Nghiên cứu tổng hợp và đánh giá độ bền của nanocurcumin

Nghiên cứu tổng hợp và đánh giá độ bền của nanocurcumin Nghiên cứu tổng hợp và đánh giá độ bền của nanocurcumin Nghiên cứu tổng hợp và đánh giá độ bền của nanocurcumin

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA HÓA HỌC Vũ Tuấn Anh Lương Thị Hải Nghiên cứu tổng hợp đánh giá độ bền nano curcumin BÁO CÁO NIÊN LUẬN Ngành Công Nghệ Kĩ Thuật Hóa Học (Chương trình đào tạo chuẩn) Cán hướng dẫn: TS Nguyễn Thế Dũng Hà Nội – 2020 DANH MỤC VIẾT TẮT Ký hiệu, chữ viết tắt Tên đầy đủ CUR PVP K30 UV-VIS Curcumin Polyvinyl pyrrolidone K30 Ultraviolet-visible spectroscopy Phổ hấp thụ phân tử UV-VIS 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl Scanning Electron Microscopy Kính hiển vi điện tử quét Polyethulene glycols DPPH SEM PEG Mục Lục Chương I.Tổng quan 1.1Giới thiệu chung 1.1.1 Nguồn gốc .7 1.1.2 Thành phần tính chất 1.2 Các Kỹ thuật đóng gói curcumin 11 1.2.1 Vi nhũ tương .11 1.2.2 Trùng hợp vi nhũ tương trùng hợp nhũ tương .12 1.2.3 Sấy phun .13 1.2.4 Bay dung môi .13 1.2.5 Đóng gói hạt nano lõi dầu 14 1.2.6 Đóng gói Liposome 14 1.2.7 Kết tủa kháng dung môi .15 1.2.8 Nanoprecipitian (Dịch chuyển dung môi) 15 1.2.9 Kết tủa chống dung môi siêu tới hạn (SAS) 16 1.3 Các kỹ thuật tổng hợp nano curcumin .16 1.3.1 Sử dụng máy nghiền học siêu âm .16 1.3.2 Phương pháp kết tinh chống phá hủy 17 1.4 Ứng dụng 18 1.4.1 Chống ung thư 18 1.4.2 Chống viêm loét, kháng khuẩn 19 1.4.3 Chống oxi hóa .20 1.5 Các sản phẩm thương mại hóa 20 1.5.1 Trên giới 20 1.5.2 Ở Việt Nam 22 Chương II.THỰC NGHIỆM 24 2.1 Nội dung nghiên cứu 24 2.2 Hóa chất,thiết bị,dụng cụ thí nghiệm 24 2.2.1 Hóa chất .24 2.2.2 Dụng cụ .24 2.2.3 Thiết bị 24 2.3 Phương pháp tổng hợp nano curcumin 25 2.4 Đánh giá độ bền CUR môi trường kiềm 25 2.5 Đánh giá kiểm chứng có mặt Cur sau trung hịa axit HCl có mặt PVP K30 25 2.6 Các phương pháp phân tích 25 2.6.1 Phương pháp hấp thụ phân tử UV-VIS 25 2.6.2 Phân tích phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) .25 Tài Liệu Tham Khảo 27 Chương I.Tổng quan 1.1Giới thiệu chung 1.1.1 Nguồn gốc Curcumin gia vị màu vàng có nguồn gốc từ thân rễ Curcuma longa L (hay cịn gọi nghệ ) Cây có nguồn gốc từ Ấn Độ Đông Nam Á thường sử dụng nấu ăn để điều trị loạt rối loạn y học nhiều năm trước [1] Ở Việt Nam Nghệ trồng nhiều Tây Nguyên miền Bắc Từ lâu người biết sử dụng tất thành phần nghệ để làm thuốc chữa bệnh, làm gia vị, làm phẩm màu cho việc chế biến thực phẩm Trong y học cổ truyền, nghệ sử dụng để chữa bệnh như: bệnh loét dày, loét da, bệnh hen suyễn, chữa bỏng 1.1.2 Thành phần tính chất Chiết xuất dung mơi hữu từ rễ Curcuma Longa (củ nghệ) sau kết tinh lại thường định nghĩa curcumin Tuy nhiên, chiết xuất chuẩn bao gồm hỗn