Cảm biến điện hóa ứng dụng chẩn đoán sớm ung thu tiền liệt tuyến

- NGUYỄN VĂN MINH KHA CẢM BIẾN ĐIỆN HÓA ỨNG DỤNG CHẨN ĐOÁN SỚM UNG THƯ TIỀN LIỆT TUYẾN Chuyên ngành : Vật lý kỹ thuật LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.
- Trương Thị Ngọc Liên Hà Nội – Năm 2015 4 LUẬN VĂN CAO HỌC VLKT-KHÓA 2014A Học viên: Nguyễn Văn Minh Kha LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tác giả và nhóm nghiên cứu cảm biến sinh học thuộc bộ môn Vật liệu điện tử, Viện Vật lý kỹ thuật, Đại học Bách Khoa Hà Nội.
- Tác giả Nguyễn Văn Minh Kha 3 LUẬN VĂN CAO HỌC VLKT-KHÓA 2014A Học viên: Nguyễn Văn Minh Kha LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến TS.
- Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các thầy cô Viện vật lý kỹ thuật, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình dạy dỗ, tạo mọi điều kiện về vật tư, trang thiết bị và tận tình giúp đỡ tôi trong công tác nghiên cứu và học tập tại trường.
- Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thành viên trong nhóm nghiên cứu cảm biến sinh học, bộ môn vật liệu điện tử, viện Vật lý kỹ thuật, Đại học Bách Khoa Hà Nội đã có những chia sẻ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trường.
- Hà Nội, ngày 16 tháng 12 năm 2015 Học viên Nguyễn Văn Minh Kha 1 LUẬN VĂN CAO HỌC VLKT-KHÓA 2014A Học viên: Nguyễn Văn Minh Kha MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN.
- TỔNG QUAN VỀ UNG THƯ TIỀN LIỆT TUYẾN.
- DỊCH TỄ HỌC CỦA BỆNH UNG THƯ TIỀN LIỆT TUYẾN.
- CÁC YẾU TỐ NGUY CƠ GÂY BỆNH.
- CHẨN ĐOÁN.
- CẢM BIẾN SINH HỌC ĐIỆN HÓA.
- CẢM BIẾN SINH HỌC.
- CẢM BIẾN ĐIỆN HÓA.
- 40 2.2.1 Cảm biến sinh học điện hóa đo dòng.
- Cảm biến sinh học điện hóa đo thế.
- Cảm biến sinh học điện hóa đo độ dẫn.
- Cảm biến sinh học điện hóa phổ tổng trở.
- Một số công trình nghiên cứu về cảm biến sử dụng aptamer (aptasensor) ghi nhận PSA.
- Hệ phân tích điện hóa.
- Quy trình chế tạo thực nghiệm.
- Khảo sát hoạt động của cảm biến.
- 63 2 LUẬN VĂN CAO HỌC VLKT-KHÓA 2014A Học viên: Nguyễn Văn Minh Kha CHƯƠNG 4.
- Nguyên lý hoạt động của cảm biến aptamer đo phổ tổng trở (Aptasensor based on EIS.
- Ảnh hưởng của nồng độ aptamer lên hoạt động của cảm biến aptamer/SAM/SPAuE.
- Phân tán aptamer trên cảm biến aptamer/SAM/AuNPs-modified SPCE.
- Aptasensor phát hiện PSA ứng dụng chẩn đoán sớm ung thư tiền liệt tuyến.
- Độ chọn lọc của cảm biến.
- 81 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO.
- 92 5 LUẬN VĂN CAO HỌC VLKT-KHÓA 2014A Học viên: Nguyễn Văn Minh Kha DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.
- Khám tiền liệt tuyến qua ngõ trực tràng bằng ngón tay.
- Dạng vi thể của ung thư tuyến tiền liệt theo thang điểm Gleason.
- Ảnh các giai đoạn của ung thư tiền liệt tuyến.
- Các thành phần cơ bản của cảm biến sinh học.
- Một số loại đầu thu sinh học.
- Các phương pháp cố định đầu thu lên trên bề mặt cảm biến.
- Cảm biến nhận biết lai hóa sử dụng bộ chuyển đổi điện hóa.
- Bộ chuyển đổi sử dụng tinh thể áp điện.
- Cảm biến sinh học cantilever.
- Sơ đồ nguyên lý của cảm biến sinh học dòng.
