Sự phát triển vượt bậc của công nghệ bức xạ đã tạo ra những bước đột phá mang tính cách mạng trong y học hiện đại. Bằng việc sử dụng các chùm tia ion hóa có năng lượng cao như tia X, tia gamma hay chùm electron từ máy gia tốc và các hạt nặng, khoa học y sinh đã thành công trong việc tạo ra những chế phẩm hạt nhân, dược chất phóng xạ, vật liệu polyme sinh học thông minh và kỹ thuật bảo tồn các mô ghép sinh học với độ an toàn và hiệu quả điều trị tối ưu. Tại Việt Nam, việc tự chủ nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng các chế phẩm, vật liệu này từ các cơ sở nghiên cứu lớn như Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam, Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt và các bệnh viện trung ương đã góp phần quan trọng nâng cao vị thế y học.
Dược chất phóng xạ và các chế phẩm đồng vị hạt nhân
Dược chất phóng xạ đóng vai trò quyết định trong sự hình thành và phát triển của ngành y học hạt nhân, đặc biệt là trong các lĩnh vực chẩn đoán hình ảnh chức năng và xạ trị trúng đích. Khác với các loại thuốc thông thường, dược chất phóng xạ chứa các đồng vị không bền phát bức xạ ion hóa, đòi hỏi quy trình sản xuất, kiểm định và phân phối vô cùng đặc thù và nghiêm ngặt.
Tại Việt Nam, Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt là cơ sở chủ lực sản xuất dược chất phóng xạ thông qua việc vận hành Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt. Lò phản ứng này được đưa vào hoạt động từ tháng 3/1984 với công suất 500kWt, gấp đôi công suất của lò TRIGA nguyên bản trước đó, phục vụ đắc lực cho mục tiêu chế tạo thuốc phóng xạ y tế và nghiên cứu khoa học. Quy trình chế tạo dược chất phóng xạ tại đây tuân thủ nghiêm ngặt theo bốn giai đoạn khép kín:
- Giai đoạn chiếu xạ: các vật liệu mục tiêu không có tính phóng xạ (non-radioactive targets) được đưa vào các kênh chiếu chuyên biệt bên trong lòng lò phản ứng để hấp thụ hạt neutron, trải qua phản ứng chuyển hóa hạt nhân để trở thành các đồng vị phóng xạ.
- Giai đoạn tách chiết: các kỹ thuật viên vận hành hệ thống buồng nóng (hot cells) để tách chiết hóa lý, cô lập hạt nhân phóng xạ quan tâm khỏi các sản phẩm phụ nhằm đạt hoạt độ phóng xạ riêng và độ tinh khiết hóa học tối ưu.
- Giai đoạn kiểm tra chất lượng (QC): chế phẩm sau khi tách chiết phải trải qua kiểm định chặt chẽ về độ vô trùng, hàm lượng nội độc tố và độ tinh khiết hạt nhân phóng xạ theo các tiêu chí khắt khe của Dược điển Mỹ (USP) và Dược điển Anh (EP).
- Giai đoạn phân phối: do đặc tính phân rã liên tục theo thời gian bán rã, các sản phẩm đạt chuẩn được đóng gói an toàn và vận chuyển nhanh chóng bằng các phương tiện chuyên dụng đến 23 – 25 cơ sở y học hạt nhân trên toàn quốc và một số bệnh viện tại Campuchia.
