Hoạt tính kháng khuẩn của chitosan và các dẫn xuất của nĩ đã nhận được sự quan tâm đáng kể trong những năm gần đây. Cơ chế kháng khuẩn của chitosan là nhờ một số cơ chế sau:
- Chitosan là một polycationic, chúng tương tác với thành phần polyanion vách tế bào (lipopolysaccharides và protein) của vi sinh vật, kết
quả là sự rị rỉ thành phần nội bào do các thay đổi trong tính thấm của hàng rào (barrier); ngăn cản chất dinh dưỡng đi vào tế bào; ngăn cản sự nhập vào tế bào (đặc biệt là chitosan cĩ khối lượng phân tử thấp LMWC ).
- Chitoan cĩ khả năng kết hợp với DNA và nhờ vậy chitosan cĩ khả năng ức chế tổng hợp RNA và protein.
- Chitosan cĩ khả năng gắn kết gây đơng tụ, kết tủa tế bào vi khuẩn và dẫn đến giết chết tế bào.
Cơ chế tác động của chitosan và chitosan oligomer đối với E. coli và S.
aureus được Eaton (2008) nghiên cứu bằng kính hiển vi AFM (atomic force
microscope) như hình chụp dưới đây. Kết quả thấy rằng sau 24h xử lý, tế bào bị phá vỡ màng và thẩm thấu dịch tế bào ra ngồi mơi trường [7].
Hình 2.7. Ảnh hưởng của chitosan và chitosan oligomer (COS) đến tế bào E.coli (Eaton, 2008) E.coli (Eaton, 2008)
Tharanathan(2004)[Chitosan cho thấy một phổ kháng khuẩn rộng kháng lại cả nấm và vi khuẩn Gram dương và Gram âm [9].
Hong Kyoon No (2002) nghiên cứu ảnh hưởng của sáu loại khối lượng phân tử khác nhau của chitosan, chitosan oligomer đến khả năng kháng khuẩn trên 7 loại vi khuẩn gram dương và 4 vi khuẩn gram âm. Kết quả thấy rằng chitosan cĩ khối lượng phân tử cao cĩ khả năng kháng khuẩn tốt hơn chitosan oligomer cĩ khối lượng phân tử thấp hơn. Hoạt tính kháng khuẩn của chitosan
mạnh hơn ở vi khuẩn gram âm hơn là vi khuẩn gram dương. Chỉ số MIC của chitosan biến động trong khoảng 0.05-0.1% tùy thuộc vào khối lượng phân tử và loại vi khuẩn. Hong Kyoon No cũng khẳng định rằng hoạt tính kháng khuẩn của chitosan thể hiện tốt hơn ở mơi trường pH thấp [12].
Nguyễn Anh Dũng (2004) cũng nghiên cứu khả năng kháng E.coli của chitosan, chitosan oligomer và chitosan oligomer cải biến bằng cách gắn với salicylic aldehyde đã làm gia tăng hoạt tính kháng khuẩn lên nhiều lần. MIC của chitosan đối với E. coli khoảng 250 ppm, oligoglucosamine khoảng 80- 100 ppm và salicyden oligoglucosamine (SO) chỉ cịn 30-40 ppm [3].
Muối ammonium bậc bốn của chitosan thể hiện hoạt tính kháng khuẩn rất cao. Ví dụ: diethylmethylchitosan cloride thể hiện hoạt tính kháng khuẩn cao hơn chitosan. Hydroxypropyl chitosan ghép với acid maleic natri ức chế hơn 99% vi khuẩn Staphylococcus aureus và E. coli trong 30 phút tiếp xúc với nồng độ 100 ng/ml.
Avadi (2004) nghiên cứu chế tạo dẫn suất diethylmethylchitosan (DEMC) để tăng khả năng hịa tan trong dung mơi, nước và tăng tính kháng khuẩn gấp hai lần so với chitosan khơng cải biến (bảng 2.5) [6].