- 58 6 LUẬN VĂN CAO HỌC VLKT-KHÓA 2014A Học viên: Nguyễn Văn Minh Kha Hình 3.
- Quy trình chế tạo cảm biến: a) Đế vàng (SPAuE), b) Đế các bon sau khi phủ hạt vàng (AuNPs-modified SPCE.
- Phổ trở kháng của cảm biến aptamer 100 µg/mL /SAM/SPAuE.
- Đường chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc của ∆RCT như một hàm của nồng độ PSA cho các cảm biến aptamer/SAM/SPAuE.
- Phổ trở kháng của các cảm biến aptamer/SAM/AuNPs-modified SPCE đo tại các nồng độ PSA khác nhau.
- Đường chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc của ∆RCT như một hàm của nồng độ PSA cho các cảm biến aptamer/SAM/AuNPs-modified SPCE.
- Đường đồ thị EIS của từng bước công nghệ chế tạo cảm biến aptamer/SAM/AuNPs-modified SPCE.
- Đường đặc trưng EIS của cảm biến được chế tạo với nồng độ PSA được thêm vào từ 0 ng/mL đến 14 ng/mL.
- Đường chuẩn của cảm biến được chế tạo với 5 µg/mL aptamer và 10 vòng quét tạo hạt vàng.
- Biểu đồ biểu diễn độ đặc hiệu của cảm biến đối với các kháng nguyên được khảo sát.
- 79 7 LUẬN VĂN CAO HỌC VLKT-KHÓA 2014A Học viên: Nguyễn Văn Minh Kha DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.
- Bảng nguy cơ tái phát của ung thư tiền liệt tuyến.
- Một số công trình nghiên cứu chế tạo aptasensors để ghi nhận PSA.
- Danh mục các hóa chất sử dụng.
- Giá trị các thành phần mạch tương đương Randles của các cảm biến SAM/SPAuE với nồng độ aptamer khác nhau bao gồm 100, 50 và 5 µg/mL.
- Giá trị các thành phần mạch tương đương Randles của cảm biến được chế tạo theo các nồng độ PSA dùng để vẽ đường chuẩn.
- Đường fit tuyến tính của 7 cảm biến được chế tạo để khảo sát khả năng tái lập lại thực nghiệm.
- 80 8 LUẬN VĂN CAO HỌC VLKT-KHÓA 2014A Học viên: Nguyễn Văn Minh Kha DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ADT : Androgen Deprivation Therapy AuNPs: Gold NanoParticles CDH : Cellobiose dehydrogenase CV : Cyclic Voltammetry DNA : DeoxyriboNucleic Acid DPV : Different Pulse Voltammetry EIS : Electrochemical Impedance Spectroscopy ISE : Ion-Selective Electrode LHRH: Luteinizing Hormone-Releasing Hormone MRI : Magnetic Resonance imaging GDH : Glucose Dehydrogenase GMC: Graphitized Mesoporous Carbon ODN : OligoDeoxyriboNucleotide PBS : Phosphate Buffered Saline PET : Positron Emission Tomography PSA : Prostate Specific Antigen QCM : Quartz Crystal Microbalance RNA : RiboNucleic Acid SAM : Self-Assembled Monolayer SEM : Scanning Electron Microscope SELEX: Systematic evolution of ligands by exponential enrichment SPAuE: Screen-Printed Gold Electrode SPCE: Screen-Printed Carbon Electrode 9 LUẬN VĂN CAO HỌC VLKT-KHÓA 2014A Học viên: Nguyễn Văn Minh Kha MỞ ĐẦU Theo báo cáo của tổ chức y tế thế giới (WHO) năm thì trong năm 2012 đã có 1,1 triệu đàn ông mắc phải ung thư tiền liệt tuyến và số người chết lên đến 307 nghìn người.
- Ung thư tiền liệt tuyến là loại ung thư gây chết đứng thứ hai sau ung thư phổi, cũng là một trong mười loại ung thư thường mắc phải nhất ở nam giới được ghi nhận trong 84 quốc gia và tần suất mắc bệnh nhiều hơn tại các quốc gia đang phát triển trong đó có Việt Nam [4, 52].
- Việc ghi nhận bệnh này cũng tăng lên rõ ràng trong những thập niên 80 và 90 của thế kỉ 20 tại nhiều khu vực phụ thuộc vào việc xét nghiệm kháng nguyên đặc hiệu cho ung thư tiền liệt tuyến (PSA) [52].
