Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật hóa học: Nghiên cứu một số hệ phân tán từ chiết xuất lá dó bầu và định hướng ứng dụng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Phan Nguyễn Quỳnh Anh

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 Chủ tịch: PGS.TS Nguyễn Thị Phương Phong 2 Phản biện 1: PGS.TS Mai Huỳnh Cang

3 Phản biện 2: TS Lê Vũ Hà 4 Ủy viên: TS Hà Cẩm Anh

5 Ủy viên, thư ký: TS Nguyễn Đăng Khoa

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

PGS.TS Nguyễn Thị Phương Phong

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: Trần Thị Kim Nở MSHV: 2070655 Ngày, tháng, năm sinh: 24/11/1998 Nơi sinh: Lâm Đồng Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 8520301

I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU MỘT SỐ HỆ PHÂN TÁN TỪ CHIẾT XUẤT LÁ DÓ BẦU VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG

Tên tiếng Anh: Investigating some dispersion systems from the extract of Aquilaria crassna leaves and experimental application

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu tạo hệ phân tán từ cao chiết, chế phẩm

lá dó bầu và mangiferin bằng phương pháp đồng hóa tốc độ cao, đồng thời tạo sản phẩm dạng bột sấy phun, định hướng ứng dụng vào mỹ phẩm và dược phẩm Nội dung bao gồm:

• Điều chế cao chiết lá dó bầu, tiến hành nâng cao hàm lượng hoạt chất từ cao chiết • Đánh giá tính chất cao chiết, chế phẩm lá dó bầu và mangiferin tinh khiết • Khảo sát quá trình tạo hệ phân tán cao chiết lá dó bầu, hệ phân tán chế phẩm lá

dó bầu và hệ phân tán mangiferin

• So sánh, đánh giá tính chất, hoạt tính kháng oxy hóa và khả năng hòa tan của các hệ huyền phù

• Thử nghiệm đưa hệ phân tán về dạng bột sấy phun • Đánh giá tính chất các sản phẩm thu được và so sánh

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 14/02/2022 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 06/06/2022

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Phan Nguyễn Quỳnh Anh

PGS.TS Lê Thị Hồng Nhan

TS Phan Nguyễn Quỳnh Anh PGS.TS Lê Thị Hồng Nhan

i

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM đã tạo điều kiện để tôi có thể hoàn thành nghiên cứu này Đồng thời, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô Khoa Kỹ thuật Hóa học đã cung cấp và trang bị cho tôi những kiến thức, kinh nghiệm bổ ích trong suốt thời gian học tập tại trường

Hơn thế nữa, tôi muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô Lê Thị Hồng Nhan và cô Phan Nguyễn Quỳnh Anh đã trực tiếp định hướng, giúp đỡ tôi tận tình và tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn thạc sĩ

Ngoài ra, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến những người bạn, người em đã cùng tôi trải qua những tháng ngày thanh xuân tươi đẹp nhất dưới mái nhà B2 Dẫu có nắng gắt hay mưa rào, những ngày tháng ấy vẫn luôn thật đẹp và trọn vẹn! Cảm ơn em Bảo Long và em Như Hảo đã sẵn sàng hợp tác, đồng hành và hỗ trợ tôi hoàn thành luận văn Tôi cũng không quên gửi lời cảm ơn đến các bạn trong lớp HC16KSTN, đặc biệt là bạn Xuân Huy, Chí Cường và Thu Trang đã luôn kề vai sát cánh, động viên tôi vượt qua những quãng thời gian khó khăn trong cả học tập lẫn công việc 6 năm tuổi trẻ ở Bách Khoa, nhờ có các bạn mà trở nên rực rỡ biết bao!

Từ tận đáy lòng, con cảm ơn ba mẹ đã luôn ủng hộ những lựa chọn của con, giúp con cố gắng thực hiện những mục tiêu của bản thân Thật hạnh phúc khi luôn có ba mẹ bên cạnh, con cảm ơn ba mẹ nhiều lắm!

Cuối cùng, tôi xin kính chúc cô và tất cả các bạn thật nhiều sức khỏe và thành công trên con đường sự nghiệp sắp tới

Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 06 năm 2022

Trần Thị Kim Nở

ii

TÓM TẮT

Chế phẩm được chuẩn bị từ cao chiết lá dó bầu thông qua phương pháp hấp phụ - rửa giải bằng nhựa hấp phụ HPD300 có hàm lượng mangiferin đạt 16%, cao gấp khoảng 1,95 lần so với cao chiết Để cải thiện độ hòa tan trong nước, nghiên cứu tập trung tạo các hệ phân tán từ cao chiết lá dó bầu, chế phẩm lá dó bầu và mangiferin với sự hỗ trợ của lecithin bằng thiết bị đồng hóa tốc độ cao Kích thước trung bình của hệ phân tán cao chiết 2 g/L, chế phẩm 2 g/L và mangiferin 0,314 g/L dựa trên phương pháp LDS lần lượt đạt 0,283 m, 2,181 m và 2,490 m; thông qua phương pháp SEM, hệ phân tán cao chiết và chế phẩm có kích thước tương ứng là 0,1 – 0,3

m và 1- 2 m Các hệ phân tán có độ hòa tan tốt trong cả ba môi trường pH giả lập, đặc biệt là ở pH 6,8 Hoạt tính kháng oxy hóa của 3 hệ phân tán cũng được nâng cao hơn so với ban đầu, thể hiện qua khả năng bắt gốc tự do ABTS∙+ với giá trị IC50 lần lượt đạt 10,37 ppm, 4,01 ppm và 3,73 ppm, tương ứng cho hệ phân tán cao chiết, chế phẩm và mangiferin

Ngoài ra, nồng độ của cao chiết và chế phẩm lá dó bầu trong hệ phân tán có thể được nâng lên đến 10 g/L, cũng như có độ bền ngoại quan, kích thước và hàm lượng sau 2 tuần tốt hơn so với hệ phân tán mangiferin Các hệ phân tán khi đưa về dạng bột sấy phun đều thể hiện khả năng hòa tan trong nước cùng khả năng kháng oxy hoá tốt thông qua giá trị IC50 theo phương pháp ABTS lần lượt là 12,44 ppm (bột cao chiết), 5,39 ppm (bột chế phẩm) và 5,39 ppm (bột mangiferin) Các sản phẩm thu được từ nghiên cứu này cho thấy hiệu quả và tiềm năng ứng dụng trong các sản phẩm mỹ phẩm cũng như dược phẩm

iii

ABSTRACT

The enhanced extract prepared from the ethanolic extract of Aquilaria crassna Pierre

ex Lecomte leaves by treating with HPD300 macroporous resin had mangiferin content of 16%, 1.95 times higher than the ethanolic leaves extract Because of the poor solubility of mangiferin, the study focused on investigating the preparation of dispersion systems supported by lecithin and high – speed homogenizer from ethanolic, enhanced extracts and pure mangiferin As a result, the good systems were the 2 g/L ethanolic extract, 2 g/L enhanced extract and 0.314 g/L mangiferin dispersions, which had the LDS size of 0.283 m, 2.181 m and 2.490 m, respectively Through the SEM method, the diameter of the ethanolic and enhanced extract dispersions were found to be 0.1 - 0.3 m and 1-2 m All three dispersions demonstrated enhanced solubility within different ranges of pH, especially at pH 6.8 The antioxidant capacity of the dispersions also had IC50 values of 10.37 ppm, 4.01 ppm and 3.73 ppm, for the ethanolic extract, enhanced extract and mangiferin, respectively

The ethanolic and enhanced extracts exhibited high capacity for increasing active content in the dispersion and remaining good stability after 2 weeks compared to pure mangiferin They were also converted to power forms and still retained high dispersibility in water as well as the antioxidant activity through the IC50 value according to the ABTS method, which is 12.44 ppm (nano extract powder), 5.39 ppm (nano enhanced extract powder) and 5.39 ppm (nano mangiferin powder) The products obtained from this study show efficacy and potential applications in cosmetic as well as pharmaceutical products

iv

LỜI CAM ĐOAN

Luận văn này là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Phan Nguyễn Quỳnh Anh và PGS.TS Lê Thị Hồng Nhan Các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này hoàn toàn trung thực

