CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.4 Tổng quan về tơ tằm
2.4.2 Tính chất của fibroin tơ tằm
SF đã được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) công nhận là vật liệu sinh học vào năm 1993 [91]. So với các chất tạo màng sinh học tự nhiên khác, SF có nhiều hứa hẹn do các đặc tính cơ học tuyệt vời, khả năng tương thích sinh học tốt, khả năng phân hủy sinh học và tính linh hoạt của việc điều chỉnh lại cấu trúc. Những đặc tính thuận lợi này là do các đặc tính hóa lý độc đáo của nó.
Hình 2.6 Tiểu phân nano tơ tằm chuyển đổi do sự đảo ngược cấu trúc β
Độ tan
Fibroin ở dạng tái sinh có khả năng hịa tan trong nước cao lên đến 10% (w/v), dung dịch này có độ nhớt cao và có thể trở thành gel, đây là một lợi thế cho việc tạo hạt nano fibroin vì khơng cần hoặc cần ít dung mơi hữu cơ so với các vật liệu nano khác phải dùng đến dung mơi như PLGA. Do đó, hạn chế được độc tính khơng mong muốn do dung mơi dư thừa ảnh hưởng đến con người và môi trường [94].
Khả năng hòa tan của fibroin tương quan chặt chẽ với các cấu trúc đa hình tinh thể của nó và có thể được kiểm sốt một cách thuận lợi thơng qua thực nghiệm. Tơ I được tìm thấy ở tuyến tằm có độ kết tinh thấp chủ yếu ở dạng xoắn ngẫu nhiên (random coil) và α-helices (chuỗi xoắn α) chiếm ưu thế tạo thành một cấu trúc vơ định hình làm cho tơ I khơng bền về mặt nhiệt động học và tan trong nước. Tơ II được tìm thấy trong hầu hết các sợi tơ tằm với độ kết tinh cao nhất với thành phần chủ yếu là cấu trúc antiparallel β-sheet thuộc loại tinh thể đơn tà (monoclinic). Cấu trúc β-sheet khơng đối xứng có các chuỗi hydro của Gly và chuỗi metyl của Ala ở các mặt đối nhau, tương tác kỵ nước của hydro và nhóm metyl làm cho tơ II bền nhiệt động, có cơ tính cao và khơng tan trong nước. Tơ III được tìm thấy trong các màng được hình thành tự nhiên nằm trên bề mặt dung dịch fibroin tiếp xúc với khơng khí, là một dạng tinh thể đa hình có cấu trúc xoắn gấp ba lần có tính bền kém hơn tơ II nhưng bền hơn tơ I. Trong thực tế, để điều chỉnh độ tan phù hợp với các ứng dụng mong muốn, tơ I và tơ II có thể được chuyển hóa lẫn nhau, bằng cách phương pháp biến đổi vật lý và hóa học của chúng [95].
Tính tương thích sinh học
Fibroin là một protein có thành phần hóa học cơ bản, có tính tương thích sinh học cao có thể được sử dụng trong các lĩnh vực lâm sàng của y học. Với cấu trúc dạng matrix fibroin có thể gắn kết với các tế bào nguyên sợi và thúc đẩy sự phát triển của chúng. Bên cạnh đó, đặc tính khơng gây viêm và khả năng tương thích sinh học cao với máu đã được khẳng định. Độ bền sinh học của fibroin được xác định bằng kỹ thuật nuôi cấy tế bào in vitro và thử nghiệm in vivo động vật. Do đó, fibroin hồn tồn có khả năng tương thích sinh học và tính an tồn sinh học khi được ứng dụng trong các lĩnh vực chăm sóc sức khỏe [96].
Khả năng phân hủy sinh học
Phân hủy sinh học là một trong các đặc tính nổi bật của fibroin được ứng dụng phổ biến để kiểm soát các yếu tố trong lĩnh vực y sinh. Khả năng phân hủy fibroin phụ thuộc nhiều vào các yếu tố y sinh tác động lên nó như các enzym phân giải protein (protease) hoặc thấp hơn là quá trình thủy phân. Bản thân fibroin là một protein tự nhiên nên khi phân giải thành các sản phẩm phụ không độc hại là các acid có thể hấp thụ, chuyển hóa và bài tiết thuận lợi qua các chức năng bài tiết bình thường của cơ thể. Phân giải protein fibroin là một q trình suy thối đối với 11 đoạn ưa nước bắt đầu ở đoạn cuối đầu C và N của chuỗi nặng và tiến hành đến toàn bộ chuỗi dần đến các vùng tinh thể và cuối cùng kết thúc q trình là suy thối vùng kết tinh. Tỷ lệ phân giải có thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có thể kể
đến là các loại enzyme, độ kết tinh của fibroin, phương pháp chuẩn bị và các yếu tố y sinh tác động. Độ kết tinh của tơ II cao hơn so với tơ I do đó thời gian phân hủy của nó cũng kéo dài hơn. Mặt khác, mơ hình 3D fibroin có thể ổn định trong thời gian hơn một năm nếu được tổng hợp trong môi trường dung môi hữu cơ, nhưng nó sẽ hồn tồn bị phân hủy trong 6 tháng nếu được tổng hợp trong môi trường nước và có thể bị điện phân phá hủy hồn tồn chỉ trong 8 tuần. Tuy nhiên, trong kén tằm B. mori có chất ức chế trysin giúp bảo vệ fibroin trong kén tơ tằm không bị phân hủy sớm trong tự nhiên [90, 93].