Nghiên cứu sự hấp phụ các hoạt chất trong tinh dầu tràm trà qua bề mặt da bằng mô phỏng động lực học phân tử.pdf

NTTƯ-NCKH-04 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Nguyễn Tất Thành BÁO CÁO TỔNG KÉT ĐÈ TÀI NCKH DÀNH CHO CÁN Bộ - GIẢNG VIÊN 2019 Tên đề tài: Nghiên cửu hấp phụ hoạt chất tinh dầu tràm trà qua bề mặt da mô động lực học phân tử Sổ hợp đồng: 2019.01.43/HĐ-KHCN Chủ nhiệm đề tài: Th.s Đồ Đình Nhật Đơn vị cơng tác: Khoa Kỳ thuật Thực phàm Môi trường Thời gian thực hiện: Từ tháng 3/2019 đến tháng 12/2019 TP Hồ Chỉ Minh, ngày 26 tháng 12 năm 2019 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Nguyễn Tất Thành BÁO CÁO TÓNG KẾT ĐÈ TÀI NCKH DÀNH CHO CÁN Bộ - GIẢNG VIÊN 2019 Tên đề tài: Nghiên cửu hấp phụ hoạt chất tinh dầu tràm trà qua bề mặt da mô động lực học phân tử Sổ hợp đồng : 2019.01.43/HĐ-KHCN Chủ nhiệm đề tài: Th.s Đồ Đình Nhật Đơn vị cơng tác: Khoa Kỳ thuật Thực phẩm Môi trường Thời gian thực hiện: Từ tháng 3/2019 đến tháng 12/2019 MỤC LỤC MỞ ĐÀU .’ CHƯƠNG TÓNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan tinh dầu tràm trà 1.2 Tổng quan cấu trúc, chức da chế xâm nhập hoạt chất qua da 1.2.1 Cấu trúc chức da 1.2.2 Cơ chế xâm nhập hoạt chất qua da 1.3 Tổng quan nghiên cứu thực nghiệm hấp phụ hoạt chất qua da 1.4 Tổng quan phuơng pháp mô động lực học phân tử nghiên cứu hấp phụ hoạt chất qua da 10 1.5 Tổng quan nghiên cứu hấp phụ thành phần tinh dầu tràm trà da 11 CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu .14 2.1 Mục tiêu đề tài 14 2.2 Nội dung nghiên cứu 14 2.3 Phương pháp nghiên cứu 15 2.3.1 Phương pháp mô động lực học phân tử (MDS) 15 2.3.2 Xây dựng mơ hình động lực học phân tử hệ hoạt chất tinh dầu tràm trà da 20 2.3.3 Phân tích đặc trưng vi cấu trúc, tính chất hệ 22 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 3.1 Mô cấu trúc lớp lipid da hoạt chất Terpinen-4-ol 1,8-Cineol 25 3.2 Mô hấp phụ hoạt chất 1,8-Cineol tinh dầu tràm trà qua lóp lipid da 27 3.2.1 Cấu trúc hoạt chất 1,8-Cineole phân bố sau hấp phụ vào lipid da nồng độ khác nhau: 27 3.2.2 Hàm phân bố xuyên tâm (Radial Distribution Function) hoạt chất 1,8Cineole 28 3.2.3 Hệ số tự khuếch tán (Self-Diffusion Coefficient) hoạt chất 1,8-Cineole 31 3.3 Mô hấp phụ hoạt chất Terpinen-4-ol tinh dầu tràm trà qua lớp lipid da 33 3.3.1 Cấu trúc cùa hoạt chất Terpinen-4-ol phân bố sau hấp phụ vào lipid da nồng độ khác nhau: 33 3.3.2 Hàm phân bố xuyên tâm (Radial Distribution Function) hoạt chất Terpinen4-01 34 3.3.3 Hệ số tự khuếch tán (Self-Diffusion Coefficient) hoạt chất Terpinen-4-ol 35 3.4 Mô hấp phụ hệ hồn hợp hoạt chất Terpinen-4-ol 1,8-Cineole tinh dầu tràm trà qua lớp lipid da 37 3.4.1 Cấu trúc cùa hệ hồn hợp hoạt chất Terpinen-4-ol 1,8-Cineol phân bố sau hấp phụ vào da tỉ lệ thành phần khác hỗn hợp 37 3.4.2 Hàm phân bố xuyên tâm (Radial Distribution Function) hệ hồn họp hoạt chất Terpinen-4-ol 1,8-Cineole tinh dầu tràm trà qua lớp lipid da 38 3.4.3 Hệ số tự khuếch