- Sự đa dạng của các dòng sản phẩm đồng vị hạt nhân sản xuất tại Lò phản ứng Đà Lạt cho phép đáp ứng khoảng 60% nhu cầu điều trị lâm sàng trong nước với các chế phẩm tiêu biểu:
| Tên đồng vị / Dược chất phóng xạ | Dạng bào chế | Thời gian bán rã (t1/2) | Ứng dụng lâm sàng chính |
| Iodine-131 | Dung dịch uống, viên nang | 8,02 ngày | Chẩn đoán và điều trị bệnh lý tuyến giáp (Basedow, ung thư tuyến giáp thể biệt hóa) |
| Phosphorus-32 | Dung dịch tiêm / uống | 14,3 ngày | Giảm đau cho bệnh nhân ung thư di căn xương |
| Phosphorus-32 ( tấm áp) | Tấm áp sinh học | 14,3 ngày | Điều trị u mạch máu nông ở trẻ em |
| Technetium-99m | Bộ kít gắn đánh dấu | 6 giờ | Kết hợp với các hợp chất đánh dấu đặc hiệu để xạ hình cơ quan |
| 99mTC-MDF | Dung dịch tiêm tĩnh mạch | 6 giờ | Xạ hình hệ xương phát hiện tổn thương di căn |
| 99mTC-DTPA | Dung dịch tiêm tĩnh mạch | 6 giờ | Xạ hình động học thận, đánh giá mức lọc cầu thận |
| 99mTC-Phytate | Dung dịch tiêm tĩnh mạch | 6 giờ | Xạ hình hệ liên võng nội mô của gan |
| Fluorine-18 Fluorodeoxyglucose | Dung dịch tiêm tĩnh mạch | 110 phút | Chụp cắt lớp phát xạ positron (PET/CT) để chẩn đoán ung thư |
Cơ chế sinh học và định hướng cải tiến chất mang dược chất
Sự phân bố của các dược chất phóng xạ trong cơ thể dựa trên các cơ chế sinh lý và hóa sinh đặc hiệu của tế bào. Đối với thuốc phóng xạ 18F-FDG, được sản xuất bằng các mô-đun tổng hợp đa năng All In One (AIO) hiện đại, cơ chế bắt giữ phân tử dựa trên tốc độ chuyển hóa glucose cực cao của tế bào ác tính. Nhờ các chất vận chuyển glucose đặc hiệu trên màng tế bào (chủ yếu là GLUT-1), 18F-FDG được đưa vào trong tế bào và nhanh chóng bị phosphoryl hóa bởi enzyme hexokinase (đặc biệt là HK-II) để tạo thành 18F-FDG-6-phosphate. Do cấu trúc hóa học đặc thù, hợp chất này không thể tiếp tục tham gia chu trình đường phân hay chuyển hóa thành glycogen, dẫn đến sự tích lũy nồng độ cao bên trong tế bào ung thư. Thời gian bài tiết tự nhiên của 18F-FDG khỏi các mô thông thường dao động từ 3 đến 24 giờ thông qua hệ tiết niệu, riêng đối với mô cơ tim đòi hỏi khoảng 96 giờ để thanh thải hoàn toàn.
Trong xu hướng phát triển kỹ thuật xạ trị bắt neutron Boron (BNCT) – phương pháp xạ trị tiên tiến tiêu diệt tế bào ung thư ở cấp độ tế bào mà không tổn thương mô lành – vai trò của chất mang sinh học càng được chú trọng. BNCT hoạt động bằng cách đưa hợp chất chứa đồng vị Boron-10 bền vào tế bào khối u, sau đó chiếu chùm neutron năng lượng thấp. Phản ứng bắt neutron xảy ra trực tiếp sinh ra hạt alpha và hạt nhân giật lùi Lithium-7 có quãng chạy cực ngắn (5-9μm), tương đương kích thước của một tế bào đơn lẻ. Tuy nhiên, các chất mang hiện tại như Boronophenylalanine (BPA) chỉ chứa duy nhất một nguyên tử B-10 trong mỗi phân tử. Do đó, các nghiên cứu hiện nay đang tập trung phát triển các hệ chất mang nano hoặc polyme thế hệ mới có mật độ hạt nhân Boron cao hơn để tối ưu hóa hiệu suất điều trị cho các ca ung thư hốc mắt, ung thư đầu cổ, u tế bào thần kinh đệm ác tính (gliomas), ung thư gan và phổi.
Vật liệu polyme và hydrogel y sinh biến tính bằng bức xạ
Bên cạnh các chế phẩm đồng vị, việc sử dụng năng lượng bức xạ ion hóa để tổng hợp và biến tính polyme sinh học là một trong những ứng dụng quan trọng nhất của công nghệ hạt nhân. Phương pháp này mang lại ưu thế tuyệt đối nhờ việc kích hoạt các phản ứng hóa lý trực tiếp ở nhiệt độ phòng, loại bỏ hoàn toàn các chất xúc tác hóa học có độc tính cao, giúp sản phẩm thu được đạt độ tương hợp sinh học cao.
Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ (VINAGAMMA) đã nghiên cứu thành công quy trình chế tạo vật liệu hydrogel siêu hấp thụ nước bằng phương pháp chiếu xạ khâu mạch đồng thời ghép mạch bức xạ. Các polyme tự nhiên thân thiện với môi trường gồm tinh bột sắn, carboxymethyl cellulose (CMC) và alginate được lựa chọn làm nền móng cấu trúc.
Quy trình thực nghiệm diễn ra theo các bước nghiêm ngặt: bột alginate và CMC được ngâm trương nở hoàn toàn trong nước cất qua đêm; song song đó, tinh bột sắn được hồ hóa hoàn chỉnh bằng dung dịch kiềm KOH. Hỗn hợp polyme này sau đó được phối trộn kỹ với monomer acrylic acid (AAc) để đạt nồng độ cuối cùng là 10% polyme (w/v) và 20% AAc (w/v) trong nước. Toàn bộ hỗn hợp được đóng gói kín trong các túi polyethylene (PE) và tiến hành chiếu xạ trên nguồn gamma Co-60 tại VINAGAMMA với dải liều hấp thụ từ 4kGy đến 25kGy. Tia gamma kích thích sự hình thành các gốc tự do trên mạch polyme, tạo ra các liên kết chéo bền vững. Sản phẩm sau khi chiếu xạ được sấy khô ở 50oC để thu nhận hydrogel khô có khả năng trương nở và ngậm nước cực lớn, ứng dụng làm băng vết thương ẩm, giữ mát và giảm đau cho bệnh nhân bỏng sâu.
Tại Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội (HIC), việc nghiên cứu chế tạo màng polyme phân hủy sinh học từ tinh bột sắn biến tính nhiệt dẻo (TPS) kết hợp với polybutylene adipate terephthalate (PBAT) đã đạt được những kết quả khả quan. Kết quả thực nghiệm cho thấy mức độ khâu mạch giữa TPS và PBAT tăng tỷ lệ thuận với liều chiếu. Hàm lượng gel (phần polyme liên kết chéo không tan) đạt giá trị cực đại 80,2% ở liều chiếu 100kGy. Đáng chú ý, màng biến tính bức xạ này có khả năng phân hủy sinh học rất tốt; thử nghiệm với enzyme alpha-amylase cho thấy màng bị mất tới 54% khối lượng chỉ sau 14 ngày, mở ra tiềm năng lớn trong việc chế tạo màng bao sinh học, túi đựng rác thải y tế tự hủy hoặc màng che phủ vết mổ.
Để phục vụ y học tái tạo và kỹ thuật mô, các đề tài nghiên cứu cấp Bộ và cấp Quốc gia tại Việt Nam đã tổng hợp thành công nhiều loại vật liệu hydrogel tiên tiến khác nhờ công nghệ bức xạ:
- Giá thể nuôi cấy tế bào gốc: Hydrogel chế tạo từ gelatin/carboxymethyl-chitin và gelatin/carboxymethyl-chitosan bằng phương pháp chiếu xạ được chứng minh là một cấu trúc giàn giáo hoàn hảo, mô phỏng chất nền ngoại bào tự nhiên, giúp nâng đỡ và thúc đẩy sự biệt hóa của tế bào gốc mô mỡ phục vụ tái tạo xương và sụn.
- Keo dán sinh học thay thế chỉ khâu: Vật liệu hydrogel kết dính sinh học dựa trên chitosan được thiết kế để kết nối trực tiếp các mép mô bị tổn thương sau phẫu thuật, giúp cầm máu nhanh, giảm thiểu tổn thương cơ học của mũi kim và đẩy nhanh tiến trình lành vết thương.
- Kính áp tròng thông minh phủ tế bào gốc: Sự kết hợp giữa kính áp tròng hydrogel có độ thấm oxy cao và tế bào gốc trung mô dây rốn (UCMSCs) được xử lý bằng bức xạ giúp giảm đáng kể chỉ số viêm (IF), ức chế tân mạch hóa giác mạc và hỗ trợ điều trị hiệu quả các tổn thương do bỏng kiềm giác mạc.
