MỞ ĐẦU Bệnh rối loạn mỡ máu gây nên xơ vữa động mạch, dẫn đến nhiều biến chứng nguy hiểm lên hệ tim mạch. Theo dự báo của Tổ chức Y tế Thế giới, đây sẽ là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu trong những năm tới. Tại Việt Nam những năm gần đây, tỷ lệ người mắc các biến chứng tim mạch từ xơ vữa động mạch ngày càng tăng cao và có xu hướng trẻ hóa. Việc phòng ngừa các yếu tố nguy cơ gây ra xơ vữa động mạch rất quan trọng để ngăn ngừa các biến chứng có thể xảy ra.
Chính vì vậy, việc phát triển các hệ phân phối thuốc nhằm tăng khả năng hòa tan thuốc, dẫn thuốc tới đích chính xác hơn, tập trung thuốc tại đích có tác dụng trong thời gian dài, đồng thời an toàn khi sử dụng là các hướng đang được tập trung nghiên cứu. Astaxanthin - một caroteinoit có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực thực phẩm chức năng và y sinh học. Các nghiên cứu lâm sàng và trên động vật thực nghiệm đã chứng minh rằng astaxanthin có nhiều hoạt tính sinh học như tiêu diệt hiệu quả các gốc tự do, kháng viêm, chống lão hóa, giảm sự hình thành khối u, phòng ngừa bệnh tim mạch và tai biến mạch máu não, bảo vệ gan, chống tiểu đường, bảo vệ cơ thể khỏi bức xạ tia cực tím v. Astaxanthin là loại carotenoit duy nhất có thể xuyên qua hàng rào máu của võng mạc và não, có tác động tích cực đến hệ thần kinh trung ương và chức năng não.
Mặc dù có nhiều hoạt tính sinh học quý nhưng astaxanthin lại được xếp vào nhóm hoạt chất có độ tan trong nước rất thấp, do vậy sinh khả dụng bị hạn chế. Hiện nay, công nghệ nano là một giải pháp hữu hiệu trong việc nâng cao khả năng phân tán, cải thiện sự hấp thu, tăng cường dược tính và nâng cao độ bền của hoạt chất. Để khắc phục những nhược điểm về độ hòa tan và độ bền thấp, nano astaxanthin đang được nghiên cứu chế tạo. Việc nghiên cứu đánh giá, so sánh hoạt tính của nano astaxanthin với astaxanthin nguyên chất là một hướng nghiên cứu mới và cần thiết.
Do vậy, luận văn tiến hành: ‘‘Nghiên cứu đánh giá hoạt tính sinh học của nano astaxanthin’’. * Mục tiêu của luận văn : - Xác định được hình thái và sự phân bố kích thước hạt của nano astaxanthin. - Đánh giá được khả năng hấp thu, hoạt tính chống oxi hóa và khả năng 2 giảm lipit của nano astaxanthin theo hướng sử dụng trong y sinh học và thực phẩm chức năng. * Nội dung nghiên cứu - Nội dung 1: Nghiên cứu hình thái và sự phân bố kích thước hạt của nano astaxanthin: + Nghiên cứu hình thái hạt của nano astaxanthin; + Nghiên cứu sự phân bố kích thước hạt (DLS) của nano astaxanthin.
- Nội dung 2: Nghiên cứu đánh giá một số hoạt tính sinh học của nano astaxanthin ở mức độ in vitro. + Xác định hoạt tính tiêu diệt gốc tự do DPPH của astaxanthin và nano astaxanthin; + Đánh giá độc tính tế bào của nano astaxanthin; + Xác định khả năng hấp thu của tế bào ung thư đại tràng HT29 đối với nano astaxanthin; + Đánh giá tác dụng bảo vệ tế bào HepG2 của nano astaxanthin chống lại tổn thương bởi stress oxy hóa do H2O2 gây ra; + Nghiên cứu khả năng giảm lipit của nano astaxanthin. * Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn: Việc tạo ra những hệ dẫn truyền thuốc hướng đích, điều trị tập trung hiệu quả, giảm lượng thuốc cần sử dụng là mục tiêu nghiên cứu của rất nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước. Luận văn thực hiện với mục đích đánh giá hoạt tính sinh học của nano astaxanthin.
Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Kết quả thu được cho thấy những ưu điểm vượt trội như tăng cường hiệu xuất hấp thu tế bào, tăng khả năng chống oxy hóa và giảm lipit của sản phẩm nano. Như vậy, sản phẩm nano astaxanthin là nguồn dược liệu đầy tiềm năng ứng dụng trong các ngành dược phẩm, mỹ phẩm và công nghệ thực phẩm. * Những đóng góp mới của luận văn: 1.
Bột nano astaxanthin được chế tạo có khả năng phân tán tốt trong nước, các hạt phân bố đồng đều và kích thước hạt nhỏ dưới 100 nm. Sản 3 phẩm này có tiềm năng ứng dụng làm nguồn nguyên liệu cho các công ty dược phẩm trong nước. Việc đánh giá được sự cải thiện về mức độ sinh khả dụng, khả năng tăng cường hoạt tính chống oxy hóa và lipit của nano astaxanthin so với astaxanthin dạng tự do góp phần nâng cao giá trị của sản phẩm nano astaxanthin. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.
Giới thiệu chung Astaxanthin (3,3′-dihydroxy-β,β-carotene-4,4′-dione) là một xanthophyll carotenoit màu đỏ cam có trong rất nhiều loại thủy sản (cá hồi, cá vền, tôm, cua); động vật có vú không có khả năng tổng hợp astaxanthin và phải được cung cấp từ khẩu phần ăn [1]. So với các carotenoit khác, astaxanthin có hoạt tính sinh học mạnh mặc dù nó không có hoạt tính tiền Vitamin A. Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) đã chấp thuận việc sử dụng astaxanthin làm chất tạo màu thực phẩm trong thức ăn gia súc và cá. Ủy ban Châu Âu coi astaxanthin tự nhiên như một loại thuốc nhuộm thực phẩm [2].
Haematococcus pluvialis là một loại vi tảo lục có khả năng sản xuất một lượng lớn astaxanthin trong điều kiện căng thẳng như độ mặn cao, thiếu nitơ, nhiệt độ cao và ánh sáng [3]. Astaxanthin được sản xuất từ loại vi tảo này là nguồn chính cung cấp cho con người [4]. Việc tiêu thụ astaxanthin có thể ngăn ngừa hoặc giảm nguy cơ mắc các chứng rối loạn khác nhau ở người và động vật. Được biết đến là chất chống oxy hóa mạnh, astaxanthin mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe như chống lão hóa, hỗ trợ sức khỏe tim mạch, giảm viêm, đau khớp, cholesterol cao và thậm chí có tiềm năng lớn trong ngăn ngừa và hỗ trợ điều trị ung thư [1,2].
Chính vì vậy, việc sử dụng astaxanthin như một chất bổ sung dinh dưỡng đã và đang được phát triển nhanh chóng trong thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm. Cấu trúc và tính chất của astaxanthin 1.1 Cấu trúc của astaxanthin Astaxanthin có công thức phân tử C40H52O4 và khối lượng 596,84g/mol là một chất có nhiều nhóm hydroxyl hơn các xanthophylls khác, giúp tăng cường hoạt động chống oxy hóa và tăng lợi ích sức khỏe ở người và động vật. Astaxanthin gồm hai vòng β-ionone 6 cạnh được nối với nhau bởi một chuỗi polyene có chứa liên kết đôi liên hợp. Phân tử này có hai nguyên tử cacbon không đối xứng nằm ở vị trí 3 và 3’ của vòng β-ionone [1,2].
Astaxanthin có ba dạng cấu hình là astaxanthin tự do, dạng monoester và dạng diester tùy thuộc vào sự kết hợp của 1 hoặc 2 gốc hydroxyl với các 5 axít béo [5]. Nhóm ester tạo ra mối liên kết giữa astaxanthin và protein. Vì vậy, astaxanthin không thể gắn kết với protein nếu liên kết ester không tồn tại. Do cấu trúc của astaxanthin có 2 vị trí 3 và 3’ ở dạng chiral nên chúng có 3 dạng đồng phân hình học: 3R-3’R; 3R-3’S và 3S-3’S (Hình 1.
Trong đó, 3S-3’S là dạng astaxanthin có hoạt tính chống oxy hóa mạnh nhất, hai dạng đồng phân còn lại có hoạt tính sinh học yếu [6]. Cấu trúc của astaxanthin (Nguồn: Miao và cs, 2006 [5]) Astaxanthin chứa các liên kết đôi liên hợp, nhóm hydroxyl và nhóm keto, có tính chất ưa béo tốt và ưa nước kém. Màu đỏ được tạo ra bởi các liên kết đôi liên hợp tại trung tâm của hợp chất. Những liên kết đôi này giúp astaxanthin hoạt động như một chất chống oxy hóa mạnh bằng cách cho electron và phản ứng với các gốc tự do để biến chúng thành chất ổn định hơn và chấm dứt phản ứng chuỗi gốc tự do trong nhiều sinh vật sống.
Hoạt tính chống oxy hóa của astaxanthin còn nhờ vào khả năng bắt gốc tự do của nguyên tử hydro ở C3 methine của vòng β-ionone. Do sự tương đương về số lượng các liên kết hydro nội phân tử kỵ nước và liên kết hydro của nhóm phân cực trong các phân tử phospholipit, 2 vòng β-ionone của astaxanthin có thể quét các gốc tự do cả ở mặt trong và mặt ngoài của màng tế bào. Vì vậy, hoạt động sinh học của astaxanthin tốt hơn so với các chất chống oxy hóa khác do nó có thể liên kết với màng tế bào từ trong ra ngoài (Hình 1. Vị trí vượt trội của astaxanthin trên màng tế bào (Nguồn: Eiji Yamashita, 2015 [7]) 1.2 Tính chất của astaxanthin - Tính chất vật lý [8] Tính tan: Astaxanthin là hợp chất không phân cực nên rất ít tan trong nước (7.9 x 10-10 mg/L ở 25°C), trong một số dung môi hữu cơ độ tan của astaxanthin như sau: 30 g/L trong DCM; 10 g/L trong CHCl3; 0.
Điểm nóng chảy: 216 0C và điểm sôi: 774 0C. Sự hấp thụ ánh sáng và màu sắc: Astaxanthin hấp thụ rất mạnh bức xạ trong vùng 470÷510 nm nên có màu đỏ cam. Tính hấp thu ánh sáng của astaxanthin có thể bị thay đổi khi astaxanthin liên kết với các chất khác. Trong tôm, cua astaxanthin thường liên kết với phân tử protein (crutacyanin) có λmax = 628 nm tạo nên màu xanh đặc trưng của các loài thủy sản sống.
Dưới tác dụng của nhiệt, liên kết bị phá hủy và astaxanthin được giải phóng dưới dạng tự do có màu đỏ cam. - Tính chất hóa học [8] Trong phân tử astaxanthin có chuỗi polyen liên kết với các nhóm keto, hydroxyl gắn với các vòng ở đầu mạch nên astaxanthin rất nhạy với ánh sáng, 7 nhiệt độ cao và các tác nhân oxy hóa, axít, bazơ… Sự oxy hóa astaxanthin diễn ra nhanh khi có sự hiện diện của sunfit, ion kim loại, độ ẩm, oxy không khí. Sự oxy hóa: Astaxanthin ở dạng tự do rất dễ bị oxy hóa bởi tác nhân electrophil như oxy phân tử. Nhưng khi astaxanthin tạo phức với protein hay ở dạng este hóa thì chúng trở nên bền hơn.
Hoạt tính chống oxy hóa của astaxanthin trong cơ thể được giải thích bởi khả năng bắt giữ gốc tự do tạo thành gốc cacbon trung tâm bền vững nhờ hiệu ứng cộng hưởng: RCOO* + AX RCOO - AX Phản ứng với axít: Astaxanthin phản ứng với axít yếu làm dịch chuyển cực đại hấp thụ của phân tử về phía bước sóng dài. Khi trung hòa bằng bazơ yếu, cấu trúc phân tử astaxanthin lại được phục hồi, tuy nhiên khi phản ứng với axít mạnh như: HCl, H2SO4… thì có thể xảy ra sự phân hủy chuỗi polyen của astaxanthin làm nhạt màu đỏ cam. Sinh tổng hợp astaxanthin Có hai con đường sinh tổng hợp astaxanthin ở tảo H.