử lý và lưu trữ tinh dịch chưa tối ưu (ví dụ như cừu, các loài có nguy cơ tuyệt chủng, v.v.).

Hạt Nano-silica dạng xốp (MSNPs) được chức năng hóa bởi aminopropyltriethoxysilane, polyethileneimine và tải tối đa cùng với hai axit nucleic/protein được thiết kế để tạo thành các liên kết mạnh mẽ với tinh trùng ở lợn mà không ảnh hưởng đến chức năng tinh trùng như khả năng sống, phản ứng acrosome và phân mảnh DNA tinh trùng. Nhờ ái lực cao của các MSNPs với các tế bào tinh trùng, chúng được coi là vật liệu nano đầy hứa hẹn để tăng hiệu quả các phương pháp chẩn đoán và điều trị hiện tại liên quan đến chất lượng tinh trùng và khả năng sinh sản ở nam giới (Falchi và cs., 2018).

4.     Hạt nano ứng dụng trong điều trị viêm nhiễm đường sinh dục
Các loại nano kim loại hoặc dendrimer (Nanopolymer) có tính chất kháng khuẩn, kháng virus và kháng nấm. Những đặc tính này có được nhờ khả năng ly giải thành tế bào vi khuẩn, ngăn chặn kết dính và xâm nhập tế bào của virus, hoạt tính tiền oxy hóa với hệ quả là gây ra sự chết theo chương trình và gây độc cho tế bào vi sinh vật gây bệnh. Một cơ chế khác là do khả năng phân tán thuốc, tăng cường giải phóng các chất kháng khuẩn đặc hiệu (Wang và Deng, 2020). Trong lĩnh vực sinh sản, công nghệ Nano được ứng dụng điều trị các bệnh viêm nhiễm đường sinh dục từ nhiều mầm bệnh: các vi khuẩn thuộc họ Chlamydia trachomatis, Candida albicans, virus Herpes âm đạo. Gần đây hiệu quả kháng khuẩn của Nano bạc đã được thử nghiệm chống lại vi khuẩn gram âm Prevotella melaninogenica và gram dương Arcanobacterium pyogenes, là hai trong số các tác nhân gây đa kháng thuốc và thường được phân lập trong bệnh cảnh viêm nội mạc tử cung ở bò (Gurunathan và cs., 2018). Kết quả cho thấy hạt nano gây rối loạn chuyển hóa, tăng các gốc tự do trong nội bào, giảm hoạt tính màng sinh học và tiêu diệt vi khuẩn. Đây là một trong những lựa chọn có thể thay thế các phương pháp điều trị kháng sinh truyền thống. Tuy hiện nay chưa có các thử nghiệm điều trị viêm nhiễm sinh dục ở các con đực, nhưng cách tiếp cận mới này sẽ là hướng nghiên cứu mới để điều trị các bệnh truyền nhiễm trong trang trại cũng như trong y học do lợi ích kinh tế và hiệu quả điều trị trúng đích, hạn chế tình trạng kháng kháng sinh trong tương lai.

5.     Một số ứng dụng khác
Một nghiên cứu sử dụng Heparin AuNPs (HAuNPs) như một dấu ấn sinh học cho khả năng sinh sản của con người. Xét nghiệm này sử dụng các tính chất poly-cation của protamine, một protein hạt nhân có nhiều trong tinh trùng. Các tương tác tĩnh điện giữa Protamine poly-cation và heparin poly-anion dẫn đến sự thay đổi màu sắc có thể quan sát rõ bằng mắt thường. Đây là triển vọng để có thể phát triển và tối ưu hóa các xét nghiệm "không cần phòng thí nghiệm" trong tương lai. Ứng dụng các xét nghiệm này ở động vật có thể hỗ trợ lựa chọn con đực nhằm nhân giống ở vật nuôi, thỏ và động vật khác ngay tại trang trại.

6.     Hạn chế của công nghệ Nano
Bên cạnh những tác động có lợi của công nghệ Nano trong sinh sản, còn có những hạn chế liên quan đến kích thước, liều lượng hoạt tính của các hạt nano cần phải được lưu ý. Đặc biệt, các hạt nano oxit kim loại ngày càng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống hàng ngày, như trong ngành công nghiệp mỹ phẩm, điện tử và bao bì thực phẩm. Do đó, có nhiều lo ngại tác động đến môi trường do sự phân tán của các hạt nano và tác động sinh học của chúng đối với các sinh vật sống. Cần chú ý đến các ảnh hưởng cụ thể đối với các giao tử đực. Nồng độ cao các hạt nano gây giảm số lượng và chất lượng tinh trùng trong mào tinh do gây ra stress oxy hóa và làm hỏng cấu trúc của ty thể, dẫn đến rối loạn chức năng chuyển hóa năng lượng. Nano-silica chủ yếu ảnh hưởng đến quá trình trưởng thành của tinh trùng trong mào tinh, nhạy cảm với độc tính hạt nano hơn so với tinh nguyên bào và tinh trùng. Nano-kẽm oxit (Nano-ZnO) đã được chứng minh là gây độc tế bào mầm tinh hoàn của ở chuột. Nano-bạc, Nano-Titanium cũng đã được nghiên cứu cho thấy ảnh hưởng đến chức năng tinh trùng (Falchi và cs., 2018).

7.     Kết luận
Các nghiên cứu trên cho thấy các loại hạt nano khác nhau có tác dụng khác nhau đối với chức năng tinh trùng in vitro hoặc in vivo. Các đặc tính chống oxy hóa của một số hạt nano là một trong những ứng dụng hứa hẹn nhất để bảo vệ chức năng tế bào tinh trùng trong quá trình trữ đông. Các phân tử chức năng hóa bề mặt đã được chứng minh hiệu quả trong việc lọc rửa và lựa chọn tinh trùng. Một vài báo cáo sử dụng các đặc tính kháng khuẩn của hạt nano trên các chế phẩm bổ trợ cho tinh trùng hoặc điều trị nhiễm trùng cơ quan sinh dục. Tuy nhiên, vẫn có nhiều lo ngại về tác động độc hại của các hạt nano trên môi trường do sự phân tán của các hạt nano và tác động sinh học của chúng lên khả năng sinh sản ở cả người và động vật. Dự kiến, công nghệ Nano sẽ được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật hỗ trợ sinh sản nam và cải thiện chức năng tinh trùng cũng như trong các lĩnh vực y học khác. Các nghiên cứu về công nghệ Nano cần được khuyến khích phát triển ở mức độ in vitro và in vivo bằng cách sử dụng các mô hình động vật để kiểm tra sự an toàn và hiệu quả của công nghệ mới này. Ngoài ra, các thử nghiệm lâm sàng trong hỗ trợ sinh sản người cũng có thể giúp đẩy nhanh tính ứng dụng thay thế cho các phương pháp hiện tại trong hỗ trợ sinh sản.

Tài liệu tham khảo:
1.     Barkalina, Natalia, Celine Jones, Junaid Kashir, Siobhan Coote, Xinyue Huang, Rachel Morrison, Helen Townley, and Kevin Coward. 2014. “Effects of Mesoporous Silica Nanoparticles upon the Function of Mammalian Sperm in Vitro.” Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 10(4):859–70. doi: 10.1016/j.nano.2013.10.011.
2.     Falchi, Laura, Wael A. Khalil, Mahmoud Hassan, and Waleed F. A. Marei. 2018. “Perspectives of Nanotechnology in Male Fertility and Sperm Function.” International Journal of Veterinary Science and Medicine 6(2):265–69.
3.     Gurunathan, Sangiliyandi, Yun Jung Choi, and Jin Hoi Kim. 2018. “Antibacterial Efficacy of Silver Nanoparticles on Endometritis Caused by Prevotella Melaninogenica and Arcanobacterum Pyogenes in Dairy Cattle.” International Journal of Molecular Sciences 19(4):1210. doi: 10.3390/ijms19041210.
4.     Makhluf, Shirly Ben David, Riam Qasem, Sara Rubinstein, Aharon Gedanken, and Haim Breitbart. 2006. “Loading Magnetic Nanoparticles into Sperm Cells Does Not Affect Their Functionality.” Langmuir 22(23):9480–82. doi: 10.1021/la061988z.
5.     Wang, Yong Xue, and Shan Deng. 2020. “Clinical Characteristics, Treatment and Outcomes of Adnexal Torsion in Pregnant Women: A Retrospective Study.” BMC Pregnancy and Childbirth 20(1):1–6. doi: 10.1186/s12884-020-03173-7.

Từ khóa: Ứng dụng của công nghệ nano trong hỗ trợ sinh sản nam (Phần 2)