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 6 năm 2022

Trần Thị Kim Nở

1.1 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ NANO 2

1.1.1 Khái quát về công nghệ và vật liệu nano 2

1.1.2 Tính chất cơ bản của vật liệu nano 2

1.1.3 Nguyên lý tạo hệ nano 3

1.1.4 Xu hướng kết hợp công nghệ nano và các hợp chất tự nhiên 5

1.2 HỢP CHẤT MANGIFERIN 8

1.2.1 Khái quát về hợp chất mangiferin 8

1.2.2 Tính chất hóa học của mangiferin 8

1.2.3 Tác dụng dược lý của mangiferin 9

1.2.4 Tiềm năng sử dụng 12

1.3 TỔNG QUAN VỀ LÁ DÓ BẦU 14

1.3.1 Khái quát về cây dó bầu 14

vi

1.3.2 Đặc điểm hình thái cây dó bầu 14

1.3.3 Thành phần hóa học của lá dó bầu 16

1.3.4 Ứng dụng của lá dó bầu 17

1.4 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 18

1.4.1 Phương pháp phân lập, tinh chế mangiferin 18

1.4.2 Tạo hệ phân tán nano mangiferin 19

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 21

2.1 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 21

2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 21

2.3 NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG 22

2.3.1 Nguyên liệu 22

2.3.2 Hóa chất 22

2.3.3 Thiết bị 23

2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

2.4.1 Đánh giá tính chất ngoại quan của mẫu 23

2.4.2 Định lượng các hoạt chất trong mẫu 24

2.4.3 Phân tích hình thái và kích thước hạt nano 27

2.4.4 Đánh giá hoạt tính kháng oxy hóa bằng phương pháp ABTS 28

2.4.5 Đánh giá độ hòa tan 29

2.5 NỘI DUNG THỰC NGHIỆM 31

2.5.1 Chuẩn bị và đánh giá nguyên liệu 31

2.5.2 Nghiên cứu qui trình tạo hệ phân tán 33

2.5.3 Đánh giá tính chất các hệ phân tán 35

2.5.4 Thử nghiệm tạo sản phẩm dạng bột 36

vii

2.5.5 So sánh và đánh giá 37

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 38

3.1 CHUẨN BỊ VÀ ĐÁNH GIÁ NGUYÊN LIỆU 38

3.2 NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH TẠO HỆ PHÂN TÁN 42

3.2.1 Hệ phân tán cao chiết lá dó bầu 43

3.3.3 Khả năng hòa tan của các hệ phân tán 66

3.3.4 Hoạt tính kháng oxy hóa 71

3.4 THỬ NGHIỆM TẠO SẢN PHẨM DẠNG BỘT 72

3.5 SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ 75

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN 79

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

PHỤ LỤC 87

viii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Tính chất của mangiferin 9

Bảng 1.2 Khả năng bảo vệ của mangiferin trước các rối loạn trong cơ thể 13

Bảng 1.3 Hệ thống phân loại cây dó bầu [36] 14

Bảng 1.4 Thống kê thành phần hóa học trong cây dó bầu 16

Bảng 2.1 Hóa chất sử dụng và nguồn gốc 22

Bảng 2.2 Các dụng cụ và thiết bị sử dụng 23

Bảng 2.3 Thiết bị và thông số thiết lập HPLC 25

Bảng 2.4 Điều kiện thực hiện quá trình hấp phụ - rửa giải bằng nhựa hấp phụ 33

Bảng 2.5 Các đối chứng được sử dụng để đánh giá độ hòa tan 36

Bảng 2.6 Thông số thiết lập cho máy sấy phun 37

Bảng 3.1 Tính chất cơ bản của các nguyên liệu 40

Bảng 3.2 Hàm lượng hoạt chất trong cao chiết và chế phẩm lá dó bầu 41

Bảng 3.3 Ngoại quan và kích thước HPT chế phẩm ở các nồng độ khác nhau 55

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của thời gian đồng hóa đến tính chất HPT mangiferin 57

Bảng 3.5 Ảnh hưởng giữa tỷ lệ mangiferin: lecithin (g/g) đến tính chất HPT mangiferin 58

Bảng 3.6 Ngoại quan và hàm lượng các HPT 60

Bảng 3.7 Phân bố kích thước hạt của các HPT 61

Bảng 3.8 Ngoại quan của các HPT sau 2 tuần tại: (a) Nhiệt độ thường và (b) 45 oC 63

Bảng 3.9 Đối chứng được sử dụng để đánh giá độ hòa tan 67

Bảng 3.10 Tính chất cơ bản của các loại bột sấy phun 72

Bảng 3.11 Hàm lượng hoạt chất trong 3 sản phẩm bột sấy phun 73

Bảng 3.12 Tính chất của các sản phẩm thu được 76

ix

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Các bộ phận của cây dó bầu 15

Hình 2.1 Qui trình điều chế cao chiết và chế phẩm 31

Hình 2.2 Qui trình tạo hệ phân tán 33

Hình 2.3 Quy trình tạo bột sấy phun 36

Hình 3.1 Nguyên liệu lá dó bầu 38

Hình 3.2 Tỷ lệ mangiferin trong dịch hấp phụ - rửa giải 39

Hình 3.3 Sắc kí đồ HPLC của cao chiết, chế phẩm lá dó bầu và mangiferin 41

Hình 3.4 Giá trị IC50 của các nguyên liệu thông qua phương pháp ABTS 42

Hình 3.5 Ảnh hưởng của loại HĐBM đến ngoại quan HPT cao chiết 43

Hình 3.6 Ảnh hưởng của loại HĐBM đến kích thước HPT cao chiết 44

Hình 3.7 Ảnh hưởng tỷ lệ cao chiết: HĐBM (g/g) đến ngoại quan HPT cao chiết 45Hình 3.8 Ảnh hưởng tỷ lệ cao chiết: HĐBM (g/g) đến kích thước HPT cao chiết 45Hình 3.9 Ảnh hưởng của thời gian đồng hóa đến ngoại quan HPT cao chiết 46

Hình 3.10 Ảnh hưởng của thời gian đồng hóa đến kích thước HPT cao chiết 47

Hình 3.11 Ảnh hưởng của tốc độ đồng hóa đến kích thước HPT cao chiết 48

Hình 3.12 Ảnh hưởng của nồng độ cao chiết đến ngoại quan HPT cao chiết 49

Hình 3.13 Ảnh hưởng của nồng độ cao chiết đến kích thước HPT cao chiết 49

Hình 3.14 Phân bố kích thước hạt của HPT cao chiết 10 g/L 49

Hình 3.15 Ảnh hưởng tỷ lệ chế phẩm: lecithin đến ngoại quan HPT chế phẩm 51

Hình 3.16 Ảnh hưởng tỷ lệ chế phẩm: lecithin (g/g) đến kích thước HPT chế phẩm 51

Hình 3 17 Ảnh hưởng của thời gian đồng hóa đến ngoại quan HPT chế phẩm 52

Hình 3.18 Ảnh hưởng của thời gian đồng hóa đến kích thước HPT chế phẩm 53

Hình 3.19 Ảnh hưởng của tốc độ đồng hóa đến kích thước HPT chế phẩm 54

Hình 3.20 Ảnh chụp SEM của các hệ phân tán: (a) – Từ cao chiết, (b) – Từ chế phẩm 62

Hình 3.21 Độ bền kích thước của các HPT sau 2 tuần ở nhiệt độ thường 64

Hình 3.22 Độ bền kích thước HPT sau 2 tuần ở nhiệt độ tủ ấm 65

x

Hình 3.23 Độ bền hàm lượng của các HPT sau 2 tuần ở nhiệt độ thường 66

Hình 3.24 Độ hòa tan của các HPT tại các môi trường pH 1,2 68

Hình 3.25 Độ hòa tan của các HPT tại các môi trường pH 4,5 69

Hình 3.26 Độ hòa tan của các HPT tại các môi trường pH 6,8 70

Hình 3.27 So sánh khả năng bắt gốc tự do ABTS ∙ + giữa các HPT 71

Hình 3.28 Ảnh hưởng của quá trình sấy phun đến hàm lượng mangiferin trong bột 73

Hình 3.29 Đường cong biểu thị mối quan hệ giữa nồng độ và phần trăm ức chế gốc tự do 74

Hình 3.30 So sánh khả năng bắt gốc tự do ABTS ∙ + giữa các sản phẩm bột và HPT 75

Phụ lục 18 Kết quả đánh giá hoạt tính kháng oxy hóa bột sấy phun từ HPT cao chiết

theo phương pháp ABTS 94

Phụ lục 19 Kết quả đánh giá hoạt tính kháng oxy hóa chế phẩm theo phương pháp

ABTS 95

Phụ lục 20 Kết quả đánh giá hoạt tính kháng oxy hóa HPT chế phẩm theo phương

pháp ABTS 95

Phụ lục 21 Kết quả đánh giá hoạt tính kháng oxy hóa bột sấy phun từ HPT chế phẩm

theo phương pháp ABTS 96

Phụ lục 22 Kết quả đánh giá hoạt tính kháng oxy hóa mangiferin theo phương pháp

ABTS 96

Phụ lục 23 Kết quả đánh giá hoạt tính kháng oxy hóa HPT mangiferin theo phương

pháp ABTS 97

Phụ lục 24 Kết quả đánh giá hoạt tính kháng oxy hóa bột sấy phun từ HPT

mangiferin theo phương pháp ABTS 97

Phụ lục 25 Kết quả đánh giá độ hòa tan HPT cao chiết thông qua hàm lượng

xiii

DANH MỤC VIẾT TẮT

1 BN-CC Bột phân tán từ cao chiết

6 EDTA Ethylenediaminetetraacetic acid

7 HPLC High performance liquid chromatography

9 IC50 Half maximal inhibitory concentration 10 LDS Laser diffraction spectrometry

12 rpm Revolutions per minute (vòng/phút)

14 UV – Vis Ultraviolet – Visible

1

LỜI MỞ ĐẦU

Xuyên suốt lịch sử chuẩn đoán và điều trị bệnh ở hầu hết các nền văn hóa, những sản phẩm từ thực vật mang hoạt tính sinh học được xem là nền tảng trong các liệu pháp y học, đặc biệt là đối với bệnh ung thư và truyền nhiễm Từ lâu, cây dó bầu được biết đến nhờ khả năng hình thành trầm hương và kỳ nam trong lõi cây, đây là hai sản phẩm vô cùng quý hiếm về mặt dược liệu Tuy nhiên, thời gian thu hoạch các sản phẩm này tương đối lâu, từ 10 trở lên, cũng như kỹ thuật khai thác của người dân còn thô sơ Do đó, để tối đa hóa lợi ích kinh tế trong thời gian trồng, đã có nhiều khảo sát được thực hiện trên nguồn nguyên liệu phế phẩm từ cây dó bầu

Kết quả nghiên cứu đã chứng minh chiết xuất từ lá dó bầu chứa nhiều thành phần tốt cho sức khỏe Đặc biệt, mangiferin là một trong những hoạt chất chính trong lá dó bầu thể hiện hoạt tính sinh học vô cùng nổi trội với một loạt các tác dụng dược lý như khả năng kháng khuẩn, kháng viêm, kháng virus, chống ung thư, chống tiểu đường, chống oxy hóa, điều hòa miễn dịch, bảo vệ gan và hỗ trợ giảm đau, … Do đó, việc ứng dụng cao chiết và chế phẩm từ loại cây này trong dược phẩm và mỹ phẩm là vô cùng tiềm năng

Tuy nhiên, độ hòa tan kém, tính thấm thấp được xem là những trở ngại lớn nhất trong việc phát triển mangiferin cũng như các chiết xuất từ lá dó bầu trong điều trị lâm sàng cũng như trong việc phối trộn vào các công thức sản phẩm mỹ phẩm Định hướng kết hợp công nghệ nano vào hệ thống phân phối chiết xuất từ lá dó bầu để đưa sản phẩm về cấu trúc, kích thước nano sẽ là một bước tiến lớn trong nỗ lực tăng độ

hòa tan cũng như hoạt tính sinh học của chúng Với định hướng này, đề tài “Nghiên cứu một số hệ phân tán từ chiết xuất lá dó bầu và định hướng ứng dụng” được thực

hiện với nội dung chính là xây dựng qui trình tạo một số hệ phân tán từ chiết xuất lá dó bầu, bao gồm hệ phân tán cao chiết, hệ phân tán chế phẩm đã được nâng cao hàm lượng mangiferin và hệ phân tán mangiferin tinh khiết, từ đó định hướng ứng dụng vào sản phẩm mong muốn

2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ NANO

1.1.1 Khái quát về công nghệ và vật liệu nano

Sự ra đời của công nghệ và vật liệu nano đã trở thành một bước đột phá mạnh mẽ, thúc đẩy sự quan tâm và nghiên cứu của các nhà khoa học hiện nay Công nghệ nano được xem là một trong những công nghệ tiên tiến có tiềm năng cách mạng hóa một loạt các lĩnh vực khác nhau với phạm vi ứng dụng rộng rãi

Công nghệ nano có thể được định nghĩa một cách đơn giản là công nghệ ở quy mô một phần tỷ mét Về mặt khoa học, công nghệ nano được sử dụng để mô tả quá trình thiết kế, tổng hợp và ứng dụng các vật liệu, thiết bị và hệ thống với các đặc tính mới được cải thiện đáng kể cũng như các hiện tượng và quá trình được kích hoạt, điều khiển ở quy mô nano [1, 2]

Cho đến nay, vẫn chưa có một định nghĩa thống nhất cho thuật ngữ “vật liệu nano” Tuy nhiên, có thể khái quát vật liệu nano là những vật liệu mà trong cấu trúc của các thành phần cấu tạo nên chúng phải có ít nhất một chiều nằm trong phạm vi nanomet Ở kích thước đủ nhỏ để so sánh với kích thước tới hạn của nhiều tính chất hóa lý, vật liệu nano có sự giao thoa giữa tính chất lượng tử của nguyên tử và tính chất khối của vật liệu, nhờ đó chúng xuất hiện những đặc tính khác biệt đáng kể so với kích thước thông thường [2]

1.1.2 Tính chất cơ bản của vật liệu nano

Những thay đổi về tính chất của vật liệu nano khiến chúng hoạt động khác biệt so với vật liệu khối và nguyên tử là do sự gia tăng diện tích bề mặt và sự chi phối của các hiệu ứng lượng tử Những yếu tố này ảnh hưởng đến khả năng phản ứng hóa học của vật liệu, cũng như các đặc tính cơ học, quang học, điện học và từ tính của chúng

Diện tích bề mặt

Khi đưa vật liệu về kích thước nano, diện tích bề mặt và năng lượng bề mặt tăng lên đáng kể Cùng với đó, số lượng hạt trên một đơn vị khối lượng cao dẫn đến tăng

3

khả năng bám dính và tương tác hóa học Ở khối lượng 0,3 μg, một vi hạt cacbon có đường kính 60 μm và diện tích bề mặt 0,01 mm2, nhưng khi ở cấu trúc nano với mỗi hạt có đường kính 60 nm thì có đến khoảng 1 tỷ hạt với tổng diện tích bề mặt thu được là 11,3 mm2 Tỷ số giữa diện tích bề mặt trên thể tích của một hạt có đường kính 60 nm lớn hơn 1000 lần so với một hạt có đường kính 60 μm nên khả năng phản ứng có thể được tăng cường lên khoảng 1000 lần [3]

Hiệu ứng lượng tử

Khi đưa về kích thước nhỏ, vật liệu thể hiện các tính chất từ, quang, điện đặc biệt và nhờ đó có thể ứng dụng trong nhiều liệu pháp chữa bệnh hay chuẩn đoán, ghi nhận hình ảnh Đồng không trong suốt ở cấp độ vĩ mô trở nên trong suốt trong khi bạch kim trơ trở thành chất xúc tác ở cấp độ nano Mặt khác, nhôm dễ bắt lửa và silicon trở thành chất dẫn điện, vàng chuyển dần sang màu đỏ và khả năng xúc tác gia tăng đáng kể khi kích thước giảm dần về nano [1]

1.1.3 Nguyên lý tạo hệ nano

Hai nguyên lý cơ bản được sử dụng để tạo hệ nano là top – down và bottom – up Trên nền tảng của hai nguyên lý, có thể tiến hành nhiều phương pháp và kỹ thuật để tổng hợp vật liệu có cấu trúc nanomet

1.1.3.1 Nguyên lý bottom – up

Theo nguyên lý bottom – up, cấu trúc nano được hình thành bằng cách tập hợp, lắp ghép và phát triển từ các nguyên tử hay phân tử Quá trình này có thể được điều khiển thông qua các phản ứng hóa học, phương pháp vật lý hoặc kết hợp cả hai phương pháp có điều kiện dựa trên tính chất của nguyên liệu ban đầu [1] Nhược điểm của nguyên lý bottom – up là khó điều khiển, khó khống chế tốc độ kết tinh và quá trình tạo mầm nên có thể tạo hạt ở kích thước lớn Hơn nữa, dung môi sử dụng có thể gây độc cho mẫu Vì vậy, phương pháp này đòi hỏi phải kiểm soát chặt chẽ quá trình, tránh sử dụng các dung môi hữu cơ để hòa tan mẫu cũng như các vấn đề về dư lượng dung môi Các phương pháp được phát triển dựa trên nguyên lý bottom – up chủ yếu là kết tinh và lỏng siêu tới hạn

4

1.1.3.2 Nguyên lý top – down

Nguyên lý top – down dựa trên việc sử dụng kỹ thuật bẻ gãy, lực cắt hoặc khắc để phá vỡ cấu trúc vật liệu khối về kích thước nano Các kỹ thuật được sử dụng phổ biến theo nguyên lý top – down là nghiền, siêu âm và đồng hóa

Phương pháp nghiền

Phương pháp nghiền sử dụng năng lượng cơ học để phá vỡ vật lý các hạt thô thành các hạt mịn với kích thước nhỏ hơn Quá trình giảm kích thước vật liệu dựa trên lực cắt năng lượng cao và sự va chạm của hạt trong quá trình chuyển động bên trong buồng nghiền Nghiền có thể áp dụng cho các loại vật liệu kém hòa tan trong cả môi trường nước và môi trường hữu cơ cũng như tính linh hoạt cao trong việc xử lý số lượng lớn vật liệu Tuy nhiên, phương pháp này tốn nhiều thời gian, một phần nhỏ của hạt có thể nằm ở vùng kích thước lớn nếu không được kiểm soát chặt chẽ, đồng thời dễ bị nhiễm bẩn bởi vật liệu nghiền do sự ăn mòn trong thời gian dài [4]

Phương pháp siêu âm

Sóng siêu âm được chiếu xạ qua môi trường lỏng ở cường độ cao tạo ra một chu trình nén – giãn nở xen kẽ Trong chu kỳ áp suất thấp, sóng siêu âm tạo ra các bong bóng chân không nhỏ hoặc các khoảng trống chứa khí phân tán lơ lửng trong chất lỏng Khi các bong bóng đạt đến thể tích mà chúng không thể hấp thu năng lượng được nữa, chúng sẽ nhanh chóng sụp đổ tại chu kỳ áp suất cao và tạo ra làn sóng xung kích Tại đây, các hạt bị giảm kích thước bởi các lực xâm thực, hay còn gọi là hiện tượng cavitation [5] Phương pháp này được sử dụng phổ biến trong phòng thí nghiệm, khả năng đưa hạt về kích thước nhỏ tốt nhờ hệ số truyền khối cao Tuy nhiên, quá trình siêu âm có khả năng phân hủy nước thành các gốc tự do làm oxy hóa các hoạt chất có trong dung dịch

Phương pháp đồng hóa

Máy đồng hóa rotor – stator gồm một rotor chuyển động với tốc độ gradient cao đặt gần một stator (cố định) tạo ra một lực cắt rất lớn để chia nhỏ các hạt Khoảng cách giữa rotor và stator cũng ảnh hưởng đến khả năng nén ép và kiểm soát kích

5

thước hạt Tốc độ cao, lực cắt lớn và công suất cao là những đặc điểm chính của máy đồng hóa rotor – stator Tuy nhiên, khả năng đồng hóa bị giới hạn bới độ nhớt và các đặc tính cơ học của vật liệu

1.1.4 Xu hướng kết hợp công nghệ nano và các hợp chất tự nhiên 1.1.4.1 Xu hướng sử dụng các hợp chất tự nhiên

Từ thời cổ đại, con người đã bắt đầu sử dụng các loại thảo dược để phòng chống và điều trị nhiều loại bệnh khác nhau Cùng với sự tiến bộ của y học, rất nhiều hoạt chất có nguồn gốc tự nhiên mang hoạt tính sinh học như flavonoid, alkaloid, steroid, … được phân lập và ứng dụng rộng rãi Paclitaxel – một hoạt chất được phân lập từ

vỏ cây Taxus brevifolia được sử dụng làm thuốc điều trị ung thư vú đầu tiên – làm

nền tảng cho hàng loạt những nghiên cứu về các hợp chất thiên nhiên trong điều trị ung thư sau này như doxorubicin, asparagin, etoposide, teniposide, vincristin và vinblastine, … [6] Các hoạt chất tự nhiên này sở hữu những ưu điểm nổi bật như sự đa dạng về hoạt tính sinh học, độc tính thấp, ít tác dụng phụ và khả năng điều trị tốt, đặc biệt là khi sử dụng ở dạng cụm hoạt chất từ chiết xuất thực vật nhờ những tác dụng hiệp đồng

1.1.4.2 Hạn chế của việc sử dụng các hợp chất tự nhiên

Đặc tính kém tan trong nước, tính thấm thấp cũng như độ ổn định hóa học kém khi đưa vào cơ thể được xem là những trở ngại lớn nhất trong việc phát triển các hoạt chất tự nhiên trong điều trị lâm sàng Những hoạt chất có độ hòa tan thấp trong nước thường bị loại trừ bởi dạ dày trước khi đi đến vị trí mong muốn, dẫn đến tính sinh khả dụng và hiệu quả điều trị kém Để thuốc đạt đến nồng độ yêu cầu đòi hỏi phải sử dụng với liều lượng cao, điều này có khả năng gây độc tại dạ dày cũng như các cơ quan khác Bên cạnh đó, các hợp chất không ổn định có thể bị phân huỷ trước khi đến cơ quan chủ đích mà không tạo ra bất kỳ hiệu quả nào Đôi khi quá trình phân huỷ này còn tạo ra các tác dụng phụ gây độc cho cơ thể Do đó, thách thức đặt ra khi sử dụng các sản phẩm tự nhiên trong việc điều trị bệnh là gia tăng độ hòa tan, tính thẩm thấu và giảm thiểu sự phân hủy các hoạt chất mang hoạt tính sinh học [7]

6

1.1.4.3 Ưu điểm của việc kết hợp công nghệ nano và hợp chất tự nhiên

Việc ứng dụng hệ thống phân phối bằng công nghệ nano nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng các hợp chất tự nhiên đang được nhiều nhà khoa học nghiên cứu và phát triển nhanh trong thời gian gần đây Nói chung, cấu trúc nano với kích thước nhỏ và diện tích bề mặt cao giúp tăng cường khả năng hòa tan và thâm nhập của hoạt chất, cho phép chúng truyền qua đường tĩnh mạch hoặc các đường phân phối khác Các nghiên cứu cho thấy sự hấp thụ của các cấu trúc nano lớn hơn 15 – 250 lần so với các hạt trong phạm vi 1 – 10 µm Quá trình bao bọc sử dụng công nghệ nano còn bảo vệ các hoạt chất khỏi sự phân hủy trước tác động của enzyme và pH trong cơ thể, do đó cải thiện độ ổn định hóa học Đồng thời, việc điều chỉnh các đặc tính của polymer thông qua quá trình biến đổi hoặc liên hợp với nhóm chức phù hợp có thể điều khiển liên kết giữa hoạt chất và polymer, nhờ đó kiểm soát thời gian và vị trí mà thuốc giải phóng Kết quả, các hoạt chất được phân phối đến đúng mục tiêu mong muốn cũng như kiểm soát được khả năng phóng thích và liều lượng sử dụng Bên cạnh việc nâng cao hiệu quả sử dụng hoạt chất, các tác dụng phụ có thể được giảm thiểu đáng kể [1]

Thymoquinone – một hợp chất được tìm thấy trong dầu của hạt thì là đen Nigella sativa – mặc dù có tính an toàn cao ở liều lượng 90 mg/kg cùng với những tính chất

dược lý nổi bật, nhưng cấu trúc hóa lý và độ ổn định kém khiến việc sử dụng thymoquinone trong lâm sàng là khó khả thi Theo nghiên cứu của Nallamuthu và cộng sự, việc bao bọc thymoquinone thành các hạt nano poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) đã cải thiện hoạt động bắt gốc tự do cùng khả năng chống lại vi khuẩn

Escherichia coli, Salmonella typhi và Staphylococcus aureus [8] Ngoài đường uống,

một số nhà khoa học còn khám phá tiềm năng của thymoquinone trong đường dùng tại chỗ bằng cách sử dụng chất mang nano Kausar và cộng sự đã cho thấy bằng cách sử dụng ethosomes làm chất vận chuyển thymoquinone, tác dụng chống viêm và khả năng làm giảm mụn trứng cá được cải thiện rõ rệt so với dạng ban đầu [9]

Quercetin là một hợp chất tự nhiên nổi trội có khả năng chống oxy hóa, chống dị ứng, chống viêm, chống ung thư cùng nhiều hoạt tính tiềm năng khác Tuy nhiên, việc sử dụng quercetin bị cản trở bởi khả năng hòa tan trong nước kém và tính thẩm

7

thấu thấp Antonio và các cộng sự đã chứng minh khả năng bắt gốc tự do của nano quercetin với sự hỗ trợ của albumin huyết thanh bò gia tăng đáng kể so với quercetin ban đầu Các hạt nano thu được tương đối ổn định trong 3 tháng với kích thước hạt trung bình là 130 nm và hiệu suất bao bọc đạt 85% [10] Sahoo và cộng sự cũng đã nghiên cứu công thức tạo hệ nano quercetin bằng phương pháp đồng hóa áp suất cao thu được kích thước hạt trung bình đạt khoảng 480 nm Trong đó, 43% và 62% hàm lượng quercetin giải phóng khỏi hạt nano sau 1 giờ theo điều kiện mô phỏng môi trường dạ dày và ruột non, cao gấp nhiều lần so với quercetin ban đầu khi chỉ đạt lần lượt là 1,6% và 3%) [11] Ngoài ra, Tan và cộng sự đã đánh giá tiềm năng của các hạt nano lecithin – chitosan trong việc phân phối quercetin tại chỗ Các nghiên cứu

in vivo cho thấy nồng độ quercetin cao hơn khoảng 2,3 lần và 1,2 lần tương ứng trong

lớp biểu bì và hạ bì Những kết quả này khẳng định tiềm năng của các hạt nano như một cách tiếp cận đầy hứa hẹn để cung cấp quercetin tại chỗ [12]

Thông thường, các chiết xuất từ thực vật thường chứa nhiều hoạt chất với tác động dược lý khác nhau Việc bào chế toàn bộ chiết xuất để mang lại hiệu quả và độ

an toàn cao hơn cũng cần được nghiên cứu Chiết xuất từ Cuscuta chinensis – một

loại thảo mộc ở Trung Quốc – có hàm lượng favonoid và lignin rất cao, tuy nhiên sinh khả dụng đường uống kém do độ hòa tan bị hạn chế, đòi hỏi phải sử dụng một lượng lớn dịch chiết khi dùng Yen và các cộng sự đã tiến hành đưa chiết xuất về kích thước nano và chứng minh khả năng bảo vệ gan cũng như kháng oxy hóa tại nồng độ 50 mg/kg khi ở kích thước nano tốt hơn nhiều so với nồng độ 125 mg/kg của dịch chiết ethanol Tương tự, nhiều nhà khoa học cũng đã báo cáo công nghệ nano có thể giúp khắc phục các rào cản về độ hòa tan, tính thẩm thấu cùng với việc giảm liều lượng sử dụng [13]

Như vậy, sự kết hợp giữa công nghệ nano và các hợp chất tự nhiên đã mang đến những lợi thế nổi bật trong điều trị bệnh Ngay cả các chiết xuất từ thực vật phức tạp cũng có thể được bào chế thành các dạng nano thích hợp để nâng cao hiệu quả sử dụng

8

1.2 HỢP CHẤT MANGIFERIN 1.2.1 Khái quát về hợp chất mangiferin

Mangiferin là một hợp chất được tìm thấy trong nhiều loại thực vật khác nhau

và thường xuất hiện dưới dạng glycoside, bao gồm thực vật thuộc họ Gentianaceae (như Canscora decussata), chi Swertia (như Swertia chirata, Swertia punicea), chi Salacia (như Salacia hainanensis, Salacia oblonga),… Trong số đó, các bộ phận của

cây xoài chứa hàm lượng mangiferin đáng kể [14, 15] Hiện nay, mangiferin có thể được chiết xuất từ tự nhiên, đáng chú ý là sử dụng dược liệu lá xoài và lá dó bầu, ngoài ra còn được thu nhận bằng cách tổng hợp hóa học hoặc sinh tổng hợp [15]

1.2.2 Tính chất hóa học của mangiferin

Cấu trúc của mangiferin lần đầu tiên được làm sáng tỏ vào năm 1960 thông qua phân tích nhiễu xạ tia X và phổ cộng hưởng từ hạt nhân Mangiferin còn được gọi là alpizarin hoặc quinomine, một loại tinh thể màu vàng nhạt, thuộc nhóm các hợp chất hữu cơ của xanthone – một dạng của polyphenol Mangiferin cũng là hợp chất C-glycosyl, trong đó phần aglycone là gốc phenolic 1,3,6,7-tetrahydroxyxanthen-9-one liên kết với -D-glucosyl thông qua liên kết glycoside tại cacbon ở vị trí số 2 Khả năng bắt gốc tự do của mangiferin được cho là nhờ cấu trúc xanthonoid với sự hiện diện của nhiều nhóm -OH gắn trên vòng thơm Cùng với đó, mangiferin cũng có đặc tính chelate hóa sắt và ngăn chặn việc tạo ra gốc hydroxyl trong các phản ứng kiểu Fenton [14, 16]

Mangiferin có độ hòa tan rất kém trong nước, chỉ đạt mức 0,11 mg/mL ở 30°C [17] Liu và các cộng sự đã báo cáo rằng sự hấp thụ mangiferin qua đường uống ở chuột khá thấp với sinh khả dụng chỉ đạt 1,2%, đồng thời nồng độ tối đa trong huyết tương thu được tương đối kém và không nhất quán (715,04 ± 600,14 ng/mL sau 0,72 giờ uống) Tính ưa béo của mangiferin kém cũng dẫn đến tính thấm qua màng ruột và khả năng hấp thu qua đường uống thấp [18, 19]

1,3,6,7-tetrahydroxy-2-[(2S,3R,4R,5S,6R)-3,4,5-trihydroxy-Tên khoa học 2-C--D-glucopyranosyl-1,3,6,7-tetrahydroxyxanthone

Cấu trúc phân tử

Khối lượng phân tử 422,35 g/mol

Điểm nóng chảy 271oC

Độ hòa tan Tan rất kém trong nước (0,11 mg/mL)

1.2.3 Tác dụng dược lý của mangiferin

Các nghiên cứu dược lý cho thấy mangiferin có tác dụng tích cực đến hệ thần kinh trung ương, hệ hô hấp và hệ tim mạch Ngoài ra, nhiều nghiên cứu cũng đã chứng minh mangiferin mang nhiều đặc tính ưu việt đối với sức khỏe nhờ một loạt các tác dụng dược lý khác nhau như khả năng kháng khuẩn, kháng viêm, kháng virus, chống ung thư, chống tiểu đường, chống oxy hóa, điều hòa miễn dịch, bảo vệ gan và hỗ trợ giảm đau, … [14-16]

Hoạt tính kháng khuẩn

Mangiferin được chứng minh có tác dụng kháng khuẩn in vivo đối với các tác nhân gây bệnh nha chu, bao gồm vi khuẩn Prevotella intermedia và Porphyromonas gingivalis [20] Đồng thời, mangiferin với sự hỗ trợ của polyethylene glycol-400

(PEG-400) cũng thể hiện hoạt tính kháng khuẩn vượt trội khi chống lại 7 loài vi khuẩn

10

và 5 loài nấm khác nhau (Bacillus pumilus, Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Staphylococcus citreus, Escherichia coli, Thermoascus aurantiacus, Trichoderma reesei, Klebsiella pneumoniae, Salmonella agona, Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus flavus và Aspergillus fumigatus) Trong đó, mangiferin cho thấy hiệu quả kháng vi khuẩn Gram (+) tốt hơn Gram (-), đặc biệt là loài Bacillus pumilus [21]

Hoạt tính kháng viêm

Somani và các cộng sự đã chứng minh mangiferin có khả năng ức chế hoạt động của MMP-9 và TNF-α, do đó cải thiện tình trạng viêm đại tràng gây ra bởi DSS [22] Szandruk và cộng sự cũng phát hiện mangiferin làm giảm hoạt động của superoxide dismutase (SOD) cũng như ức chế yếu tố hoại tử khối u alpha (TNF-α), IL-17 và malondialdehyde (MDA) ở chuột bị viêm đại tràng do TNBS gây ra [23] Ngoài ra, mangiferin có lợi đối với các bệnh tiểu đường, tổn thương gan, tổn thương tim mạch và các bệnh liên quan đến viêm khác ở mô hình động vật thông qua tác dụng chống viêm của chúng [24]

Hoạt tính kháng virus

Tác dụng kháng virus Herpes simplex 1 (HSV-1) của mangiferin và đồng phân isomangiferin được chứng minh thông qua kỹ thuật nuôi cấy mô với tỷ lệ giảm tái tạo

màng virus tương ứng là 56,8% và 69,5% [25] Bên cạnh đó, nghiên cứu in vitro về

tác dụng của mangiferin đối với virus Herpes simplex 2 (HSV-2) cho thấy chúng có khả năng ức chế giai đoạn đầu quá trình nhân lên của HSV-2 bằng cách phá vỡ sự tái tạo màng virus trên trên tế bào HeLa ở giá trị EC50 =111,7 g/mL [26] Mangiferin cũng được xem là một hợp chất tiềm năng trong việc kiểm soát sự lây nhiễm của poliovirus – tác nhân gây ra bệnh bại liệt – tại giá trị IC50 là 53,5 μg/mL [27]

Hoạt tính kháng oxy hóa

Mangiferin chứng minh đặc tính kháng oxy hóa mạnh dựa trên các nghiên cứu sử dụng phương pháp DPPH hay phương pháp năng lực khử Fe3+ Chiết xuất mangiferin bằng dung môi methanol trên lá Bombax ceiba có giá trị EC50 là 5,8 μg/mL (DPPH) và thể hiện tác dụng bảo vệ gan trước những tổn thương do carbon

11

tretrachloride gây ra, cũng như hỗ trợ cho hoạt động bắt gốc tự do in vivo [28] Trong

hệ nhũ tương nước/acid linoleic, mangiferin ức chế 84,3% các gốc hydroxyl ở 37 oC và 79,8% ở 80 oC, kết quả này cho thấy hoạt tính chống oxy hóa cao hơn cả hoạt chất quercetine [29]

Việc sử dụng mangiferin đã làm tăng khả năng chịu đựng của các tế bào hồng cầu trước những tấn công của các gốc tự do Đồng thời, mangiferin còn ngăn ngừa sự suy giảm GTP và tổng số nucleotides, cũng như sự tổn thương tế bào do H2O2 gây ra [30] Nghiên cứu của A Vyas và các cộng sự cho thấy cơ chế chống oxy hóa của mangiferin dường như được thực hiện trung gian thông qua việc bắt các gốc tự do, ức chế quá trình peroxy hóa lipid cũng như điều chỉnh điện thế màng ti thể [16]

Hoạt tính chống ung thư

Nghiên cứu của Rajendran và cộng sự đã giải thích mối liên hệ độc đáo giữa tác dụng chống oxy hóa đến khả năng ngăn ngừa ung thư của mangiferin Bổ sung 100 ppm mangiferin giúp tăng cường các enzym giải độc và giảm tổn thương DNA khi xác định bằng phương pháp điện di đơn bào Hơn nữa, các liên kết chéo DNA– protein ở động vật mang bệnh ung thư phổi cũng được điều chỉnh so với mức ban đầu [31]

Guha và các cộng sự cũng đã đánh giá hiệu quả của mangiferin đối với tác dụng chống lại khối u, điều hòa miễn dịch và khả năng chống HIV Trong đó, mangiferin thể hiện tính chất nổi bật trong việc ức chế sự phát triển của u xơ cổ chướng, giảm độc tính tế bào khối u tại lá lách và sự di căn đến phúc mạc ở chuột [16]

Hỗ trợ điều trị các bệnh lý về gan

Mangiferin bảo vệ các tế bào gan khỏi những tổn thương bằng cách tạo phức với Fe3+ và trung hòa các tác nhân gốc tự do Khả năng tạo phức với Fe3+ của mangiferin đã được chứng minh như một cơ chế chính để bảo vệ ty thể gan chuột chống lại quá trình peroxy hóa lipid của ty thể gây ra bởi Fe2+- citrate [32]

Hoạt tính chống tiểu đường

Mangiferin được chứng minh có khả năng hạ đường huyết bằng cách điều chỉnh sự chuyển hóa glucose, cải thiện tình trạng kháng insulin Đồng thời, việc sử dụng

12

mangiferin làm giảm quá trình tổng hợp cholesterol cũng như ức chế yếu tố hoại tử khối u alpha (TNF) và sự tổng hợp oxit nitric cảm ứng (iNOS), do đó được sử dụng trong điều trị bệnh tiểu đường tuýp 2 [33]

Li và cộng sự đã nghiên cứu về vai trò của mangiferin trong ngăn ngừa sự xơ hóa cầu thận do đái tháo đường gây ra bởi tác nhân streptozotocin Đồng thời, mangiferin làm giảm các sản phẩm cuối cùng của quá trình glycation trong huyết thanh, nồng độ malonaldehyde, nồng độ sorbitol của hồng cầu cũng như bài tiết albumin niệu trong 24 giờ Sự mở rộng và tích tụ chất nền ngoại bào cũng như sự biến đổi quá mức của yếu tố tăng trưởng – beta 1 ở cầu thận của chuột do đái tháo đường gây ra đã bị ức chế rõ rệt bởi mangiferin [16]

Hoạt tính chống dị ứng

Nghiên cứu gần đây cho thấy mangiferin có khả năng ức chế đáng kể trung gian lgE và phản ứng phản vệ ở chuột, cũng như tính thấm thành mạch và sự giải phóng histamine gây ra từ tế bào mast Đồng thời, mangiferin ngăn cản sự tăng sinh tế bào lympho, từ đó làm giảm số lượng tế bào lympho B và T góp phần hạn chế phản ứng dị ứng [34]

1.2.4 Tiềm năng sử dụng

Từ những kết quả nghiên cứu, rõ ràng là mangiferin thể hiện các hoạt động dược lý mạnh, trong đó khả năng chống oxy hóa và chống ung thư được xem là hai trong những tính chất nổi bật nhất của chúng Những rối loạn mà mangiferin có khả năng

bảo vệ cũng như hỗ trợ điều trị được tóm tắt trong Bảng 1.2 [14]

13

Bảng 1.2 Khả năng bảo vệ của mangiferin trước các rối loạn trong cơ thể

Cơ quan Các rối loạn mà mangiferin có khả năng bảo vệ

Hệ thần kinh Suy giảm nhận thức, căng thẳng, trầm cảm, lo lắng, rối loạn thần kinh, Alzheimer, viêm đa dây thần kinh, …

Tim

Nhồi máu cơ tim, viêm cơ tim, nhiễm độc tim do căng thẳng, bệnh tim mạch do xơ vữa ở người đái tháo đường, bệnh tim vành mạch, …

Phổi

Xơ phổi, phù nề, viêm phế quản mãn tính, tổn thương phổi cấp tính, tổn thương phổi do viêm và nhiễm trùng huyết, hen suyễn dị ứng, …

Thận Tổn thương thận cấp tính, tổn thương thận do tiểu đường, viêm thận, …

Gan Viêm gan, gan nhiễm mỡ, suy gan cấp, xơ hóa gan, xơ gan, …

Da Ban đỏ, tăng sản biểu bì, cháy nắng, bong tróc da, phù nề, … Nhờ những hoạt tính sinh học nổi trội, mangiferin dần được sử dụng trong điều chế thuốc và thực phẩm chức năng với các tác dụng phổ biến là chống lại bệnh thoái hóa thần kinh, ung thư, béo phì, bệnh tim mạch, tiểu đường và các bệnh da liễu … Hiện nay, mangiferin đang được nghiên cứu và ứng dụng trong các sản phẩm mỹ phẩm nhờ khả năng kháng khuẩn, kháng viêm cũng như kháng oxy hóa mạnh

Tuy nhiên, mangiferin lại có đặc tính kém tan trong nước, do đó làm chế các ứng dụng của chúng trong dược phẩm cũng như mỹ phẩm Do đó, cần phải phát triển hệ thống phân phối mangiferin tiềm năng để gia tăng độ hòa tan và cải thiện sinh khả dụng của hoạt chất, điển hình là hệ phân tán nano

14

1.3 TỔNG QUAN VỀ LÁ DÓ BẦU

Các nghiên cứu về phân lập thành phần hoạt chất trong lá dó bầu cho thấy chúng có chứa hàm lượng mangiferin tương đối cao Điều này cho thấy lá dó bầu là một trong những nguồn dược liệu tiềm năng để khai thác và tinh chế mangiferin bên cạnh mục đích lấy “trầm” như hiện nay

1.3.1 Khái quát về cây dó bầu

Cây dó bầu (Aquilaria crassna Pierre ex Lecomte) hay còn được gọi với tên dó

trầm, trầm dó, trầm hương, … là một trong 4 loài dó có khả năng sinh trầm trong thân

cây được trồng nhiều tại Việt Nam, bên cạnh dó gạch (Aquilaria bailloni), dó bà nà (Aquilaria banaensis) và dó quả nhăn (Aquilaria rugosa) Nhờ khả năng tạo trầm và

kì nam hiệu quả cao nên phần lớn diện tích trồng trầm trên phạm vi cả nước chủ yếu

là loại dó bầu [35] Phân loại khoa học về cây dó bầu được trình bày trong Bảng 1.3

Bảng 1.3 Hệ thống phân loại cây dó bầu [36]

Hệ thống phân loại (Taxonomy)

Tên khoa học Aquilaria crassna Pierre ex Lecomte

1.3.2 Đặc điểm hình thái cây dó bầu

Nhìn chung, dó bầu là loài thực vật ưa sáng, mọc rải rác trong các khu rừng nhiệt đới ở độ cao 50 – 1200 m Dó bầu là một loại cây gỗ thường xanh, phổ biến với độ cao từ 15 – 25 m, đường kính thân khoảng 40 cm trở lên Vỏ ngoài của cây mỏng, thường có màu nâu xám, nứt dọc và dễ tách ra khỏi thân Cành non đặc trưng bởi lớp lông mềm màu vàng xám, tán lá thưa

15

Hình 1.1 Các bộ phận của cây dó bầu

Lá dó bầu mọc đơn, xếp so le, thường có hình ngọn giáo hoặc hình bầu dục với chóp lá nhọn và thon hẹp ở phần cuống Mặt trên của lá có màu xanh nhẵn bóng, mặt dưới màu nhạt hơn và có lông mịn, dài cỡ 8 – 15 cm, rộng 4 – 6 cm Cuống lá dài từ 4 – 5 mm và có lớp lông mỏng

Thông thường, cây dó bầu bắt đầu ra hoa và kết trái sau khoảng 4 – 5 năm tuổi tùy vào điều kiện thời tiết của mỗi vùng miền Hoa dó bầu nhỏ, mọc thành cụm hình tán ở nách lá gần đầu cành non, màu trắng tro Quả dó bầu giống hình trứng ngược, dài 3 – 5 cm và có nhiều lông Khi chín, quả thường mở thành hai mảnh, có từ một đến hai hạt màu nâu đen với phần vỏ ngoài cùng hóa gỗ cứng và bên trong mềm chứa nhiều dầu [36, 37] Tại Việt Nam, trước đây cây dó bầu thường mọc hoang ở những vùng núi thuộc tỉnh Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, … Do trầm tạo ra có giá trị kinh tế cao nên diện tích trồng dó bầu đã bị khai thác bừa bãi dẫn đến có tên trong Sách Đỏ Việt Nam (1996) với mức độ đánh giá “đang nguy cấp” (Bậc E) [37] Khoảng vài năm gần đây, phong trào trồng dó bầu trở nên phổ biến và phát triển mạnh mẽ, lan rộng khắp khu vực miền Trung, Đông Nam Bộ và Tây Nguyên

Để cây dó bầu đủ độ trưởng thành và trầm hương hình thành có chất lượng tốt đòi hỏi thời gian sinh trưởng tương đối lâu, từ 10 năm trở lên Nhằm tối đa hóa lợi ích kinh tế trong thời gian trồng cây dó bầu và tận dụng nguồn nguyên liệu phế phẩm, cần phải nghiên cứu công dụng và tiềm năng phát triển của các bộ phận khác, điển hình là lá cây

16

1.3.3 Thành phần hóa học của lá dó bầu

Bảng 1.4 Thống kê thành phần hóa học trong cây dó bầu

2-(2-phenylethyl) chromone

5-hydroxy-methoxy-2-(2-phenylethyl) chromone,

6-methoxy-2-[2-(3-methoxy-4- hydroxyphenyl)ethyl]chromone, 6-hydroxy-2-[2-(4-hydroxyphenyl) ethyl] chromone

Acid phenolic Acid p-hydroxybenzoic, acid vanillic, acid isovanillic, methylparaben, acid syringic, acid protocatechuic

Phytosterols/ Steroids

Ergosterol, β-sitosterol, β-sitostenone, stigmasterol, β- daucosterol

Aquilarisinin, aquilarinoside, aquilarinenside, iriflophenone

2-O-α-L-rhamnopyranoside, iriflophenone 3-C-β-D-glucoside, iriflophenone 3-C-β-d-glucoside

Xanthonoid Aquilarixanthone, mangiferin, neomangiferin, homomangiferin, isomangiferin

Flavonoid

Apigenin -7, 4'-dimethyl ether, genkwanin 5-O--primevoside,

hydroxygenkwanin, luteolin, luteolin-7,3',4'-methyl ether, luteolin-7, 4'-dimethyl ether, 5-hydroxy-4’,7-

dimethoxyflavonoid, 5,3’-dihydroxy-7,4’-dimethoxyflavone, delphinidin-3-glucoside, hypolaetin 5-O-β-D-

glucuronopyranoside, epicatechin gallate, epigallocatechin gallate, vitexin

Terpenoid Phytol, squalene, friedelan-3-one, epifriedelanol, friedelin

17

Bên cạnh mangiferin, nhiều thành phần hóa học khác trong lá dó bầu cũng được tập trung nghiên cứu và xác định, bao gồm các nhóm chức 2-(2-phenylethyl) chromone, acid phenolic, steroid, acid béo, benzophenone, xanthonoid, flavonoid, terpenoid và alkane [38, 39] Trong đó, iriflophenone 3,5-C-β-D-diglucoside, iriflophenone 3-C-β-D-glucoside, genkwanin 5-O--primevoside và mangiferin là những hoạt chất có hàm lượng tương đối cao và mang những hoạt tính sinh học vô cùng nổi trội [40]

1.3.4 Ứng dụng của lá dó bầu

Theo truyền thống, lá dó bầu được sử dụng trong trà thảo mộc để hỗ trợ tim mạch và hệ tuần hoàn máu Các nghiên cứu về lá dó bầu cho thấy chiết xuất của chúng chứa nhiều thành phần có tác dụng kháng viêm, kháng khuẩn, chống oxy hóa, điều hòa huyết áp cũng như đặc tính nhuận tràng và bảo vệ thần kinh Trong đó, 4 thành phần chính thể hiện những hoạt tính sinh học khác nhau Nhờ vậy, dịch chiết từ lá dó bầu có khả năng mang đến những tác dụng hiệu quả hơn so với việc sử dụng từng hợp chất đơn lẻ Đồng thời, chiết xuất từ lá dó bầu cũng đã được nghiên cứu về độc tính cấp tính qua đường miệng ở chuột và được chứng minh là an toàn [4]

EakkalukWongwad và cộng sự đã tiến hành đánh giá hoạt tính chiết xuất lá dó bầu được thu hái từ nhiều nơi ở Thái Lan Chiết xuất từ lá non lần lượt bằng dung môi ethanol 70% và nước thể hiện các đặc tính chống đường hóa tốt với nồng độ IC50

lần lượt đạt 5,21 ± 0,54 μg/mL và 9,00 ± 1,38μg/mL khi so sánh với chất chuẩn aminoguanidine (9,69 ± 0,75 μg/mL) thông qua xét nghiệm albumin-fructose huyết thanh bò Ngoài ra, chiết xuất lá dó bầu trong nước còn thể hiện khả năng ức chế interleukin-1α (IL-1α) và interleukin-8 (IL-8) mạnh, trong khi chiết xuất từ ethanolic 70% cho thấy sự ức chế IL-1α và NO Kết quả nghiên cứu đã chứng minh chiết xuất từ lá non của A crassna có khả năng kháng viêm tốt, nhờ đó mở ra triển vọng ứng dụng trong ngành mỹ phẩm [41]

Mặc dù vậy, độ hòa tan kém khiến các ứng dụng từ chiết xuất lá dó bầu trong lĩnh vực thực phẩm chức năng và mỹ phẩm trong nước cho đến nay vẫn còn hạn chế

Năm 2017, O.R Alara và các cộng sự đã nghiên cứu tối ưu hóa qui trình chiết

xuất mangiferin từ quả Phaleria macrocarpa bằng phương pháp chiết cận tới hạn với

dung môi là nước Hàm lượng mangiferin tối ưu thu được là 38,71 mg/g tại điều kiện nhiệt độ chiết tối ưu 105oC trong thời gian 6 giờ [42]

Năm 2019, Lerma-Torres cùng các cộng sự đã tiến hành đánh giá ảnh hưởng của các phương pháp chiết xuất khác nhau đến hàm lượng mangiferin trong lá xoài

Ataulfo và Autochthonous ở Mexico Các phương pháp được sử dụng bao gồm ngâm

dầm, chiết Soxhlet, siêu âm và sử dụng vi sóng với hệ dung môi ethanol: nước (tỷ lệ 8:2 v/v) Kết quả nghiên cứu cho thấy quá trình chiết xuất được hỗ trợ bởi sóng siêu âm cho hiệu quả cao nhất, hàm lượng mangiferin thu được là 1,45 mg/g lá khô khi thực hiện ở qui mô lớn [43]

Cũng trong cùng năm, K Anbalagan và cộng sự đã tiến hành khảo sát sự ảnh hưởng của các loại dung môi và điều kiện chiết đến khả năng thu hồi mangiferin từ

lá xoài Mangifera indica Quá trình sử dụng phương pháp ngâm dầm 2 lần với các

dung môi lần lượt là hexane, ethyl acetate, acetone và ethanol Kết quả nghiên cứu cho thấy năng suất thu hồi mangiferin đạt 24,09% với điều kiện chiết tối ưu là sử dụng dung môi ethanol, thời gian chiết 6 giờ ở 70 oC và tỷ lệ mẫu: dung môi là 1:15 (g/g) [44]

Ở Việt Nam, quá trình phổ biến dùng để tinh chế hoạt chất trong dịch chiết từ thực vật là sử dụng dung môi có độ phân cực khác nhau Tuy nhiên, phương pháp truyền thống này thường tiêu tốn nhiều dung môi, thời gian chiết lâu dẫn đến kém khả thi về mặt kinh tế, đồng thời hiệu quả tinh sạch còn chưa cao

19

Do đó, nhu cầu phát triển một kỹ thuật đơn giản nhưng hiệu quả và thân thiện với môi trường để tinh chế các sản phẩm tự nhiên như mangiferin ngày càng cao Hấp phụ và giải hấp phụ trên nhựa macroporous đã được chứng minh là một kỹ thuật hiệu quả nhờ các đặc tính vốn có của chúng như khả năng hấp phụ cao, tính tiện lợi, chi phí vận hành thấp Ngoài ra, phương pháp này tiêu thụ dung môi thấp hơn và không có dư lượng hóa chất trong sản phẩm, đồng thời dễ dàng tái sinh chất hấp phụ Ngày càng nhiều nghiên cứu thành công trong việc ứng dụng nhựa hấp phụ để làm giàu nhiều loại hợp chất khác nhau, bao gồm polyphenol, glycoside và carotenoid từ thực vật Ngoài ra, để cải thiện độ phân giải của quá trình phân tách, việc kết hợp nhựa hấp phụ với sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) cũng được sử dụng

Năm 2016, Sihui Nian và cộng sự sử dụng nhựa hấp phụ macroporous để tinh chế bốn hợp chất xanthones và saponin steroid mang hoạt tính sinh học, trong đó có neomangiferin và mangiferin Polyamide T60–100 được sử dụng để phân đoạn các

chất chiết xuất thô của từ thảo dược Anemarrhenae Rhizome, sau đó tiến hành tinh

chế bằng nhựa macroporous HPD400 Trong điều kiện tối ưu hóa, quá trình thu được 2,31 g neomangiferin và 4,10 g mangiferin từ 1 kg nguyên liệu thô với độ tinh khiết tương ứng là 90,0% và 92,15% Kết quả chứng tỏ sắc ký cột kết hợp với polyamide và nhựa hấp phụ macroporous có thể được coi là một giải pháp thay thế xanh và hiệu quả để tinh chế quy mô lớn các thành phần có hoạt tính sinh học từ thực vật [45]

1.4.2 Tạo hệ phân tán nano mangiferin

Trước những thách thức về độ hòa tan và sinh khả dụng kém, một vài nghiên cứu đã cố gắng nâng cao sinh khả dụng qua đường uống của mangiferin bằng cách xây dựng công thức phân tán mangiferin dạng rắn, tạo phức với β-cyclodextrin, phospholipid hay sử dụng kỹ thuật sấy phun Tuy nhiên, các phương pháp này đạt hiệu quả chưa cao trong việc khắc phục hoàn toàn các vấn đề về khả năng hòa tan, tính ưa béo và cuối cùng là sinh khả dụng của mangiferin [46]

Gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ nano, một vài nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm bao bọc và đưa mangiferin về kích thước nano Năm 2018, Rohini Samadarsi và cộng sự đã nghiên cứu tạo hệ nano mangiferin chiết xuất từ

20

Curcuma amada được bao bọc bởi β-lactoglobulin (β-LG) bằng phương pháp

de-solvate hóa Thông qua kỹ thuật tán xạ ánh sáng động (DLS), kích thước trung bình và thế zeta của hạt nano lần lượt được xác định là 31,89 ± 10 nm và -30,0 ± 0,2 mV Các nghiên cứu ở đường tiêu hóa cũng chứng minh độ bền của các hạt nano trước tác động của enzyme pepsin trong dịch dạ dày tốt hơn so với enzyme pancreatin ở tụy Sự giải phóng mangiferin được quan sát thấy trong dịch ruột là khoảng 80% trong 8 giờ Thử nghiệm DPPH cũng cho thấy việc bao bọc nano mangiferin vẫn giữ được đặc tính chống oxy hóa [47]

Năm 2019, Razura-Carmona FF và các cộng sự phát triển nghiên cứu tạo hạt nano mangiferin được bao bọc bằng poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) thông qua phương pháp làm bay hơi dung môi trong nhũ tương với kích thước hạt trung bình là 176,7 ± 1,021 nm, hiệu suất bao bọc mangiferin đạt khoảng 55% Đồng thời, nghiên cứu cho thấy quá trình bao bọc đã bảo vệ mangiferin trước sự phân hủy trong dạ dày (1,5 giờ) và không can thiệp vào sự trao đổi chất của các tế bào khỏe mạnh cũng như các hoạt động sinh học của chúng [48]

Mặc dù thể hiện tiềm năng nổi trội trong việc gia tăng độ hòa tan của hoạt chất nhưng những nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano trong việc tạo hệ phân tán cao chiết lá dó bầu hay hệ phân tán mangiferin hiện tại vẫn còn tương đối ít Quá trình đánh giá độ hòa tan của các hệ phân tán từ lá dó bầu cũng cũng chưa được nghiên cứu rõ ràng Do đó, đề tài được thực hiện với mục đích xây dựng qui trình tạo một số hệ phân tán từ chiết xuất lá dó bầu để định hướng ứng dụng vào sản phẩm dược phẩm và mỹ phẩm

21

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 2.1 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Từ những tìm hiểu về thành phần hóa học cũng như hoạt tính sinh học nổi bật có thể thấy lá dó bầu là một loại thực vật rất tiềm năng trong việc ứng dụng vào các sản phẩm dược phẩm và chăm sóc cá nhân Đồng thời, lá dó bầu cũng là một nguồn nguyên liệu chính để phân lập và tinh chế hoạt chất mangiferin Tuy nhiên, đặc tính kém tan trong nước và khả năng thẩm thấu thấp đã hạn chế các ứng dụng của cao chiết lá dó bầu cũng như hoạt chất mangiferin Việc kết hợp công nghệ nano sẽ là một giải pháp tiềm năng để gia tăng độ hòa tan và cải thiện sinh khả dụng của chúng Do vậy, nghiên cứu tiến hành khảo sát quá trình tạo một số hệ phân tán từ cao chiết và chế phẩm lá dó bầu Đồng thời so sánh hiệu quả và hoạt tính của các hệ phân tán so với hệ phân tán đi từ mangiferin trên thị trường, từ đó định hướng ứng dụng trong sản phẩm chăm sóc cá nhân cũng như thử nghiệm đưa hệ phân tán về dạng bột

2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Để đáp ứng được mục tiêu đặt ra, nội dung nghiên cứu sẽ bao gồm:

− Chuẩn bị cao chiết, tiến hành nâng cao hàm lượng mangiferin từ cao chiết − Đánh giá tính chất cao chiết, chế phẩm lá dó bầu và mangiferin tinh khiết − Nghiên cứu tạo hệ phân tán cao chiết lá dó bầu, hệ phân tán chế phẩm lá dó

bầu và hệ phân tán mangiferin

− Đánh giá tính chất, độ hòa tan và hoạt tính sinh học của các hệ huyền phù − Thử nghiệm đưa các hệ phân tán về dạng bột sấy phun

− So sánh, đánh giá tính chất trên các sản phẩn thu được và kết luận

Mangiferin 95% được mua từ công ty Shaanxi Yuantai Biological Technology Co., Ltd

15 Thuốc thử Folin-Ciocalteau Đức

23

2.3.3 Thiết bị

Bảng 2.2 Các dụng cụ và thiết bị sử dụng

Bình cầu và bẫy cô quay Cân 4 số Satorius CPA224S

Bình định mức Máy đo độ ẩm Satorius MA35 Ống nhỏ giọt Máy đo UV-Vis Helios Epsilon

Micro pipette Máy đồng hóa FJ – 200

Lọ thủy tinh Máy đo pH Lab 850 Schott Instrument Đầu lọc syringe 0,45 m Máy đo màu Konica Minolta CR – 400

Máy sấy phun LabPlant SD – 05 Thiết bị HPLC Agilent 1260 Infinity

2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.4.1 Đánh giá tính chất ngoại quan của mẫu 2.4.1.1 Xác định độ ẩm

Độ ẩm của mẫu được xác định bằng máy đo độ ẩm Satorius MA35 tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Hữu cơ Một lượng mẫu vừa đủ được trải đều trên một đĩa nhôm và được đặt vào buồng mẫu để tiến hành đo Độ ẩm của mẫu sẽ được tính dựa trên sự chênh lệch khối lượng giữa mẫu ban đầu và mẫu khô sau khi đã loại bỏ hoàn toàn ẩm

• Trục L đặc trưng cho độ sáng của màu sắc, được thể hiện từ màu đen tuyệt đối (L=0) đến màu trắng tuyệt đối (L=100)

• Trục C đại diện cho độ bão hòa màu, có giá trị thay đổi từ 0% (màu xám) tương ứng vị trí hoàn toàn không bão hòa đến 100%

• Trục h đại diện cho sắc màu và được biểu diễn trên vòng tròn màu theo chiều ngược chiều kim đồng hồ, tương ứng từ góc 0o (màu đỏ) sang 90o (màu vàng), 180o (màu xanh lục) đến 270o (màu xanh dương) và quay lại 0o

Ở dạng dung dịch, mẫu sẽ được chứa trong cuvette còn ở dạng bột thì mẫu được đặt vào giữa 2 lam kính thuỷ tinh Đặt đầu dò lên bề mặt cuvet hay lam kính có chứa mẫu, tiến hành đo 3 lần và lấy kết quả trung bình Sự biến thiên màu sắc được tính bằng công thức sau: ∆𝐸 = √(∆𝐿)2+ (∆𝐶)2+ (∆ℎ)2 (2) E sẽ cho biết khoảng cách hình học của hai màu trong một hệ thống

2.4.2 Định lượng các hoạt chất trong mẫu

2.4.2.1 Xác định hàm lượng mangiferin bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)

Thiết bị sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC) Agilent 1260 Infinity theo mô hình sắc kí pha đảo được sử dụng để xác định hàm lượng mangiferin