Nguyen Anh Dzung, Phạm Quang Anh, Pham Anh Hong (2007) nghiên cứu cải biến chitosan bằng cách gắn tạo nhánh chitosan với gốc đường glucose, glucosamine, trimethyl chitosan để tăng hoạt tính kháng khuẩn. Kết quả ghi nhận trong bảng 2.6 [38].
Bảng 2.4. Chỉ số MIC (µg/ml) và MBC (µg/ml) của chitosan và DEMC
Mơi trường Kiểm chứng (mẫu
trắng)
Chitosan DEMC
MIC MBC MIC MBC MIC MBC
Nước cất - - - - 500 500 AcOH 0,25% khối lượng 2500 2500 250 250 125 125 AcOH 0,5% khối lượng 2500 2500 225 225 110 110 AcOH 0,75% khối lượng 1250 1250 158 158 87,5 87,5 AcOH 1,00% khối lượng 1250 1250 125 125 62,5 62,5
Bảng 2.5. Chỉ số MIC của một số dẫn suất chitosan trên một số vi khuẩn
Các dẫn suất
MIC (ppm)
MSSA MRSA E. faecalis E. coli P.
aeruginosa Chitosan 200 560 400 200 200 Oligosaccharide 200 600 480 200 200 Glucose chitosan 80 80 80 40 40 Glucose oligosaccharide 100 180 140 100 100 Glucosamine chitosan 40 40 40 30 30 Glucosamine oligosaccharide 50 60 50 40 40 Trimethyl chitosan 10 20 20 5 10 Trimethyl oligosaccharide 100 140 120 100 120 Carboxymethyl chitosan 40 60 40 40 40
Sun (2006) nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn của CMC (Carboxy methyl chitosan) và QC (Quarterinized chitosan). Kết quả cho thấy chỉ số MIC của CMC là 500ppm với E.coli và 1500 ppm với S. aureus; chỉ số MIC của QC là 125ppm với E.coli và 250ppm với S. aureus [47].
Tikhonov (2006) cũng nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm của chitosan khối lượng phân tử thấp (4,7 kDa) và chitosan cải biến. Kết quả cho thấy chitosan khối lượng phân tử thấp cĩ hoạt tính kháng khuẩn thấp. Ở nồng độ 1% chitosan (4.7 kDa) tỷ lệ chết của E.coli chỉ là 91.6% [49].
Vật liệu hạt nano chitosan cĩ diện tích tiếp xúc và điện tích dương lớn hơn chitosan thơng thường nên cĩ hiệu quả kháng khuẩn cao hơn nhiều lần so với chitosan. Qi et al. (2005) nghiên cứu chế tạo hạt nano chitosan để tăng hoạt tính kháng khuẩn. Hạt nano chitosan được chuẩn bị bằng phương pháp tạo gel trong tripolyphosphate (TPP), kích thước hạt khoảng 30-50nm. Các thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn của hạt nano chitosan trên 4 loại vi khuẩn
E.coli, S. typhimurium, S. choleraesuis và S. aureus cho thấy hoạt tính kháng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
khuẩn tăng lên nhiều lần so với chitosan. MIC (nồng độ tối thiểu ức chế) của hạt nano chitosan là 1/8-1/32 microgam/ml so với chitosan là 8-16 microgam/ml và kháng sinh doxycycline là 1-4 microgam/ml [41].
Bảng 2.6. Chỉ số MIC (µg/ml) và MBC (µg/ml) của kháng sinh Doxycycline và Chitosan nanoparticles Doxycycline và Chitosan nanoparticles
Vi khuẩn Doxycyline CNP CNP-Cu
MIC MBC MIC MBC MIC MBC
E. coli K88 1 8 1/8 4 1/16 2 E. coli ATCC 25922 2 16 1/16 2 1/16 2 S. choleraesuis ATCC 50020 4 32 1/8 4 1/16 2 S. typhinurium ATCC 50013 4 64 ¼ 8 1/8 4 S. aureus ATCC 2593 ¼ 8 ¼ 8 1/8 4
CNP: chitosan nanoparticles, CNP-Cu: chitosan nanoparticles hấp thụ Cu