hợp ba thành phần polyphenolic; thành phần 1,7-bis- (4-hydroxy-3-methoxy-phenyl) - hepta1,6-diene-3,5-dione (cịn gọi curcumin Diferuloylmethane) ngồi desmethoxy (demethoxycurcumin) ) dẫn xuất bis-desmethoxy (bis- demethoxycurcumin) tỷ lệ khác (Hình 1) Hình Cấu trúc hóa học ba thành phần chiết xuất curcumin Curcumin sắc tố hòa tan dầu, thực tế khơng hịa tan nước pH axit trung tính hịa tan pH kiềm Curcumin có dạng bột màu vàng cam huỳnh quang, khơng mùi, bền với nhiệt độ, không bền với ánh sáng Nhiệt độ nóng chảy 180-1850C Khi dạng dung dịch, curcumin dễ bị phân hủy ánh sáng nhiệt độ, tan chất béo, etanol, metanol, diclometane, acetone, axetic acid không tan nước môi trường acid hay trung tính, tan mơi trường kiềm tạo dung dịch màu đỏ máu ngã tím Chiết xuất Curcumin có lịch sử sử dụng lâu dài chất gia vị chất tạo màu Curcumin tương đối ổn định pH axit, nhanh chóng phân hủy pH kiềm thành axit ferulic ferulolymethane, chất tiếp tục phân hủy thành vanillin acetone Curcumin thể tautome keto-enol dạng enol chứng minh dạng chiếm ưu dung dịch nước Hình 1.2 Các nghiên cứu cho thấy cấu trúc dạng enol ổn định mặt lượng dạng rắn dạng dung dịch Các nhóm chức o-methoxyphenol ngun tử H gốc methylene đóng vai trị quan trọng hoạt tính chống oxy hóa curcumin thơng qua khả nhường điện tử nhường nguyên tử H tới hợp chất có tính oxy hóa mạnh Curcumin có khả tương tác với phân tử sinh học thông qua liên kết không cộng hóa trị lẫn liên kết cộng hóa trị.Curcumin sở hữu tính chất hóa học riêng biệt tạo điều kiện cho tương tác với nhiều phân tử sinh học bao gồm protein, lipid axit nucleic.Ví dụ, tương tác liên kết hydro thông qua hợp chất  - dicarbonyl, nhóm hydroxyl phenolic nhóm methoxy Mặc dù curcumin có hoạt tính sinh học độc đáo, gặp phải số hạn chế bao gồm: vấn đề đường tiêu hóa, sinh khả dụng hấp thu kém, thời gian bán hủy ngắn, khả hòa tan dung dịch nước, loại bỏ nhanh hệ thống hoạt động chống huyết khối gây cản trở q trình đơng máu, Vì năm gần nghiên cứu curcumin tập trung vào phát triển hệ thống phân phối hiệu làm tăng tính ổn định, tính ưa nước, tính khả dụng sinh học phân phối mục tiêu với hiệu điều trị nâng cao Ta có bảng độ tan curcumin Bảng 1.1 Độ tan Curcumin STT Vật liệu Độ tan Phương pháp Ứng dụng CUR , H2O 3.2mg/l CUR, CD 3,9µg/ml Bay dung mơi 4,9µg/ml 15,6 µg/ml Làm khơ Phương Autolate 10 Pháp Bướu cổ CUR, Tocopherol polyethylene glycol 1000 succinate, Nanosuspensi ons (NSs) Đồng siêu âm điều chế 260µg/ml PEG 6000 1:1 1:4 1:8 CUR, PVP, PEG 6000, PEG 4000 PEG 4000 1:1 1:4 1:8 PEG 6000 1:1 1:4 1:8 PEG 4000 46.778 µg/ml 20.205 µg/ml 31.882 µg/ml 33.305 µg/ml 33.138 µg/ml 50.543 µg/ml 1034.6 µg/ml 1:1 5.774 µg/ml 1;4 18.075 µg/ml 43.263 µg/ml 1:8 PEG 6000 20.585 µg/ml 42.343 µg/ml Phương pháp