- Chế phẩm sinh học nano: Các nghiên cứu tổng hợp của Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam (VINATOM) trong giai đoạn 2025 – 2026 đã cho ra đời hệ mang nano chứa chiết xuất thực vật, nano astaxanthin từ tảo Haematococcus pluvialis, màng bao sinh học kháng khuẩn tích hợp nano bạc, nâng cao hiệu quả bảo vệ vết thương trước sự tấn công của vi khuẩn đa kháng thuốc.
Ứng dụng công nghệ bức xạ trong bảo quản mô ghép tại các ngân hàng mô
Bảo tồn mô là lĩnh vực mấu chốt của ngoại khoa chấn thương chỉnh hình và tạo hình. Việc sử dụng nguồn bức xạ ion hóa liều cao để tiệt trùng các mảnh ghép đồng loại hoặc tự thân trước khi cấy ghép là biện pháp duy nhất đảm bảo tính vô trùng tuyệt đối mà không làm mất đi các đặc tính sinh-cơ học cốt lõi của mô xương.
Tại các ngân hàng mô lớn ở Việt Nam, điển hình là Ngân hàng Mô thuộc Bệnh viện Hữu nghị Việt Đức, quy trình bảo quản mảnh xương sọ tự thân của bệnh nhân mở hộp sọ giải áp được thực hiện vô cùng nghiêm ngặt. Mảnh xương sau khi lấy ra khỏi cơ thể bệnh nhân được làm sạch cơ học, đóng gói hai lớp túi vô trùng và đưa vào bảo quản trong các tủ siêu lạnh ở nhiệt độ -80oC đến -85oC. Quá trình tiệt trùng được thực hiện bằng cách chiếu xạ tia gamma từ nguồn Co-60. Liều lượng chiếu xạ là yếu tố quyết định chất lượng mảnh ghép. Trong khi Hiệp hội Ngân hàng Mô Hoa Kỳ (AATB) khuyến cáo sử dụng liều chiếu 15kGy, thì tại Việt Nam và các nước thành viên Hiệp hội Ngân hàng Mô Châu Á – Thái Bình Dương (APTB) áp dụng liều tiêu chuẩn là 25kGy. Sự lựa chọn liều 25kGy đảm bảo hệ số an toàn vô trùng (SAL) đạt 10-6 ngay cả đối với các mẫu mô có mật độ tạp nhiễm ban đầu cao đặc trưng của vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa.
Đặc biệt, việc tiến hành chiếu xạ ở trạng thái đông lạnh sâu (-85 oC) là giải pháp khoa học tinh tế. Nhiệt độ cực thấp làm bất động các phân tử nước, ngăn chặn sự hình thành các gốc tự do khuếch tán tự do trong cấu trúc chất nền của xương. Nhờ đó, các sợi collagen loại I chịu trách nhiệm về độ bền uốn và độ dẻo dai của xương được bảo vệ vẹn toàn, không bị cắt mạch đứt gãy. Ngược lại, nếu chiếu xạ ở liều quá cao (>50kGy) hoặc không kiểm soát nhiệt độ lạnh sâu, cấu trúc collagen sẽ bị phá hủy nghiêm trọng, khiến mảnh xương sọ bị giòn, dễ tiêu xương và chậm liền sau khi ghép.
Hiệu quả thực tế của quy trình bảo quản lạnh sâu kết hợp chiếu xạ gamma được minh chứng rõ nét qua các nghiên cứu hồi cứu quy mô lớn tại Ngân hàng Mô – Bệnh viện Hữu nghị Việt Đức. Kết quả theo dõi vi thể sau khi ghép cho thấy hiện tượng viêm cục bộ tại vùng tiếp giáp giảm dần theo thời gian. Quá trình liền xương diễn ra qua hai pha chính: sự liên kết chắc chắn giữa các cạnh của mảnh ghép với xương sọ chủ, tiếp theo là sự xâm nhập của hệ thống tân mạch và tế bào trung mô vào cấu trúc xốp của mảnh xương ghép, biến đổi mảnh ghép thành một “hòn đảo” xương sống động và cuối cùng được thay thế hoàn toàn bằng xương tự thân mới trưởng thành.
Từ khóa: bức xạ;
– CMD –
