CHƯƠNG I : TỔNG QUAN
1.2. Tổng quan về phương pháp nghiên cứu
1.2.3.1. Dạng hạt nano
Các hợp chất sinh học khi được chế tạo về dạng hạt nano có thể cải thiện một
cách tối đa độ tan, độ hòa tan và tăng sinh khả dụng của hợp chất.
Các hạt nano thường có hai loại chính đó là nano hình cầu (nanosphere) và
viên nang nano (nanocapsule) [80]. Nano hình cầu có cấu trúc lõi rắn và được hình
thành bởi một tổ hợp cao phân tử dày đặc. Các hạt nano có thể bao gồm các
loại vi hạt có kích cỡ nano mét được bao bọc bên ngoài bởi những loại polymer
khơng độc tính. Bên trong là một lõi chất chứa những thành phần quan trọng (như hợp chất sinh học). NC có rất nhiều ứng dụng, trong đó triển vọng nhất là sự có mặt của NC trong các hệ thuốc sẽ giúp đưa thuốc đến đích cần tác động nhanh hơn, các độc tính có liên quan đến thuốc giảm đi.
Nanocapsule Nanosphere Hoạt chất Lớpmàng cao phântử Ma trậncao
phântử Lõi bên trong
Hình 1.14. Hai dạng hạt nano cơ bản: nano hình cầu và viên nang nano 1.2.3.2. Dạng nhũ tương nano 1.2.3.2. Dạng nhũ tương nano
Hệ nhũ tương nano là dạng nhũ tương dầu trong nước có chứa các giọt dầu kích thước từ 50 đến 500 nm. Thành phần chính để hình thành nhũ tương nano là dầu (pha lipid là các hợp chất có hoạt tính sinh học hịa tan trong dầu) và nước (pha nước bao gồm các chất hoạt động bề mặt, chất mang, chất chống oxy hóa...) [81].
Hoạt chấtsinhhọc Phadầu Chất hoạt động bề mặt
Hình 1.15. Cấu trúc của nhũ tương nano
Hệ nhũ tương nano có ưu điểm ổn định về mặt vật lý và hóa học trong vịng 6 tháng ở điều kiện bảo quản thường. Sản phẩm dễ bào chế và có đặc tính riêng vì sử dụng dung mơi hịa tan cả hợp chất ưa nước và kỵ nước. Ngồi ra, kích thước giọt nhỏ, phân tử hợp chất trong nhũ tương có thể qua màng tế bào, dẫn đến tăng nồng độ trong huyết tương và nâng cao sinh khả dụng.
1.2.3.3. Dạng vi nhũ tương
Vi nhũ tương là các hỗn hợp đẳng hướng quang học, thành phần gồm dầu, nước và các chất diện hoạt kết hợp với đồng diện hoạt [82]. Các hợp chất sinh học kỵ nước có thể được hịa tan trong pha dầu của vi nhũ tương dầu/nước.
Hoạt chấtsinhhọc Phadầu Chất tạo màng sinhhọc
Hình 1.16. Cấu trúc của vi nhũ tương nano
Vi nhũ tương của các hợp chất có tiềm năng ứng dụng làm thực phẩm chức năng tăng sinh khả dụng đường uống. Bởi ở dạng vi nhũ tương độ tan của hợp chất tăng lên gấp nhiều lần, các giọt vi nhũ tương tiếp xúc với hệ dạ dày- ruột trong thời gian dài, do đó thúc đẩy quá trình vận chuyển hợp chất qua màng trong hệ dạ dày- ruột.
1.2.3.4. Liposome
Liposome được tạo thành từ các phospholipid tự nhiên tạo lớp lipid kép. Hợp chất tan trong nước có thể được đưa vào phần lõi nước của lớp phospholipid kép,
còn hợp chất thân dầu được đưa vào lớp vỏ lipid. Quá trình tạo liposome từ các hợp
chất mang điện hoặc trung tính bằng một số phương pháp vi nang hóa như đồng hóa dưới áp suất cao, bốc hơi pha đảo, sử dụng siêu âm [83].
Hoạt chấtsinhhọc
Phospholipid
Hình 1.17. Cấu trúc của liposome
Liposome có tác dụng bảo vệ các tác nhân trị liệu tránh phân hủy và đưa được chúng đến vị trí tác động. Ngồi ra, liposome cịn dễ dàng được gắn với các
phân tử đánh dấu để có thể phân phối thuốc hướng đích.
1.2.3.5. Dạng micel
Micel là sự kết tụ của phân tử chất hoạt động bề mặt hoặc đồng polymer
lưỡng thân phân tán tạo hệ keo lỏng với kích thước tiểu phân từ 10 đến 100 nm. Đặc tính chức năng của micel dựa vào đồng polymer lưỡng thân, tạo thành cấu trúc lõi- vỏ có thước thước nano trong môi trường nước. Phần lõi kỵ nước tạo thành vùng chứa các hợp chất kỵ nước, trong khi phần vỏ thân nước ổn định phần lõi kỵ nước
và làm cho polymer tan trong nước.
Hoạt chấtsinhhọc
Polymeđồng khối
Hình 1.18. Cấu trúc của micel
Do cấu trúc lõi-vỏ, micel polymer là hệ đưa thuốc triển vọng với các hợp chất ít tan và sinh khả dụng thấp. Phần lõi kỵ nước bên trong đóng vai trị như một kho chứa đối với hợp chất ít tan. Hệ micel polymer tăng sinh khả dụng đường uống của hợp chất do bảo vệ hợp chất khỏi môi trường khắc nghiệt trong hệ dạ dày-ruột, giải phóng hợp chất một cách kiểm sốt ở vị trí đích, kéo dài thời gian lưu trong ruột bằng cách kết dính sinh học [84].
1.2.3.6. Dạng hạt nano lipid rắn/chất mang nano và dạng chất mang lipid cấu trúc
nano
Phadầu
Hoạt chấtsinhhọc
Chấtbéorắn Chấtbéorắn
Hạt nano lipid rắn/chất mang nano
(SLNs) Chất mang lipid cấu trúc nano (NLCs)
Hình 1.19. Cấu trúc của hạt nano lipid rắn/chất mang nano (SLNs) và chất mang
Hạt nano lipid rắn (SLNs) được sử dụng làm chất bao bọc đóng gói cho các
hợp chấtcó hoạt tính sinh học, nhằm cải thiện độ hịa tan cho hợp chất. Hệ hạt nano lipid rắn bao gồm các hạt lipid rắn hình cầu, trong đó lõi khơng tan trong nước được phân tán và sau đó ổn định bằng các chất hoạt động bề mặt, còn lõi rắn chứa hợp chất sẽ được hòa tan hoặc phân tán trong dầu [85].
Chất mang nano lipid (NLCs) được chế tạo đặc biệt để bao bọc các hợp chất kỵ nước. Ưu điểm của NLCs đó là sự phân tán dễ dàng trong nước, kích thước nano và khả năng tương thích sinh học tốt giúp tăng cường hấp thu các chất dinh dưỡng cho cơ thể [86].
So sánh ưu, nhược điểm của một số dạng nano của hợp chất
Bảng 1.2. Ưu, nhược điểm của một số dạng nano của hợp chất
Đặc tính Dạng hạt nano Nhũ tương nano Hệ nano lipid rắn Hệ liposome Độ ổn định vật lý Tốt Tốt Tốt Kém Độ ổn định sinh học Tốt Tốt Vừa Kém Khả năng tương tác sinh học Tốt Vừa Tốt Tốt
Khả năng ứng dụng Cao Vừa Vừa Hạn chế Căn cứ vào việc phân tích ưu, nhược điểm của các dạng nano nêu trên, nhận thấy rằng việc chế tạo các hợp chất về dạng hạt nano cho các tính chất tốt nhất và khả năng ứng dụng thực tiễn cao. Do vậy, nghiên cứu tập trung theo hướng chế tạo dạng hạt nano của một số hợp chất như lycopen, resveratrol và hệ hạt nano chứa lycopen.
1.2.4. Nano lycopen
1.2.4.1. Giới thiệu về nano lycopen
Nano lycopen có khả năng chống oxy hóa rất mạnh và là một sản phẩm quý
được chế tạo từ hợp chất thuộc họ carotenoid là lycopen.
Lycopen ở điều kiện bình thường thì khơng tan trong nước, methanol và ethanol nhưng tan được trong các dung môi hữu cơ như tetrahydrofuran,
chloroofom, n-hexane, benzene, carbon disulfide, acetone, ether dầu hỏa và một số các loại dầu thực vật khác [25]. Khi tan trong các dung môi, lycopen tồn tại ở dạng
phân tử. Và quá trình hấp thụ lycopen từ trước tới nay vẫn chủ yếu là lycopen tan trong dầu. Tuy nhiên, việc hấp thụ thêm cả dầu đơi khi gây nóng, khó ứng dụng trong nhiều sản phẩm vì dầu khơng thân nước. Do đó, lycopen sau khi được trích ly thường được nghiên cứu chế tạo về các dạng nano chứa lycopen (Hình 1.20) [87, 88].
a. Nhũ tương truyền
thống b. Nhũ tươngnano
c. Micel và nhũ tương vi nang
d. Chấtmang lipid cấu
trúc nano e. Hydrogel f. Liposome
Lipid rắn Lipid lỏng Chất tạo màng sinhhọc Tổ hợp gel lycopen
Hình 1.20. Sơ đồ các loại hệ phân phối lycopen: a- Nhũ tương truyền thống, b- Nhũ tương nano, c- Micel và nhũ tương vi nang, d- Chất mang lipid cấu trúc nano, e-
Hydrogel và f- Liposome
Ở các dạng nano, nano lycopen có khả năng ứng dụng rộng rãi và dễ hấp thu
vào cơ thể như dễ dàng xâm nhập vào mô, tế bào và dịch cơ thể người. Hơn nữa, nano lycopen được chế tạo với mục đích khơng những tăng sinh khả dụng của
lycopen đồng thời cải thiện tính chất kém bền của lycopen.
1.2.4.2. Ứng dụng của nano lycopen
Nano lycopen có khả năng hịa tan tốt trong nước, độ thẩm thấu cao nên có thể được ứng dụng trong việc làm đẹp và chữa bệnh [89, 90]:
- Bột nguyên liệu nano lycopen dùng để sản xuất viên uống phòng chống ưng thư tiền liệt tuyến, ung thư vú, bệnh tim mạch, tiểu đường, lão hóa bệnh xương khớp;
- Phòng chữa thiếu vitamin, trẻ em suy dinh dưỡng, chữa khô mắt, mờ mắt, thiếu máu dinh dưỡng. Tăng sức đề kháng, chống lại các bệnh nhiễm trùng;
mịn màng. Giúp mau lành vết thương, vết bỏng và vết loét;
- Các nhà khoa học Phần Lan đã phát hiện ra rằng, hàm lượng lycopen trong
cơ thể càng cao thì nguy cơ đột quỵ não càng giảm.
1.2.5. Nano resveratrol
1.2.5.1. Giới thiệu về nano resveratrol
Resveratrol được biết đến là hợp chất có khả năng chống viêm nổi tiếng, chống oxy hóa và chống ung thư. Nhưng trên thực tế, resveratrol không tan trong nước do vậy sinh khả dụng bị hạn chế. Khi đưa vào cơ thể, hợp chất phân bố tại các cơ quan nội tạng như: tim, hệ thống hơ hấp, hệ thống tuần hồn, da…Resveratrol được hấp thu ít nhất là 70% đối với liều 25 mg đường uống. Tuy nhiên, sinh khả dụng rất thấp, nồng độ đỉnh trong huyết tương của resveratrol và các chất chuyển hóa là 419 ± 90 ng/ml (khoảng 2 µM), thời gian bán thải của resveratrol và tồn bộ các chất chuyển hóa của nó khoảng 9,2 h, chỉ một lượng nhỏ hợp chất không bị chuyển hóa được tìm thấy trong huyết tương. Để tăng tối đa hấp thu tinh chất resveratrol việc cải thiện khả năng phân tán trong nước và nâng cao sinh khả dụng của resveratrol là rất cần thiết. Hợp chất thường được nghiên cứu đưa về các dạng khác nhau như: hạt nano, liposome, nhũ tương nano, micel polymer (Hình 1.21) [91, 92].
a. Cyclodextrins b. Micel c. Hạtnano lipid rắn/chất
mang nano
d. Liposome e. Hạtnano cao phântử
Hình 1.21. Các hệ vận chuyển nano resveratrol: a- Cyclodetrins, b- Micel, c- Hạt
nano lipid rắn/chất mang nano, d- Liposome, e- Hạt nano polymer
1.2.5.2. Ứng dụng của nano resveratrol
Nano resveratrol là một thành phần dược liệu có nhiều trong các thực phẩm chức năng chống oxy hóa. Các công dụng nổi bật của nano resveratrol trong thực tiễn được biết đến như [93, 94]:
- Chống lại các gốc tự do, ngăn ngừa oxy hóa;
- Tăng cường kháng viêm, tăng cường hệ thống miễn dịch; - Tăng cường năng lượng và độ dẻo dai;
- Hỗ trợ điều trị ung thư; - Rất tốt cho tim mạch;
- Giúp giảm cân, cải thiện làn da, làm đẹp da...
1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới về các hệ nano chứa một
số hợp chất lycopen, resveratrol và pycnogenol
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới về nano lycopen
Năm 2014, nhóm tác giả YJ Chen và cộng sự đã nghiên cứu chế tạo các
micel lycopen, nhằm cải thiện độ hòa tan trong nước của lycopen. Kết quả thu được các micel lycopen dạng hình cầu với đường kính hạt trung bình nhỏ dưới 100 nm
(Hình 1.22) [95]. Đườngkínhhạt(nm) Th ể tí ch
Hình 1.22. Kích thước và hình thái hạt của micel lycopen: (A)- Giản đồ phân bố
kích thước hạt; (B)- Ảnh TEM [95]
Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu này chỉ mới dừng lại ở việc chế tạo một số phân tử lycopen phân tán trong dung dịch. Hơn nữa, hàm lượng lycopen có trong
sản phẩm chỉ 0,37%. Do đó, tính hiệu quả và áp dụng thực tiễn của lycopen còn hạn chế.
Đến năm 2015, nhà khoa học Priscilla Pereira dos Santos và nhóm nghiên cứu đã tiến hành chiết tách và tinh chế lycopen từ quả cà chua. Sau đó hợp chất được sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình chế tạo sản phẩm lycopen được bao bọc bởi vi nang nano lipid (Lyc-LNC). Kết quả ảnh TEM và sự phân bố kích thước hạt DLS và LD cho thấy sản phẩm Lyc-LNC kích thước hạt 193 ± 4.7 nm và có tính đồng nhất trong huyền phù nano capsule [96]. Tuy nhiên, hàm lượng lycopen còn
lại trong sản phẩm nano Lyc-LNC sau 14 ngày bảo quản ở nhiệt độ thường là rất thấp 40%.
Cà chua
Tinhchếlycopen
Hệ thiết bịHPLC
Phanước Phahữu cơ
Dung dịch nano lycopen
Đánhgiáđộ ổn định của
viên nang nano lõi lipid
được nạplycopen nano capsule
Lycopen
Hình 1.23. Quá trình chế tạo và đánh giá sự ổn định của lycopen được bao bọc bởi
vi nang nano lipid [96]
Do sự phân hủy tương đối nhanh nên năm 2016, Dos Santos và cộng sự đã khảo sát và bảo quản nano Lyc-LNC ở điều kiện nhiệt độ lạnh 5oC. Khi đó, hàm lượng lycopen còn lại trong mẫu Lyc-LNC tăng lên. Sau 14 ngày, hàm lượng còn
lại của lycopen đạt 72%.
Cũng trong năm 2016, Y.N. Shariffa nghiên cứu ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt đến quá trình chế tạo, hình thái và tính chất của dung dịch nano
lycopen. Các chất hoạt động bề mặt được nhận định có ảnh hưởng trực tiếp tới hình thái học và tính chất của dung dịch nano lycopen. Theo đó, kích thước hạt nhỏ nhất và độ truyền qua cao nhất của dung dịch nano lycopen là khi sử dụng tween 80, sau đó là lecithin, natri caseinate và gum Arabic [97].
Hiện nay, ở Việt Nam có rất ít cơng trình cơng bố chế tạo nano lycopen từ
nguồn nguyên liệu thiên nhiên nói chung, đặc biệt từ quả gấc nói riêng.
(a) (b)
Hình 1.24. Nano lycopen 5% [98]
Năm 2017, nhóm nghiên cứu của tiến sỹ Nguyễn Thị Lệ Thủy có đề cập nghiên cứu chuyển đổi lycopen tinh thể về dạng nano phân tán trong nước với nồng
độ 1-10% và kích thước 200 nm [98]. Sản phẩm thu được ở dạng sền sệt chưa phải dạng bột mịn nano và hàm lượng lycopen có trong thành phẩm tương đối thấp chỉ
5% (Hình 1.24). Bởi vậy, ứng dụng thực tế của sản phẩm chưa cao.
1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới về nano resveratrol
Bằng công nghệ nano, các phân tử resveratrol được cố định trong vi nang polymer, tạo thành các hạt tiểu phân nano. Với kích thước siêu nhỏ, nano resveratrol phân tán tốt trong nước, khi đưa vào cơ thể có khả năng thẩm thấu nhanh vào máu để phát huy hiệu quả điều trị tại hầu hết các cơ quan khác nhau trong cơ thể.
Năm 2012, Chiang-Wen Lee và cộng sự đã nghiên cứu tính chất hạt nano resveratrol cải thiện độ hòa tan trong nước và ứng dụng của hợp chất trong chống oxy hóa và chống viêm [99]. Kết quả thu được các hạt nano resveratrol có kích thước hạt trung bình 73,8 nm và có khả năng phân tán tốt trong nước. Khả năng chống oxy hóa và chống viêm của nano resveratrol được đánh giá bằng cách khảo sát tế bào gan chết do nhiễm độc CCl4. Nano resveratrol có khả năng ngăn cản CCl4
xâm nhập gây nhiễm độc gan qua đường trung gian. Năm 2016, các nhà khoa học Min Zhou và Xi Chen của Trung Quốc đã khảo sát hoạt tính sinh học của hạt nano
resveratrol [100]. Kết quả cho thấy nano resveratrol có tác dụng ức chế tế bào u gan.
Resveratrol là hợp chất có hoạt tính sinh học cao, tuy nhiên cho đến nay, hướng nghiên cứu về hợp chất này trong nước còn rất mới. Năm 2018, trong tài liệu sáng chế A61K 47/10, Đặng Thị Hồng Ngọc và cộng sự đã đề xuất quy trình điều chế hệ vi nhũ tương nano resveratrol [101]. Kết quả thu được các hạt vi nhũ tương nano resveratrol có khả năng phân tán tốt trong nước, tăng hiệu quả sử dụng của resveratrol, cụ thể là tăng khả năng hấp thu và tăng sinh khả dụng. Tuy nhiên, sản phẩm thu được trong sáng chế ở dạng dung dịch nano chưa phải dạng bột mịn nano. Việc chế tạo các hợp chất có hoạt tính sinh học cao về dạng bột nano được đánh giá là cho độ bền cao và khả năng ứng dụng rỗng rãi, đặc biệt là dễ dàng bào chế các sản phẩm thuốc. Do vậy, nghiên cứu chế tạo resveratrol về dạng bột nano là hướng