tán (Self-Diffusion Coefficient) hồn hợp hoạt chất Terpinen-4-ol 1,8-cineol 39 3.4.4 Độ giảm sức căng bề mặt (Surface Tension Reduction) hệ hỗn hợp hai hoạt chất Terpinen-4-ol vàl,8-Cineole bề mặt da 40 3.4.5 Liên hệ kết nghiên cứu giải thích vấn đề thực tiễn: 41 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO ii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình Hình ảnh mơ tả cấu trúc phân tử thành phần lớp lipid da bao gồm ceramides (CER), cholesterol (CHOL) axit béo tự (FFA) hoạt chất tinh dầu tràm trà Terpinen-4-ol 1,8-Cineole Hình ảnh quan sát từ phần phềm visual molecular dynamics (VMD) 26 Hình 2: cấu trúc lớp lipid da khởi tạo ban đầu (trái) sau chạy mô (phải) Hình ảnh quan sát từ phần phềm (VMD) 26 Hình 3: cấu trúc lớp lipid da bao gồm phân tử nước đạt cân sau mô 27 Hình 4: Phân bố hoạt chất 1,8-cineol nồng độ thấp Ac=l,4 nm2 (Ac=diện tích bề mặt/số phân tử) 28 Hình 5: Phân bố hoạt chất 1,8-cineol nồng độ cao Ac= 0,35 nm2 (Ac=diện tích bề mặt/số phân tử) 28 Hình 6: Hàm phân bố xuyên tâm hệ phân bố hoạt chất 1,8-cineol da nống độ 1,8-cineol khác Ac=l,4nm2, Ac=0,7 nm2, Ac=0,35 nm2, (Ac=diện tích be mặt/số phân tử) 30 Hình 7: Chuyến vị bình phương trung bình (MSD) 1,8-cineol theo thời gian nong độ 1,8-cineol khác Ac=l,4nm2, Ac=0,7 nm2, Ac=0,35 nm2, (Ac=diện tích be mặt/số phân tử) 32 Hình 8: Phân bố hoạt chất Terpinen-4-ol nồng độ thấp Ac=l,4 nm2 (Ac=diện tích bề mặt/số phân tử) 33 Hình 9: Phân bố hoạt chất Terpinen-4-ol nồng độ cao Ac= 0,35 nm2 (Ac=diện tích bề mặt/số phân tử) 33 Hình 10: Hàm phân bố xuyên tâm hệ phân bố hoạt chất Terpinen-4-ol da nống độ Terpinen-4-ol khác Ac=l,4nm2, Ac=0,7 nm2, Ac=0,35 nm2, (Ac=diện tích bề mặt/số phân tử) .34 Hình 11: Chuyển vị bình phương trung bình (MSD) Terpinen-4-ol theo thời gian nống độ Terpinen-4-ol khác Ac=l,4nm2, Ac=0,7 nm2, Ac=0,35 nm2, (Ac=diện tích bề mặt/số phân tử) .36 iii Hình 3.12: Phân bố hoạt chất 1,8-Cineole Terpinen-4-ol lớp lipid da tỉ lệ % 1,8-Cineole khác hồn hợp, từ trái qua phải 25%; 50% 75% 37 Hình 13: Hàm phân bố xuyên tâm cùa hệ hồn hợp hoạt chất Terpinen-4-ol 1,8Cineole qua lớp lipid da tỉ lệ % 1,8-Cineole khác 25%, 50% 75% 38 Hình 14: Hệ số tự khuếch tán (Self - diffusion coefficient) hệ hồn hợp Terpinen-4ol 1,8-Cineole tinh dầu tràm trà theo thời gian qua lớp lipid da ở tỉ lệ % 1,8-Cineole hồn hợp khác 39 Hình 15: Độ giảm sức căng bề mặt (Surface Tension Reduction) hệ hồn hợp Terpinen-4-ol 1,8-Cineole tinh dầu tràm trà qua lớp lipid da ở tỉ lệ % 1,8-Cineole hồn hợp khác 41 Hình 16: Hàm phân bố xuyên tâm, hệ số tự khếch tán, độ giảm sức căng bề mặt (từ trái qua phải) hệ hỗn hợp Terpinen-4-ol 1,8-Cineole tinh dầu tràm trà qua lớp lipid da ở tỉ lệ % 1,8-Cineole hồn hợp khác 43 iv TÓM TẲT KẾT QUẢ NGHIÊN cứu STT Kết đạt Công việc thực Nghiên Đã tiến hành nghiên cứu đánh giá tổng quan tinh dầu tràm trà; cấu trúc, chức nàng bàn cùa da che xâm nhập hoạt chat qua da; ve nghiên cứu thực nghiệm cứu đánh giá tổng quan đề hấp phụ hoạt chất qua da; ve phuơng pháp mơ phịng động lực học phân từ nghiên cứu tài hấp phụ hoạt chất qua da; ve nghiên cứu ve hấp phụ thành phan tinh dầu tràm trà da Mô hap phụ hoạt chất Đã thực mơ phịng hấp phụ hoạt chất 1,8-Cineole tinh dầu tràm trà qua lớp lipid da: ❖ The hình ânh trực quan cấu trúc cùa hoạt chất 1,8-Cineole phân bo cùa 1,8-Cineole sau hấp phụ vào da nong độ khác từ thấp đen cao Ac=l,4 nm2, tinh dầu tràm trà Ac=0,7 nm2 Ac=0,35 nm2 (Ac=diện tích be mặt/số phân tử) ❖ Xác định hàm phân bố xuyên tâm cũa hoạt chất 1,8-Cineole qua da nong độ qua lóp lipid khác từ thấp đen cao cho thay nồng độ 1,8-cineol có giá trị Ac=l,4nm2 da cho thấy độ cao vị trí cùa cực đại thứ 2,2 0,8 nm, đình thứ HPBXT đặt vị trí l,3nm độ cao peak 1,3 Khi nong độ hoạt chất 1,8cineol phân bố da tăng cường độ peak giảm, phân từ hoạt chất có xu hướng phân bo phân tán, nhiên giữ trật tự gan ❖ Xác định hệ so tự khuếch tán cùa hoạt chất 1,8-Cineole nong độ khác từ thấp đen cao cho thấy nồng độ hoạt chất 1,8-cineol tăng độ dịch chuyển trung bình phân tử 1,8-cineol lóp lipid da giảm, phân tử hoạt chất có khuynh hướng khuếch tán thấp Mô hấp phụ Đã thực mô hấp phụ hoạt chất Terpinen-4-ol tinh dầu tràm trà qua lớp lipid da: chat ❖ The hình ành trực quan cấu trúc cùa hoạt chất Terpinen-4-ol phân bố Terpinen-4-ol cùa sau hấp phụ vào da nồng độ khác từ thấp đen cao Ac=l,4 nm2, Ac=0,7 nm2, Ac=0,35 nm2 (Ac=diện tích be mặt/số phân từ) hoạt tinh dầu tràm trà ❖ Xác định hàm phân bố xuyên tâm cùa hoạt chất Terpinen-4-ol qua da nong qua lóp lipid độ khác từ thấp đen cao cho thấy hoạt chất Terpinen-4-ol có nong độ da thấp (Ac=l,4nm2) phân bo da cường độ Peak giản RDF cao Khi nồng độ Terpinen-4-ol tăng (Ac=0,7nm2 Ac=0,35nm2) V cường độ peak giản đô RDF thấp So với hệ hoạt chất 1,8-cineol da hệ hoạt chất Terpinen-4-ol cho thay xác suất bắt gặp phân từ hoạt chất khoảng cách gần thấp nhiều Các phân từ hoạt chất Terpinen-4-ol có khuynh hướng cách xa nhau, từ vị trí khống cách hai phân tữ Terpinen-4-ol có r lớn Inm, cường độ peak ngang, phân tứ Terpinen- 4-ol phân bố khơng có trật tự ❖ Xác định hệ số tự khuếch tán cùa hoạt chất Terpinen-4-ol nong độ khác từ thấp đen cao cho thấy hoạt chất Terpinen-4-ol có nong độ thấp (Ac=l,4nm2) phân bố da độ dịch chuyển trung bình theo thời gian cùa phân tử Terpinen-4-ol có độ dốc thấp nhất, phân tữ hoạt chất có xu hướng khuếch tán Khi nong độ Terpinen-4-ol tăng (Ac=0,7nm2 Ac=0,35nm2) chuyển vị bình phương trung bình cùa Terpinen-4-ol theo thời gian có độ dốc cao so với trường hợp nong độ thấp (Ac=l,4nm2) Như nong độ hoạt chất Terpinen-4-ol cao be mặt lipid da, phân tữ hoạt chất tỏ linh động hơn, độ khech tán cao Điều hoàn toàn trái ngược với trường họp cùa hệ hoạt chất 1,8-cineol da Mô hấp phụ hệ hồn họp hoạt Đã thực mô hấp phụ hệ hồn họp hoạt chất Terpinen-4-ol 1,8-Cineole tinh dầu tràm trà qua lóp lipid da: ❖ The hình ánh trực quan cấu trúc cùa hệ hỗn họp hoạt chất Terpinen-4-ol chất 1,8-Cineole phân bố cũa sau hấp phụ vào da các ti lệ 1,8- Terpinen-4-ol Cineole từ thấp đến cao (0-100%) 1,8 ❖ Xác định hàm phân bố xuyên tâm cùa hệ hồn họp hoạt chất Terpinen-4-ol 1,8- Cineole tinh dầu tràm Cineole qua da tỉ lệ 1,8-Cineole từ thấp đen cao (0-100%) cho thấy tỉ lệ lớp Peak giãn RDF cao Khi ti lệ hoạt chất 1,8-cineol hồn hợp trà qua lipid da hoạt chất 1,8-cineol hồn họp 25% phân bo da cường độ tăng (50% 75%) cường độ peak giàn RDF thấp Khi tì lệ hoạt chất 1,8-cineol hỗn họp thấp, xác suất bắt gặp phân tữ 1,8-cineol Terpinen-4-ol khoảng cách gần cao hơn, phân tứ hoạt chất có xu hướng gần nhau, nhiên xác suất bat gặp phân tứ khoảng cách gan thấp so với hệ hoạt chất riêng lẻ trình bày ❖ Xác định hệ số tự khuếch tán cùa hệ hỗn hợp hoạt chất Terpinen-4-ol 1,8- Cineole qua da tỉ lệ từ thấp đến cao (0-100%) cho thấy cho thấy xu hướng rõ rệt, khi ti lệ 1,8-Cineole hỗn hợp tăng từ -25% độ dịch chuyển trung bình phân tử hoạt chất lóp lipid da giám nhanh, phân từ hoạt chất có khuynh hướng khuếch tán Khi ti lệ 1,8-Cineole hồn hợp tăng từ 25%-100% độ dịch chuyển trung bình phân từ vi hoạt chất lóp lipid da xu hướng tăng, phân tữ hoạt chất có khuynh hướng linh động hơn, độ khếch tán cao khuếch tán tốt ❖ Xác định độ giảm sức căng be mặt cùa hệ hỗn họp hai hoạt chất Terpinen-4-ol vàl,8-Cineole be mặt da cho thấy thành phần 1,8-Cineole tăng, sức căng be mặt da tăng nhanh (khoảng ImN/m) phạm vi thành phần (0- 28%) đạt đen đinh cao tỷ lệ cineol khoảng 28%, sau giảm đáng ke (khoảng ImN / m) thành phan cùa 1,8-Cineole tăng từ 28-50% Sức căng be mặt da giảm nhẹ không đáng ke tăng tỳ lệ 1,8-Cineolel từ 50-60% (khoảng ImN / m) ốn định thành phần 1,8-Cineole tăng từ 60-100% hệ Tiêu chuẩn iso 4730:2017 chất lượng tinh dầu tràm trà quy định hàm lượng 1,8- kêt Cineole giới hạn 10% hàm lượng Terpinen-4-ol từ 35%-48% Việc quy định giới hạn thành phần tinh dầu tràm trà đe tăng chất lượng, đảm bảo hiệu dược lý Liên nghiên cứu giải thích vấn đe thực tiền tinh dầu tràm trà theo thực te sử dụng, khơng có sở khoa học đe giải thích Kết góp phần giải thích quy định giới hạn này, liên quan đến mối quan hệ đặc biệt thành phần ti lệ hai hoạt chất quan tâm tinh dau tràm trà 1,8 Cineole Terpinen-4-ol đen khà khuếch tán, hấp phụ cũa hoạt chất be mặt da Tại ti lệ xác định, tương tác phức tạp thành phan hoạt chất be mặt da làm cho hoạt chất dề dàng khếch tán, hấp phụ bề mặt da khó để hấp phụ, khuếch tán be mặt da STT Sản phấm đạt Sản phấm đăng ký Báo cáo tông kêt đê tài vê hấp phụ hoạt chât tinh dâu tràm trà qua bê mặt da băng mơ phịng động lực học phân từ Báo cáo tông kêt đê tài vê hấp phụ hoạt chât tinh dâu tràm trà qua bê mặt da băng mô động lực học phân tữ Một báo chấp nhận, dự kiến đăng tạp chí số 08 cùa Trường ĐH NTT Một báo dự kiển đãng tạp chí Trường ĐH NTT Thời gian thực hiện: Từ 03/2019 đến 12/2019 Thời gian nộp báo cáo : 12/2019 vii MỞ ĐẦU Việc hiểu rõ khà tương tác ,thẩm thấu qua da cùa chất có hoạt tính sinh học vơ cần thiết Tuy nhiên cịng bố ve vấn đe Hau het nghiên cứu thực mức độ in vitro ton chi phí lớn, chúng chưa giãi thích so van đe như: Cấu trúc, tính chat động học, che thấm thấu, phân bố hoạt chất be mặt da qua da, lượng tương tác khà qua da cùa hoạt chất Đê giải vấn đe phương pháp thường sử dụng gần kèm với phương pháp thực nghiệm phương pháp mơ phịng động lực học phân từ (Molecular Dynamics Simulation (MDS)) MDS sứ dụng để nghiên cứu ãnh hưởng, thẩm thấu, khuếch tán cùa hoạt chất da MDS có the giãi thích che tham thau, cấu trúc, động học, tương tác lượng quy mô phân từ Điều mà không the thực bang thực nghiệm Việc ứng dụng MDS để mô khả thẩm thấu qua da cùa hoạt chất qua da có ý nghĩa quan trọng việc phát sứ dụng loại thuốc, mỳ phẩm qua da cách phù hợp MDS the tính khà thi khả giãi quyet vấn đề mà nghiên cứu thực nghiệm ve tính thấm qua da bang phương pháp in vitro in vivo chưa thực chưa thể hiểu rõ chế Đó lý tơi chọn thực đề tài : ‘‘Nghiên cứu hấp phụ hoạt chất tinh dầu tràm trà qua bề mặt da mơ phóng động lực học phân từ” Mục đích cùa nghiên cứu nghiên cứu hấp phụ thành phan hoạt chất tinh dầu tràm trà (gom 1,8-Cineole Terpinen-4-ol) qua be mặt da bang mô động lực học phân tữ Cụ the thực nội dung: Nghiên cứu đánh giá tổng quan; Thực mơ phịng hoạt chất tinh dầu tràm trà qua da đe xác định cấu trúc, phân bố cùa mồi hoạt chất 1,8-Cineole, Terpinen-4-ol qua da xác định cấu trúc, phân bo hệ hỗn họp hai hoạt chất Terpinen-4-ol 1,8-Cineole qua da Các đặc tính cấu trúc động học họp chất đặc trưng hàm phân phối xuyên tâm (RDF), hệ so tự khuếch tán tính bang chuyển vị bình phương trung bình (MSD), sức căng be mặt hình ảnh trực quan Ket quà nghiên cứu cho thấy hình ánh trực quan phân bố hoạt chất 1,8-Cineole, Terpinen-4-ol, cấu trúc tính chất động lực học cùa cùa chúng qua be mặt da Khi họp chất hoạt động đơn lẻ (1,8-Cineole Terpinen-4-ol) hấp phụ da, gia tăng độ che phủ bề mặt dần đen gia tăng cường độ đinh cực đại hàm phân phoi xuyên tâm RDF cho cà 1,8-Cineole Terpinen-4-ol Hệ so tự khuếch tán (MSD) giảm đơn điệu 1,8 Cineole, lại tăng Terpinen-4-ol độ che phù be mặt tăng Khi 1,8-Cineole Terpinen-4-ol hấp phụ đồng thời da, két quà thu đặt biệt Hệ số tự khuếch tán thấp độ giâm sức căng bề mặt nhỏ đạt đồng thời giá trị thành phần định hoạt chất hỗn họp Ket quà thú vị có ... nghiệm cứu đánh giá tổng quan đề hấp phụ hoạt chất qua da; ve phuơng pháp mơ phịng động lực học phân từ nghiên cứu tài hấp phụ hoạt chất qua da; ve nghiên cứu ve hấp phụ thành phan tinh dầu tràm trà. .. chât tinh dâu tràm trà qua bê mặt da băng mô phịng động lực học phân từ Báo cáo tơng kêt đê tài vê hấp phụ hoạt chât tinh dâu tràm trà qua bê mặt da băng mô động lực học phân tữ Một báo chấp nhận,... mặt da mơ phóng động lực học phân từ” Mục đích cùa nghiên cứu nghiên cứu hấp phụ thành phan hoạt chất tinh dầu tràm trà (gom 1,8-Cineole Terpinen-4-ol) qua be mặt da bang mô động lực học phân