- PSA là một enzyme glycoprotein được sản xuất bởi cả mô tiền liệt tuyến bình thường và mô bướu.
- PSA được nghi nhận tăng trong hầu hết các trường hợp ung thư tiền liệt tuyến.
- Nồng độ PSA trong máu được sử dụng để chẩn đoán sớm bệnh, xác định mức độ lan rộng của bệnh, đánh giá đáp ứng điều trị, theo dõi sự tái phát và di căn.
- Nếu nồng độ PSA trong máu từ 4 ng/mL đến 10 ng/mL được xem là có nguy cơ mắc bệnh ung thư tiền liệt tuyến.
- Xét nghiệm nồng độ kháng nguyên PSA kết hợp với siêu âm hay thăm khám tiền liệt tuyến qua ngã trực tràng được dùng để tầm soát phát hiện sớm bệnh này [60].
- Việc xét nghiệm nồng độ kháng nguyên PSA trong máu chủ yếu dựa vào liên kết đặc hiệu giữa kháng nguyên với kháng thể của chúng.
- Gần đây, các nhà khoa học đang quan tâm nhiều đến một loại vật liệu mới được gọi là aptamer, vật liệu này được xem như là một bước tiến trong việc chế tạo những vật liệu giả kháng thể (còn gọi là kháng thể nhân tạo).
- Aptamer này có nhiều tính năng thuận lợi cho việc xét nghiệm hơn như là có ái lực và liên kết 10 LUẬN VĂN CAO HỌC VLKT-KHÓA 2014A Học viên: Nguyễn Văn Minh Kha đặc hiệu với kháng nguyên cao, điều kiện bảo quản dễ dàng, cảm biến sử dụng vật liệu này có thể hoạt động trong điều kiện nhiệt độ phòng và giá thành rẻ [24].
- Vì thế, aptamer được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như cảm biến sinh học, dẫn truyền thuốc, đánh dấu.
- Tuy nhiên, cho đến nay số lượng những bài báo cáo về cảm biến sinh học điện hóa sử dụng aptamer làm đầu thu sinh học (aptasensor) dựa trên sự thay đổi của phổ tổng trở rất ít vì những hiểu biết về đặc tính và những cơ chế tương tác tạo liên kết đặc hiệu giữa kháng nguyên và aptamer tương ứng còn rất hạn chế.
- Năm 2012, Liu và cộng sự đã chế tạo thành công aptasensor phát hiện kháng nguyên PSA.
- Tác giả đã sử dụng GMCs-AuNPs làm tăng cường độ nhạy của cảm biến.
- Kết quả cho thấy giới hạn phát hiện của cảm biến là 0,25 ng/mL với độ tuyến tính và độ lặp lại cao.
- Bên cạnh đó, tác giả cũng cho thấy giá trị RCT tăng khi tăng nồng độ kháng nguyên PSA.
- Lý do cho sự tăng này được giải thích là do liên kết của kháng nguyên với aptamer được cố định trên bề mặt cảm biến kết quả làm ngăn cản quá trình trao đổi điện tử với điện cực [35].
- Tuy nhiên, đến năm 2015 Jolly và cộng sự cũng đã thành công trong việc chế tạo cảm biến aptasensor sử dụng sulphur betaine có tác dụng phân tán aptamer trên điện cực vàng.
- Kết quả cho thấy cảm biến hoạt động tốt trong vùng nồng độ kháng nguyên PSA từ 1 ng/mL đến 10 ng/mL với độ tuyến tính và độ chọn lọc cao.
- Bên cạnh đó, nhóm tác giả quan sát được giá trị RCT có xu hướng giảm khi nồng độ kháng nguyên tăng, ngược lại với kết quả của tác giả Liu công bố trước đó (2012).
- Jolly cho rằng giá trị RCT giảm là do aptamer và kháng nguyên PSA có mang điện tích và giải thích sự ảnh hưởng của dung dịch đệm đến việc xu hướng tăng hay giảm giá trị RCT [30].
- Tuy nhiên, cơ chế bắt cặp đặc hiệu của kháng nguyên PSA và aptamer chưa được hai nhóm tác giả giải thích và biện luận đầy đủ, gây khó khăn cho các nghiên cứu khác khi lựa chọn làm đối tượng nghiên cứu của mình.
