Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.5. Giới thiệu về tổ hợp kích thước nano từ các polyme tự nhiên
Bên cạnh những đặc tính tốt và các hoạt tính sinh học quý, các hoạt chất thu được từ các nguồn nguyên liệu thực vật nói chung và từ vỏ quả măng cụt nói riêng cịn có những đặc tính như khả năng hồ tan trong các mơi trường khác nhau của các hợp chất nhóm xanthon, độ kém bền màu của anthocyanin, …. gây bất lợi cho quá trình sử dụng và làm giảm tính sinh khả dụng. Một trong những giải pháp để khắc phục các hạn chế, cải thiện tính sinh khả dụng của các hoạt chất được nhiều nhà khoa học quan tâm gần đây là tạo ra các chế phẩm dạng nano từ việc kết hợp các hoạt chất này với một hoặc nhiều chất mang khác nhau. Abdalrahim và cộng sự (2011) đã điều chế tổ hợp α-mangostin với polyvinylpyrrolidone (PVP), cải thiện khả năng hòa tan (từ 0,2 ± 0,2 μg/mL lên 2743 ± 11 μg/mL), nâng cao các đặc tính dược lý của α-mangostin, đặc biệt là hiệu quả kháng tế bào ung thư [114]. Năm 2015, nhà khoa học này và cộng sự cũng đã thành công trong việc chế tạo tổ hợp hạt nano của chiết xuất chứa 81% α-mangostin với polyme Eudragit RL100/RS100 giúp cải thiện tính năng phân phối thuốc trong điều trị khối u ở ruột và ruột kết [115]. Đến nay, nhiều vật liệu khác cũng được nghiên cứu thành công trong việc sử dụng làm chất mang, chất bao bọc α-mangostin, mở rộng tiềm năng ứng dụng hoạt chất này vào trong điều trị bệnh và nhiều lĩnh vực khác như hóa dược, mỹ phẩm, thực phẩm. Tiêu biểu như tổ hợp dạng hạt nano của α-mangostin với cellulose [15], poly(ethylene glycol) và poly(l-lactide) [116], polyvinylpyrrolidone cyclodextrin [117], poly (D, L-lactic-co-glycolic acid) (PLGA (với tiềm năng ứng dụng trong điều trị và ngăn ngừa ung thư đại trực tràng) [118], chitosan [16], chitosan và alginate [119, 120], chitosan và eudragit S 100 [121], poly(ethylene glycol) và poly(l-lactide) (PEG- PLA), tổ hợp dạng sợi nano của α-mangostin với polyvinylpyrrolidone [16, 122]. Kỹ thuật điều chế tổ hợp dạng kích thước nano tải các hoạt chất như α-mangostin trở thành một kỹ thuật đầy hứa hẹn để tăng độ hịa tan, tính chọn lọc và hiệu quả trong điều trị bệnh và ứng dụng trong các lĩnh vực khác [123].
Trong số các nguyên liệu polyme được sử dụng để làm chất tải các hoạt chất thì carrageenan và chitosan được sử dụng khá phổ biến bởi nguồn gốc tự nhiên, tính an tồn và sự tương thích sinh học.
Carrageenan là polysaccharide mạch thẳng được sulphat hóa của D-galactose và 3,6-anhydro-D-galactose thông qua liên kết kết 𝛼-1,3 và liên kết 𝛽-1,4
glycosidic, các gốc sulfate nằm ở các vị trí C2 và C4. Dựa trên cấu trúc hóa học phân ra các loại carrageenan cơ bản, bao gồm: 𝜆-(lambda-), 𝜅-(kappa-), 𝜄- (iota-), 𝜐- (nu-), 𝜇- (mu-), 𝜃- (theta-) và 𝜉- (Ksi-) – carrageenan [124]. Loại polymer tự nhiên này được chiết xuất từ một số loài rong biển đỏ thuộc lớp Rhodophyceae. Sản phẩm carrageenan thương mại có màu hơi vàng, nâu vàng hoặc màu trắng, có dạng bột
trong ethanol, nhưng tan trong nước ở nhiệt độ 80oC tạo thành một dung dịch sệt có màu trắng đục có độ nhớt cao, … Độ nhớt của dung dịch tùy thuộc vào loại carrageenan, khối lượng phân tử, nhiệt độ, các ion có mặt và hàm lượng carrageenan (Độ nhớt tăng gần theo cấp số nhân với nồng độ và giảm theo nhiệt độ). Carrageenan dễ bị khử phân giải thơng qua q trình thủy phân có xúc tác axit. Ở nhiệt độ cao và độ pH thấp carrageenan nhanh chóng bị mất hoàn toàn chức năng [125]. Các dạng tồn tại của carrageenan đều có đặc tính trương nở, tuy nhiên sự trương nở phụ thuộc vào kiểu cấu trúc của chúng, loại ion kim loại, nồng độ ion và hàm lượng carrageenan (Thời gian trương nở tăng theo cấp số nhân khi hàm lượng carrageenan tăng), … [126]. Các 𝜅-(kappa-) và 𝜄- (iota-) carrageenan đều thể hiện
đặc tính tạo gel trong dung dịch có chứa các cation, đặc biệt các cation như K+, Ca2+ [127]... Carrageenan sở hữu nhiều hoạt tính sinh học, có liên quan tới khả năng chống khối u, điều hòa miễn dịch, chống tăng lipit máu, chống đông máu và kháng vi rút (carrageenans là chất ức chế mạnh đối với vi rút herpes và HPV) [128]. Carrageenan được ứng dụng trên nhiều lĩnh vực thực phẩm và phi thực phẩm. Nó được sử dụng như một phụ gia để tạo đơng tụ, tạo tính mềm dẻo, ổn định hệ nhũ tương, tạo độ đồng nhất cho sản phẩm, tạo độ xốp trong sản xuất bánh, làm tăng độ trong trong sản xuất bia, rượu [124]. Trong ngành công nghiệp dược phẩm, carrageenan được dùng làm tá dược trong thuốc viên và viên nén.