vật lý Phương pháp nóng chảy Nhược điểm khơng mong muốn curcumin khả hoà tan dung dịch nước để tăng cường sinh khả dụng nó, người ta kết hợp curcumin vào số hệ thống phân phối thuốc : - Ứng dụng công nghệ nano để phát triển dạng nano curcumin 11 Việc ứng dụng công nghệ nano để phát triển dạng nano curcumin dẫn đến khả hòa tan nước, khả dụng sinh học chế phân phối curcumin nghiên cứu chúng chứng minh hữu ích cho liệu pháp phối hợp loại thuốc khác kết hợp với curcumin Điều đồng thời làm tăng thời gian bán hủy, giảm tác dụng phụ độc hại curcumin dẫn đến cải thiện sinh khả dụng dược phẩm hiệu điều trị Lợi ứng dụng công nghệ nano phân phối thuốc phân phối mục tiêu, theo thuốc phân phối quan đích với hiệu điều trị cải thiện Hiện nay, loại thuốc nano khác nhà nghiên cứu khác đánh giá như: nanoemulsions, nanomicelles, nanoliposome, hạt nano, nanocarrier, ống nano, v.v tăng cường khả hòa tan nước, độ ổn định sinh học chế phân phối mục tiêu thuốc kết hợp sử dụng để điều trị kết hợp hai nhiều loại thuốc kết hợp vào hệ thống phân phối thuốc Chúng làm tăng thời gian bán hủy giảm tác dụng phụ độc hại thuốc, dẫn đến cải thiện sinh khả dụng dược phẩm tăng hiệu điều trị - Sử dụng kĩ thuật đóng gói Các kỹ thuật đóng gói áp dụng rộng rãi cho loạt chất hoạt tính sinh học để cải thiện tính ổn định, sinh khả dụng tính kỵ nước để tránh tác dụng phụ gây liều lượng cao số loại thuốc yêu cầu Trong trường hợp curcumin, đặc tính kỵ nước độ ổn định thấp điều kiện kiềm, xử lý nhiệt, ánh sáng, ion kim loại, axit ascobic chất khác làm cho trở lên dễ dàng cho việc đóng gói Các nghiên cứu thập kỷ qua chứng minh đóng gói curcumin khả thi thực kỹ thuật kích thích nano, micellization, nhũ hóa miniemulsization sau loại bỏ dung mơi, phản ứng liên kết ngang Tuy nhiên, phải ý chọn quy trình đóng gói ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu đóng gói tồn tương tác cụ thể với cấu trúc hóa học curcumin Một số ví dụ polyme vơ định hình bán tinh thể tổng hợp bán tinh thể, hydrogel, chất mang micro nano rắn, quy trình phức ion Trong trường hợp viên nang nano, ổn định keo vấn đề kết tụ dẫn đến giảm diện tích bề mặt cụ thể nói chung tốc độ giải phóng chậm Về kích thước viên nang, microscale thường dẫn đến tăng khả dụng sinh học, sử dụng lâm sàng cụ thể điều trị ung thư đòi hỏi viên nang nano chế thực bào Tuy nhiên, microcapsules phương pháp có chi phí thấp, dễ dàng mở rộng quy mơ để đóng gói curcumin Các nghiên cứu gần tập trung vào việc mơ tả đặc tính vật liệu thu để đảm bảo curcumin đóng gói cách phân phối đồng Ngồi ra, lợi ích sinh khả dụng tác dụng dược lý phải chứng minh rộng rãi để bù đắp cho phức tạp gia tăng kỹ thuật đóng gói 1.2 Các Kỹ thuật đóng gói curcumin Các kỹ thuật đóng gói áp dụng rộng rãi cho loạt chất hoạt tính sinh học để cải thiện tính ổn định, sinh khả dụng tính kỵ nước để tránh tác dụng phụ gây liều lượng cao số loại thuốc yêu cầu Trong trường hợp curcumin, đặc tính kỵ nước độ ổn định thấp điều kiện kiềm, xử lý nhiệt, ánh sáng, ion kim loại, axit ascobic chất khác biến thành ứng cử viên tự nhiên cho việc đóng gói Các nghiên cứu thập kỷ qua chứng minh đóng gói curcumin khả thi thực kỹ thuật kích thích nano, 12 micellization, nhũ hóa miniemulsization sau loại bỏ dung môi, phản ứng liên kết ngang Tuy nhiên, phải ý chọn ma trận đóng gói ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu đóng gói tồn tương tác cụ thể với cấu trúc hóa học curcumin Một số ví dụ polyme vơ định hình bán tinh thể tổng hợp bán tinh thể, hydrogel, chất mang micro nano rắn, ma trận phức ion Trong trường hợp viên nang nano, ổn định keo vấn đề kết tụ dẫn đến giảm diện tích bề mặt cụ thể nói chung tốc độ giải phóng chậm Về kích thước viên nang, microscale thường dẫn đến tăng khả dụng sinh học, sử dụng lâm sàng cụ thể điều trị ung thư đòi hỏi viên nang nano chế thực bào Tuy nhiên, microcapsules phương pháp có chi phí thấp, dễ dàng mở rộng quy mơ để đóng gói curcumin Các nghiên cứu gần tập trung vào việc mơ tả đặc tính vật liệu thu để đảm bảo curcumin đóng gói cách phân phối đồng dọc theo ma trận Ngoài ra, lợi ích sinh khả dụng tác dụng dược lý phải chứng minh rộng rãi để bù đắp cho phức tạp gia tăng kỹ thuật đóng gói 1.2.1 Vi nhũ tương Hệ vi nhũ tương hệ phân tán dị thể, gồm pha dầu pha nước phân tán đồng vào ổn định phân tử chất điện hoạt bề mặt phân cách hai pha, có tính đẳng hướng mặt quang học, ổn định mặt nhiệt động giống dung dịch lỏng Nhiều nghiên cứu việc sử dụng hệ vi nhũ tương nhằm tăng khả hịa tan tính ổn định curcumin triển khai Bergonzi cộng [2] nghiên cứu cải thiện khả hịa tan tính ổn định hấp thu curcumin cách phát triển vi nhũ tương dầu nước Ba loại vi nhũ tương phát triển ổn định chất hoạt động bề mặt không ion Cremophor EL, Tween 20, Tween 80 Lecitin chứa nhiều loại dầu dầu ô liu, dầu mầm lúa mì, vitamin E Tính ổn định hóa học vật lý ba hệ thống đánh giá vòng hai tháng Sự hấp thu curcumin hệ vi nhũ tương tốt nghiên cứu in vitro ống nghiệm sử dụng xét nghiệm tính thấm màng nhân tạo song song Công thức tối ưu bao gồm 3,3 g/100 g vitamin E, 53,8 g/100 g Tween 20, 6,6 g/100 g ethanol nước (36,3 g/100 g), với độ hòa tan tối đa curcumin lên tới 14,57 mg / ml tỷ lệ phần trăm thẩm thấu qua màng nhân tạo khoảng 70% Khả thẩm thấu qua da curcumin thông qua hệ vi nhũ tương Sintov nghiên cứu [3] Ông đánh giá tiềm phân phối qua da hệthống vi nhũ tương Ba loạt thí nghiệm thực để nghiên cứu đặcđiểm hệ thống: nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng nước đến độ thẩm thấu curcumin, nghiên cứu ảnh hưởng vi nhũ tương đến tính thấm Độ thẩm thấu curcumin từ vi nhũ tương, chứa 5%, 10% curcumin lên tính thấm đánh giá đóng góp phế nang tự nhiên 20% nước (1% curcumin) đo in vitro sử dụng da chuột Ông chứng minh hệ số thấm curcumin công thức chứa 10% nước (ME-10) cao gấp đôi so với giá trị thu công thức với 5% 20% nước Lời giải thích cho kết giảm kích thước giọt nồng độ curcumin giọt vi nhũ tương pha nước giảm từ 20% xuống 5% 1.2.2 Trùng hợp vi nhũ tương trùng hợp nhũ tương Trùng hợp vi nhũ tương phương pháp phổ biến để điều chế mạng polymer với hàm lượng chất rắn cao tốc độ phản ứng nhanh Trong phản ứng trùng hợp vi nhũ tương, 13 hạt tạo pha vi nhũ ổn định nhiệt động có chứa micell Để tiến hành trùng hợp nhũ tương, dung môi chọn phải khơng hịa tan monomer polymer sản phẩm với polymer sản phẩm dễ dàng keo tụ với phương pháp thông thường Duan đồng nghiệp[4]đã tổng hợp hạt nano curcumin-chitosan-poly(butyl cyanoacrylate) kỹ thuật trùng hợp nhũ tương Ơng thu hạt có dạng hình cầu, với kích thước trung bình 200nm hiệu suất đóng gói 90.04% Trong nghiên cứu in vitro, hạt nano curcumin cho thấy khả điều trị tương đương với curcumin tự ức chế tăng trưởng tế bào ung thư gan tác dụng thúc đẩy chết lập trình tế bào Shaikh cộng đóng gói curcumin poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) kỹ thuật kết tủa nano Các hạt nano thu có dạng hình cầu với kích thước hạt 264 nm Các nghiên cứu in vivo curcumin đóng gói có khả dụng sinh học đường uống cao gấp lần so với curcumin thông thường Các hạt nano Zein tổng hợp thành cơng Patel cộng [5] Ơng thu hạt hình cầu với kích thước hạt trung bình khoảng 100 - 150nm Nghiên cứu chiếu xạ UV tăng cường khả quang hóa curcumin dạng hạt nano Bên cạnh đó, báo trình bày ổn định keo tốt pH khác [6] Trong nghiên cứu khác, kỹ thuật kết tủa nano Yallapu cộng sử dụng để đánh giá vai trò nano curcumin ung thư tuyến tiền liệt Kết họ chứng minh hạt nano PLGA có chứa curcumin có hiệu ức chế tăng trưởng tế bào ung thư tuyến tiền liệt in vitro in vivo 1.2.3 Sấy phun Để đóng gói phương pháp sấy phun, hỗn hợp vật liệu đồng đưa vào máy sấy phun Chúng nguyên tử hóa vịi phun Khi tiếp xúc với khơng khí nóng, dung mơi bị bay sau vật liệu hóa rắn, làm khơ thu lại sau chúng rơi xuống đáy máy sấy Thông thường, kỹ thuật cung cấp hạt hình cầu với phạm vi kích thước trung bình từ 10 - 100 μm Những ưu điểm kỹ thuật đóng gói sấy phun hoạt động liên tục, tiết kiệm, linh hoạt sản xuất hạt với chất lượng tốt Paramera đồng nghiệp [7] sử dụng kỹ thuật sấy phun để đóng gói curcumin tinh bột biến tính Các tác giả thu giá trị thấp hiệu đóng gói (khoảng 56%) Họ cho chất curcumin tinh bột biến tính có liên kết hydro, khả đóng gói thấp tinh bột biến tính có lẽ mức độ thay thấp (