- 11 LUẬN VĂN CAO HỌC VLKT-KHÓA 2014A Học viên: Nguyễn Văn Minh Kha Vì thế, chúng tôi chọn đề tài này để nghiên cứu những yếu tố ảnh hưởng đến các hiệu ứng xảy ra trên bề mặt điện cực do tương tác đặc hiệu giữa kháng nguyên PSA và aptamer.
- Từ đó tìm ra quy trình công nghệ tối ưu để chế tạo cảm biến sinh học điện hóa sử dụng aptamer có thể ứng dụng chẩn đoán sớm ung thư tiền liệt tuyến với dải nồng độ kháng nguyên PSA nằm trong khoảng từ 4 ng/mL đến 10 ng/mL.
- Nội dung của nghiên cứu bao gồm: 1.
- Quy trình công nghệ biến tính bề mặt điện cực in các bon với lớp hạt vàng kích thước nano (AuNPs-modified electrode) ứng dụng chế tạo cảm biến PSA-aptasensor.
- Quy trình công nghệ chế tạo cảm biến PSA-aptasensor.
- Khảo sát hoạt động của aptasensor đã chế tạo.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế tạo lên hoạt động của cảm biến.
- 12 LUẬN VĂN CAO HỌC VLKT-KHÓA 2014A Học viên: Nguyễn Văn Minh Kha CHƯƠNG 1.
- TỔNG QUAN VỀ UNG THƯ TIỀN LIỆT TUYẾN 1.1.
- DỊCH TỄ HỌC CỦA BỆNH UNG THƯ TIỀN LIỆT TUYẾN Ung thư tiền liệt tuyến đứng hàng đầu của hệ niệu.
- Tại Hoa Kỳ, năm 2008 ung thư tiền liệt tuyến chiếm 25 % trường hợp ung thư ở nam giới, trong đó có 186.320 trường hợp mắc mới .
- Tại Việt Nam, theo ghi nhận ung thư quần thể năm 2002 có 756 ca ung thư tuyến tiền liệt mới được chẩn đoán, xuất độ nam và 475 trường hợp tử vong [60].
- CÁC YẾU TỐ NGUY CƠ GÂY BỆNH Yếu tố di truyền cũng được ghi nhận, khi người bệnh trong gia đình nhỏ hơn 60 tuổi hay có hơn 5 người trong gia đình mắc bệnh, cha hay anh bị ung thư tiền liệt tuyến thì nguy cơ tăng gấp ba lần.
- Ngoài ra, nguy cơ mắc bệnh cũng liên quan đến sự thay đổi của các nhiễm sắc thể lg36, lg24-35, lg42.2-43, 8g24, 16g23, 17p, 20g13, và Kg27-28, FNasel, MSR-1, ELAC2HPC2 có liên quan đến quá trình gây ung thư [20].
- 13 LUẬN VĂN CAO HỌC VLKT-KHÓA 2014A Học viên: Nguyễn Văn Minh Kha 1.3.
- CHẨN ĐOÁN a) Giới thiệu về kháng nguyên đặc hiệu cho tiền liệt tuyến (PSA) Kháng nguyên đặc hiệu cho tiền liệt tuyến (còn được gọi là Kallikrein-3) là một enzym glycoprotein được sản xuất bởi cả mô tiền liệt tuyến bình thường và mô bướu mã hóa do gen Kallikrein-3 [6].
- Kháng nguyên PSA tăng trong hầu hết những trường hợp ung thư tiền liệt tuyến.
- Khi làm xét nghiệm kháng nguyên PSA trong máu để tầm soát bệnh, nguy cơ ung thư tiền liệt tuyến được ghi nhận như sau [60]: PSA< 4 ng/mL : “bình thường” PSA trong khoảng 4 đến 10 ng/mL : nguy cơ mắc ung thư là 20 – 30% PSA trong khoảng 10 đến 20 ng/mL: nguy cơ mắc ung thư là 50 – 75% Trên 20 ng/mL: nguy cơ mắc ung thư đến 90%.
- Xét nghiệm PSA trong chẩn đoán ung thư tiền liệt tuyến có giá trị dương tính giả cao.
- Khoảng 15 % trường hợp tăng sản lành tính tiền liệt tuyến có tăng nồng độ PSA.
- Ngoài ra, PSA cũng có thể tăng trong những tình trạng viêm tiền liệt

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt