CHƯƠNG 1 : NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT
1.5 Hệ tải thuốc nanochitosan gắn mPEG
1.5.1 Giới thiệu về vật liệu chitosan
1.5.1.1 Cấu trúc của chitosan
Chitosan là một loại polymer carbonhydrate tự nhiên có thể được tạo thành bằng cách deacetyl hóa chitin.
Chitosan là dẫn xuất deacetyl hóa của chitin, trong đó nhóm (-NH2) thay thế nhóm (-NHCOCH3) ở vị trí C2. Chitosan được cấu tạo từ các mắc xích D-glusamine liên kết với nhau bởi liên kết α-(1-4)-glycoside[10, 11].
Chitosan có thể được tìm thấy trong tự nhiên từ động vật giáp xác như tôm cua. Chitosan còn có thể được tìm thấy từ những loại vi sinh vật như nấm, men.
1.5.1.2 Tính chất của chitosan
Không độc, có tính tương thích sinh học cao, có khả năng phân hủy sinh học nên không gây dị ứng và không gây phản ứng phụ, không gây tác hại đến môi trường.
Tan tốt trong dung dịch axít loãng (pH<5.5), kết tủa ở những giá trị pH cao hơn, hóa tím trong dung dịch iod.
Hình 1.4: Cấu trúc của chitin và chitosan
Chitin
Chitin- Deacetyl hóa
Luận Văn Thạc Sĩ 11 CBHD: PGS.TS Đặng Mậu Chiến Là hợp chất cao phân tử nên trọng lượng của nó giảm dần theo thời gian do phản ứng tự cắt mạch. Nhưng khi trọng lượng phân tử giảm thì hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm không bị giảm đi.
Ở pH<5.5, chitosan có tính điện dương cao.
Trong phân tử chitosan có chứa nhóm –OH, –NH2 và nhóm –NHOCH3, có nghĩa là chúng vừa là alcol vừa là anime, vừa là amide. Phản ứng hóa học có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế O-, dẫn xuất thế N-.
Mặt khác, chitosan là những polymers mà các monomer được nối với nhau bởi liên kết (1-4)-glycoside, các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các chất như: acid, bazo, tác nhân oxi hóa và các enzyme thủy phân[10, 11].
1.5.1.3 Ứng dụng của chitosan
Trong y tế, chitosan có tác dụng làm màng chữa bỏng, tá dược độn trong làm cốm, tá dược ổn định viên nén, thuốc trị viêm loét dạ dày tá tràng. Hỗn hợp chitosan-collagen làm giảm cholesterol trong máu, giảm sự hấp thụ lipid. Chitin được dùng làm da nhân tạo, thuốc diệt khuẩn, chỉ khâu trong phẩu thuật.[24],[30]
Trong công nghiệp thực phẩm, chitosan làm phụ gia thực phẩm duy trì hương vị tự nhiên, ổn định màu, nhũ tương, làm dày cấu trúc, màng bảo quản rau quả tươi, làm trong nước quả ép, giữ màu sắc và hương vị tự nhiên trong sản phẩm.
Trong công nghiệp in, chitosan làm chất keo cảm quang, trong công nghiệp nhuộm làm tăng độ màu của vải nhuộm. Trong nông nghiệp, oligochitosan làm thuốc tăng trưởng thực vật, gia tăng hệ số nhân và sinh khối tươi cho cây tươi cấy mô.
Trong khoa học kỹ thuật, chitosan làm dung dịch tăng độ khuếch đại của kính hiển vi, xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt: thu hồi ion kim loại, protein, phenol, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm,…..[10, 11].
1.5.2 Giới thiệu về nano chitosan
Chitosan được sử dụng làm nguyên liệu điều chế hạt nano chitosan trong những năm gần đây vì những tính chất ưu việt của nó có ở kích thước nano.. Với nhiều tính năng như tính tương thích sinh học, phân hủy sinh học, bám dính màng và không độc hại, nó trở thành nguyên liệu cho nhiều ứng dụng dược sinh học. Do đó hạt nano chitosan trở thành hệ phân phối thuốc có tiềm năng lớn.[12],[26]
Hạt chitosan có kích thước nano (từ 10nm đến 1000nm) dễ dàng đi qua màng tế bào, và vào cơ thể qua nhiều đường khác nhau như dùng ngoài da, qua đường miệng, qua đường mũi,…. Nano chitosan có diện tích và điện tích bề mặt cực lớn nên được ứng dụng nhiều trong y sinh học như mang thuốc, vaccine, vectơ chuyển gen, chống khuẩn, thuốc điều trị ung thư,…. Khi sử dụng nano chitosan làm chất dẫn thuốc, thuốc điều trị được bảo vệ bởi những hạt nano chitosan khỏi sự phân hủy sinh học. Do kích thước rất nhỏ, những hạt này có tác dụng thấm sâu vào cơ thể, đưa thuốc đến đúng mục tiêu, nâng cao hiệu quả điều trị.[15]
Trên thế giới hầu hết những công trình nghiên cứu gần đây đều nhằm mục đích chế tạo ra những mang nano để dẫn truyền thuốc, protein, gen và phát triển vectơ chitosan hướng đích thuốc trên những tế bào ung thư. Một số công trình tiêu biểu là điều chế hạt nano chitosan composite với acid polyacrylic để điều khiển và kéo dài thời gian giải phóng thuốc, điều chế hạt nano chitosan với cholesterol để dẫn thuốc đến mắt, biến tính với N-trimetyl mang protein làm hệ thống dẫn truyền đường mũi, tạo phức với acid deoxycholic để dẫn truyền gen [16]. Ngoài ra nano chitosan còn được nghiên cứu về khả năng diệt khuẩn [17],[18] ứng dụng trong thực phẩm chức năng[19],[20]. Nhiều công trình cũng tiến hành nghiên cứu về kích cỡ, điện tích bề mặt hạt nano chitosan, gắn kết các phân tử protein trên hạt nano[21],[22]. Tuy nhiên, kết quả nhận được rất khác nhau[23].
Ở nước ta, số lượng bài nghiên cứu về nano chitosan đang ngày càng tăng. Hiện nay mức độ cập nhật của các nghiên cứu trong nước so với các nghiên cứu của các nhà khoa học khác trên thế giới đã gia tăng rất nhiều so với lúc trước. Cụ thể thì có nhiều nhóm nghiên cứu như sau đã nghiên cứu về vấn đề này. Nhóm nghiên cứu của PGS.TS Nguyễn Anh Dũng[3] đã nghiên cứu chế tạo vật liệu nano chitosan làm tá chất miễn dịch cho vaccine cúm A H5N1. Nhóm nghiên cứu của TS Trần Đại Lâm đã nghiên cứu đề tài với nội dung: tổng hợp, đặc trưng và ứng dụng dẫn thuốc của chitosan nano[3]. Ngoài ra gần đây nhất còn có các nhóm nghiên cứu khác như: nhóm nghiên cứu của TS Nguyễn Thị Phương Phong [1], với đề tài ‘nghiên cứu chế tạo vật liệu nano chitosan làm chất hấp thụ protein ứng dụng trong dẫn truyền thuốc. Nhóm nghiên cứu của PGS.TS Đỗ Trường Thiện [4] với đề tài ‘’ nghiên cứu chế tạo vật liệu nanochitosan ứng dụng trong dược phẩm và trong công nghiệp’’. Các khảo sát này
Luận Văn Thạc Sĩ 13 CBHD: PGS.TS Đặng Mậu Chiến bước đầu cho thấy những kết quả khả quan trong việc ứng dụng chitosan làm chất mang, vaccine, thuốc. Những nghiên cứu này một số ít đã không đi sâu vào khảo sát thực nghiệm và đánh giá kết quả tạo hạt nano chitosan, nhưng vẫn chưa đáp ứng được hết những tiềm năng to lớn mà công nghệ tạo hạt nano chitosan, đáp ứng được hết những tiềm năng to lớn mà công nghệ tạo hạt nano chitosan hứa hẹn sẽ mang tới cho con người.
1.5.3 Giới thiệu về TPP
-Tác nhân liên kết ngang: ion Tripolyphosphate (TPP)
Hệ tải thuốc sử dụng vật liệu chủ là Chitosan (Chitosan-based) được chế tạo bằng các tác nhân liên kết ngang hóa học(chemical cross-linking agent) như Glutaraldehyde (GA), Glyoxal, 2,2-dimethoxy phenylacetophenone…, các tác nhân liên kết ngang này có khả năng tạo liên kết hóa học bền vững với nhóm amino của chitosan. Tuy nhiên chúng lại không được dùng phổ biến bởi chúng đều thể hiện độc tính trong môi trường sinh học, ví dụ GA có độc tính gây kích thích niêm mạc[13].
Các tác nhân liên kết ngang như ion Tripolyphosphate (TPP), poly (glytamic acid) (PGA) được dùng đề khắc phục nhược điểm trên. Trong dung dịch chúng đều tích điện âm, khi đó chúng có thể tương tác tĩnh điện với chitosan thông qua nhóm amino tích điện dương trong môi trường acid, tương tác này chỉ có thể thay đổi khi điện tích của nhóm amino trên chitosan thay đổi. Đối với PGA, công thức phân tử của nó cồng kềnh hơn TPP rất nhiều (hình 1.5), chính vì thế nó tạo hiệu ứng lập thể lớn hơn làm cho hiệu suất tải thuốc thấp hơn, nên trong thực tế TPP vẫn là tác nhân tạo liên kết ngang ion được ưu chuộng nhất[13].
-Sự hình thành của hạt nano chitosan với tác nhân liên kết ngang
Với tương tác tĩnh điện, TPP liên kết các chuỗi chitosan lại với nhau (hình 1.6), tạo nên hạt có một hệ thống lỗ xốp. Các lỗ xốp là khoảng không dùng cho việc chứa hạt thuốc, và nó cũng tạo điều kiện thuận lợi hơn cho quá trình nhả thuốc chậm. Tương tác tĩnh điện này chỉ có thể bị thay đổi khi một trong hai yếu tố cấu thành thay đổi, chitosan hoặc tác nhân liên kết ngang.
Theo nghiên cứu, đối với những hạt có đường kính lớn hơn 100 nm thì bị gan, thận hấp thụ và đào thải càng nhanh, trong khi những hạt có kích thước nhỏ tồn tại trong hệ mạch lâu hơn, nhờ thế có thể nâng cao được hiệu suất tải thuốc[27], bên cạnh đó việc giảm kích thước hạt cũng là phương pháp hữu hiệu trong việc tăng cường tính chất của nó, ở kích thước nano hạt có tỉ lệ diện tích bề mặt lớn hơn, vì thế có số nguyên tử trên bề mặt nhiều hơn so với khi ở kích thước micro từ đó làm ảnh hưởng tới tới các mặt hóa lý, xúc tác và những phản ứng tương tác khác[14]
1.5.4 Giới thiệu về mPEG
Methoxypolyethylene glycol amin (mPEG) là một polymer trơ, hòa tan trong nước, không gây độc. mPEG được sử dụng rất phổ biến cho việc gắn lên bề mặt hạt nano với vai trò làm giảm sự đào thải của cơ thể đối với thuốc. Cấu trúc phân tử mPEG khá đơn giản và linh động. mPEG gắn lên bề mặt hạt có vai trò tăng tính ái nước và ái hữu cơ, tính mềm dẻo và tính tương thích sinh học của hạt.
Có nhiều cơ chế cho việc gắn mPEG lên chitosan. Phổ biến là mPEG biến đổi
Luận Văn Thạc Sĩ
Do mPEG có tính ưa nước n
vệ hạt nano chitosan bên trong, giúp tăng s phân hủy thuốc, từ đó làm tăng hi
1.5.5 Giới thiệu về chitosan gắCó nhiều cơ chế cho việc gắn Có nhiều cơ chế cho việc gắn của chitosan thông qua gốc biến đổi aldehyde tương tác v
mPEG-g-cts sau đó được kết tủa bằng ph
acid) hoặc tripolyphosphate trong dung dịch có d trong hạt.