CHƯƠNG I : TỔNG QUAN
1.2. Tổng quan về phương pháp nghiên cứu
1.2.4.1. Giới thiệu về nanolycopen
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 không 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 khơng 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 cơng 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 cịn 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 nghiên cứu cần thiết và mang tính ứng dụng cao.
1.3.3. Tình hình nghiên cứu trên thế giới về hệ lycopen/resveratrol và hệ
1.3.3.1. Copolymer polylactide-polyethylene glycol (PLA-PEG) và ứng dụng chế tạo hệ hạt nano
Polylactide (PLA) là một trong những polymer có khả năng phân hủy sinh học có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực y tế và phi y tế [102]. Sau thời gian sử dụng, PLA dễ dàng bị phân hủy bởi những vi sinh vật có trong đất hoặc khơng khí và chuyển hóa thành CO2 và H2O. Tuy nhiên, PLA là polymer kỵ nước, điều này đã
làm giảm khả năng ứng dụng của vật liệu. Do đó để giảm độ kỵ nước của PLA người ta nghiên cứu một số biện pháp thay đổi tính chất của nó bằng cách kết hợp với một số phân tử ưa nước tạo ra các copolymer như PLA-PEG (polyethyle
glycol), PLA-PEO (polyethylen oxide) [102, 104] hay PLA-PU (polyurethane).
Việc tổng hợp các copolymer này có thể đi trực tiếp từ các monomer thông qua
phản ứng trùng hợp mở vòng của lactide với các monomer tương ứng hay từ các
prepolymer PLA có các nhóm chức cuối mạch có khả năng tiếp tục phản ứng biến
tính.
Polyethylene glycol (PEG) có khả năng hịa tan trong nước, dung môi hữu cơ
phân cực và không tan trong các dung môi không phân cực như ethyl ether, heptan. PEG có độc tính thấp, dễ giải phóng nhanh chóng ra khỏi cơ thể, khiến nó trở thành một cos thích hợp cho việc chế tạo copolymer PLA-PEG.
Sử dụng các thành phần và phương pháp tổng hợp khác nhau, khối
copolymer PLA-PEG có thể được điều chế thành các dạng khác nhau của hạt nano, bao gồm các nanomicel, polymersome, nano hình cầu và viên nang nano [105]. Các
phương pháp tổng hợp khối copolymer PLA-PEG nanomicel chủ yếu phụ thuộc vào tính ưa nước của copolymer. Copolymer ưa nước có thể hình thành các micel bằng cách tự lắp ghép trong nước. Phương pháp hòa tan trực tiếp thường được sử dụng nhiều nhất, ví dụ, sau khi bị hịa tan trực tiếp trong nước (có thể được đun nóng),
các copolymer có thể ngay lập tức hình thành dung dịch micel trong suốt khi vượt quá giới hạn nồng độ micel [106]. Một phương pháp khác là màng bù nước, ví dụ,
copolymer và các loại thuốc được hịa tan trong dung mơi dễ bay hơi để hình thành
một lớp màng sau khi làm bay hơi dung môi, sau đó các micel có thể được hình thành bằng cách thêm dung dịch đệm hoặc nước, khuấy đều và hòa tan màng copolymer [107].
Hiện nay, copolymer PLA-PEG được nghiên cứu sử dụng làm chất bao bọc vi nang cho quá trình chế tạo bột nano của các hợp chất hữu cơ tự nhiên. Sự có mặt của copolymer PLA-PEG khơng những có tác dụng hình thành hạt nano mà cịn có tác dụng tạo bột, nâng cao độ trơn chảy của bột nano sau khi sấy phun. Với những tác dụng đó, copolymer PLA-PEG được ứng dụng trong chế tạo một số dạng hạt nano như nano curcumin, hệ nano chứa lycopen.
1.3.3.2. Tình hình nghiên cứu về hệ tổ hợp chứa lycopen
Một số nghiên cứu đã chứng minh rằng sự kết hợp các hợp chất tự nhiên có tác dụng hiệp đồng, mang lại hoạt tính sinh học cao hơn so với việc sử dụng từng hợp chất riêng rẽ [108].
Nghiên cứu của Shakarchi chỉ ra rằng, hàm lượng lycopen trong khoảng 0,1- 2% trọng lượng/thể tích và resveratrol trong khoảng 0,05-1,5% trọng lượng/thể tích được kết luận là phù hợp khi chế tạo phức hệ sản phẩm chống oxi hóa có chứa các muối kim loại, acid amin, amin rượu và vitamin B [109]. Trong sáng chế US
2008/0262081A1 của Raederstorff và cộng sự cho thấy với tỷ lệ lycopen và resveratrol là 1:42-1:14 khi bổ sung vào cơ thể qua chế độ ăn uống sẽ mang lại tác
dụng chống q trình lão hóa [110]. Sản phẩm cải thiện làn da, dưỡng da với sự kết hợp hai hợp chất lycopen và resveratrol với tỷ lệ khoảng 4:1 cũng đã được công bố trong sáng chế quốc tế số WO 2005/107729 [111]. Đến năm 2010, Hsieh và cộng sự đã công bố chế tạo được sản phẩm chăm sóc sức khỏe chứa lycopen và resveratrol có hoạt tính sinh học tốt dùng để bổ sung dưỡng chất, giúp hạn chế lão hóa và
cholesterol trong máu...[112].
Tuy nhiên, các nghiên cứu trong các bằng sáng chế nêu trên đều tập trung khảo sát tỷ lệ lycopen và resveratrol trong quá trình tạo sản phẩm, sao cho phù hợp để có tác dụng mong muốn. Cho tới nay, hiện chưa có cơng trình hay sáng chế đề cập đến việc sản xuất hệ nano lycopen/resveratrol. Chính bởi vậy, hướng nghiên cứu chế tạo hệ hạt nano của các hợp chất có hoạt tính sinh học sử dụng phương pháp đơn giản, dễ thực hiện, tăng khả năng áp dụng công nghiệp của sản phẩm là một hướng nghiên cứu rất mới và cần thiết.
Cũng như hệ nano lycopen/resveratrol, sự kết hợp hiệp đồng giữa hai hợp
chất lycopen và pycnogenol hứa hẹn sẽ tạo sản phẩm có nhiều tiềm năng ứng dụng trong dược phẩm và mỹ phẩm. Tuy nhiên, cho tới hiện tại chưa có cơng trình cơng
bố nghiên cứu chế tạo hệ nano lycopen/pycnogenol.
Một số nghiên cứu khác cũng đã công bố về việc kết hợp các hợp chất tương tự khác như astaxanthine và các hợp chất tự nhiên như: Trong một nghiên cứu của
công ty NEOALGAE- Tây Ban Nha, nhóm nghiên cứu sau khi thu được những kết
quả rất tốt trong việc sản xuất astaxanthine từ vi tảo Haematococcus pluvialis, công
ty đã phát triển một sản phẩm tự nhiên bao gồm astaxanthine và vi tảo spirulina.
Sản phẩm có tác dụng hiệu quả, đặc biệt đối với các vận động viên. Với hàm lượng protein cao và giàu vitamin, khoáng chất của spirulina và khả năng chống oxy hóa cực mạnh (chống lại bức xạ mặt trời trên da) của astaxanthine đã tạo ra viên nang chứa spirulina và staxanthine có tác dụng hiệp đồng. Ở một nghiên cứu khác của
công ty Vita-Age- Canada, nhóm nghiên cứu cũng đã cho ra sản phẩm bao gồm hai
hợp chất là resveratrol kết hợp với astaxanthine. Sản phẩm cho hiệu quả kép của hợp chất resveratrol và astaxanthine có dụng chống lão hóa cao và tăng cường hệ miễn dịch cho cơ thể.
Chính bởi vậy, hướng nghiên cứu chế tạo hệ hạt nano của các hợp chất có hoạt tính là một hướng nghiên cứu rất mới và mang ý nghĩa thực tiễn cao.
1.3.4. Một sốthực phẩm chức năngcó liên quan đến hướng nghiên cứu của luận
án
Hiện nay, các sản phẩm chứa lycopen, resveratrol hay tổ hợp gồm lycopen và
resveratrol đã và đang được thương mại hóa một cách mạnh mẽ. Một số sản phẩm