Chitosan là một polysaccharide mạch thẳng, công thức phân tử [C6H11O4N]n. Chitosan có màu trắng ngà hoặc vàng nhạt, tồn tại ở dạng vảy hoặc dạng bột, không mùi, không vị, không tan trong nước, kiềm, nhưng tan tốt trong các axit hữu cơ (axit axetic, axit formic, … tạo thành dung dịch keo nhớt, trong suốt, nóng chảy ở 309 – 311oC. Chitosan có khả năng hút nước, khả năng hấp phụ chất màu, kim loại, kết dính với chất béo, kháng khuẩn, kháng nấm, mang DNA,…
Trong những năm gần đây, carrageenan và chitosan được sử dụng làm chất mang độc lập hoặc kết hợp với các polyme khác làm chất mang thuốc, trở thành vật liệu mới với khả năng tương thích sinh học vượt trội, tăng khả năng mang thuốc, bề mặt nhỏ gọn, hỗ trợ hiệu quả trong sự gắn kết và tăng sinh của các tế bào sống cải thiện khả năng hòa tan, kiểm sốt q trình giải phóng thuốc. Chitosan đã được sử dụng làm chất mang các đại phân tử trong điều trị, phân phối có kiểm sốt lovastain [129-132]. Ana Grenha và cộng sự (2009) đã phát triển một công thức mới của các hạt nano bao gồm hai polyme tự nhiên, đó là chitosan và carrageenan và cho thấy tiềm năng sử dụng chúng làm chất mang các đại phân tử, ứng dụng không chỉ trong việc phân phối thuốc mà còn trong các lĩnh vực rộng hơn, chẳng hạn như kỹ thuật mô và y học tái tạo [133].
Từ tổng quan về nguyên liệu măng cụt, các phương pháp thu nhận, phân lập các hợp chất có hoạt tính từ vỏ quả măng cụt, đặc tính, định hướng ứng dụng của
các chiết xuất thu được từ vỏ quả măng cụt và tổng hợp hạt kích thước nano giữa các polyme carrageenan, chitosan cho thấy:
- Vỏ quả măng cụt là một nguyên liệu tiềm năng để khai thác các hợp chất có hoạt tính sinh học (chống oxy hoá, kháng khuẩn, kháng nấm, …) như polyphenol nói chung và xanthon, α-mangostin, tanin, anthocyanin nói riêng.
- Nguồn cung cấp vỏ quả măng cụt ở Việt Nam đang ngày càng được mở rộng, nâng cao cả về số lượng và chất lượng, với sản lượng khoảng hơn 30 nghìn tấn quả/năm. Hiện tại, phần vỏ quả hầu hết bị loại bỏ trở thành phế liệu và chưa được khai thác triệt để.
- Có thể áp dụng các kỹ thuật khác nhau để thu nhận các hợp chất có hoạt tính từ vỏ quả măng cụt, trong đó trích ly bằng dung mơi hữu cơ có sự hỗ trợ của các kỹ thuật siêu âm, vi sóng và xúc tác enzym nâng cao suất trích ly, bảo tồn được các hoạt chất và tiết kiệm thời gian. Các chiết xuất thu được từ vỏ quả măng cụt thể hiện hoạt tính sinh học mạnh, đặc biệt hoạt tính chống oxy hố, kháng khuẩn, kháng nấm, kháng viêm, kháng virut, … có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như y học, mỹ phẩm và thực phẩm. Tuy nhiên, trong lĩnh vực thực phẩm các nghiên cứu ứng dụng chuyên sâu chưa nhiều, các chiết xuất đưa vào thực phẩm hầu như ở dạng chiết xuất thô, các đánh giá về cơ chế tác dụng, sự tương tác giữa các hoạt chất và thành phần thực phẩm còn hạn chế. Đặc biệt các chiết xuất vỏ quả măng cụt tinh khiết có hoạt tính sinh học mạnh như α-mangostin mới được đánh giá về khả năng ứng dụng trên các lĩnh vực y học, mỹ phẩm, trong hoạt động sản xuất thực phẩm chưa được quan tâm nhiều. Các chiết xuất tinh khiết có hoạt tính mạnh xong sử dụng liều lượng cao có tính độc đối với sự tăng sinh của tế bào, vì vậy cần được xem xét hàm lượng khi bổ sung vào các sản phẩm thực phẩm.
- Xu hướng điều chế tổ hợp hạt kích thước nano giữa các polyme tự nhiên carrageenan, chitosan tải các hoạt chất có tác dụng làm tăng tính sinh khả dụng và khắc phục được các nhược điểm về khả năng hoà tan của các hoạt chất, tăng khả năng ứng dụng của các hoạt chất trong các lĩnh vực khác nhau.