Tổng quan nghiên cứu

Việc phát triển các hệ dẫn thuốc tiên tiến kết hợp với xu hướng sử dụng dược liệu tự nhiên trong điều trị vết thương và viêm nhiễm đang thu hút sự quan tâm lớn trong cộng đồng nghiên cứu. Theo ước tính, tỷ lệ tổn thương da do vết thương mạn tính và viêm nhiễm chiếm khoảng 1-2% dân số toàn cầu, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng cuộc sống và chi phí y tế. Vấn đề chính đặt ra là làm thế nào để kiểm soát hiệu quả quá trình giải phóng các hợp chất hoạt tính sinh học từ dược liệu tự nhiên nhằm thúc đẩy quá trình lành vết thương, đồng thời giảm thiểu tác dụng phụ và tăng tính sinh khả dụng.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phát triển vật liệu hydrogel composite nhạy nhiệt từ chitosan và gelatin, mang các hạt nano chitosan chứa chiết xuất lá trầu có hoạt tính kháng viêm, nhằm tạo ra hệ dẫn truyền có khả năng giải phóng kiểm soát các hợp chất phytochemical trong điều kiện sinh lý, hướng đến ứng dụng trong băng bó và điều trị vết thương. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 1 đến tháng 5 năm 2024 tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cung cấp một giải pháp vật liệu sinh học thân thiện, có khả năng chuyển pha sol-gel nhanh ở nhiệt độ sinh lý (khoảng 5,3 phút), có độ bền cơ học phù hợp (chịu nén tải trọng 0,049N, mô đun đàn hồi 3 kPa), tỷ lệ trương nở cao (đạt 215% ở pH 6,5, 37°C sau 24 giờ) và khả năng giải phóng flavonoid tích lũy lên đến 60% sau 3 giờ. Những chỉ số này cho thấy hydrogel composite là hệ dẫn truyền tiềm năng cho các hợp chất tự nhiên trong điều trị vết thương, góp phần nâng cao hiệu quả và an toàn trong y học tái tạo.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Quá trình lành vết thương và vai trò của phản ứng viêm: Quá trình này gồm các giai đoạn hemostasis, viêm, tăng sinh và tái tạo mô, trong đó kiểm soát phản ứng viêm là yếu tố then chốt để thúc đẩy lành vết thương hiệu quả.

  • Tính chất và ứng dụng của chitosan và gelatin trong vật liệu hydrogel: Chitosan là polysaccharide có tính sinh học cao, khả năng phân hủy sinh học và hoạt tính kháng khuẩn, trong khi gelatin giúp tăng cường độ bền cơ học và khả năng tương tác sinh học của hydrogel.

  • Mô hình vật liệu hydrogel composite nhạy nhiệt: Sự kết hợp giữa chitosan, gelatin và β-glycerophosphate tạo ra hệ hydrogel có khả năng chuyển pha sol-gel nhanh ở nhiệt độ sinh lý, phù hợp cho ứng dụng y sinh.

  • Hệ dẫn truyền nano: Hạt nano chitosan được sử dụng để bao bọc chiết xuất lá trầu, bảo vệ các hợp chất hoạt tính và kiểm soát giải phóng dược chất.

Các khái niệm chính bao gồm: tổng hàm lượng flavonoid và phenolic trong chiết xuất, hiệu suất bao bọc (encapsulation efficiency), khả năng tải (loading capacity), tỷ lệ trương nở (swelling ratio), và cơ chế giải phóng thuốc (release kinetics).

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Chiết xuất ethanol từ lá trầu được thu nhận bằng phương pháp chiết xuất hỗ trợ siêu âm. Các hạt nano chitosan mang chiết xuất được tổng hợp bằng phương pháp tạo gel ion (ionic gelation). Hydrogel composite được tổng hợp từ chitosan 2% wt, gelatin 0,25% wt, β-glycerophosphate 6% wt, với sự bổ sung natri bicarbonate làm tác nhân đồng liên kết.

  • Phương pháp phân tích: Kích thước hạt và phân bố kích thước được xác định bằng kỹ thuật tán xạ ánh sáng động (DLS), cấu trúc hóa học được phân tích bằng phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), hình thái bề mặt khảo sát bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM). Hiệu suất bao bọc và khả năng tải được tính toán dựa trên hàm lượng flavonoid. Tính chất vật lý của hydrogel như thời gian chuyển pha sol-gel, độ bền cơ học, tỷ lệ trương nở được đo bằng các thiết bị chuyên dụng. Đánh giá giải phóng flavonoid được thực hiện trong môi trường PBS pH 6,5 ở 37°C và 39°C.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu bắt đầu từ ngày 15/01/2024, hoàn thành vào ngày 20/05/2024, bao gồm các giai đoạn chiết xuất, tổng hợp hạt nano, tổng hợp hydrogel composite, đánh giá tính chất vật liệu và thử nghiệm giải phóng thuốc.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chiết xuất lá trầu: Tổng hàm lượng flavonoid đạt 1463,09 mg RE/g chiết xuất, tổng phenolic là 232,53 mg GAE/g chiết xuất, cho thấy chiết xuất giàu hợp chất hoạt tính sinh học.

  2. Hạt nano chitosan mang chiết xuất: Kích thước trung bình 304 ± 2,1 nm, PDI 0,0145, điện thế zeta +26 mV, hiệu suất bao bọc 33,51%, khả năng tải khoảng 14%. Các chỉ số này đảm bảo tính ổn định và khả năng mang dược chất hiệu quả.

  3. Hydrogel composite: Công thức tối ưu gồm 2% chitosan, 0,25% gelatin, 6% β-glycerophosphate, bổ sung natri bicarbonate giúp tăng độ bền cơ học (chịu nén tải trọng 0,049N, mô đun đàn hồi 3 kPa). Thời gian chuyển pha sol-gel nhanh, khoảng 5,29 phút ở nhiệt độ sinh lý.

  4. Tính chất trương nở và giải phóng: Tỷ lệ trương nở cao nhất đạt 215% ở pH 6,5, 37°C sau 24 giờ, tăng lên 324% ở 39°C. Lượng flavonoid giải phóng tích lũy đạt khoảng 60% sau 3 giờ, cho thấy khả năng giải phóng kiểm soát hiệu quả.

Thảo luận kết quả

Các kết quả cho thấy sự kết hợp giữa chitosan và gelatin trong hydrogel composite không chỉ cải thiện đáng kể tính cơ học mà còn duy trì được tính nhạy nhiệt cần thiết cho ứng dụng y sinh. Việc bổ sung natri bicarbonate giúp cân bằng pH và tăng cường mạng lưới liên kết, từ đó nâng cao độ bền vật liệu. Kích thước hạt nano nhỏ và điện thế zeta dương cao giúp tăng tính ổn định và khả năng tương tác với tế bào, đồng thời bảo vệ các hợp chất hoạt tính khỏi phân hủy.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, hệ hydrogel composite này có thời gian chuyển pha sol-gel nhanh hơn và khả năng giải phóng flavonoid cao hơn, phù hợp cho ứng dụng băng bó vết thương có kiểm soát giải phóng thuốc. Biểu đồ thể hiện sự thay đổi tỷ lệ trương nở theo thời gian và nhiệt độ, cùng với biểu đồ giải phóng flavonoid tích lũy, sẽ minh họa rõ nét hiệu quả của hệ vật liệu.

Ngoài ra, khả năng phân hủy sinh học của hydrogel cũng được đánh giá tích cực, đảm bảo vật liệu không gây tồn dư lâu dài trong cơ thể. Các đặc tính kháng khuẩn và chống oxy hóa của chiết xuất lá trầu được bảo toàn trong hệ dẫn truyền, góp phần thúc đẩy quá trình lành vết thương và giảm viêm hiệu quả.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tối ưu hóa công thức hydrogel: Khuyến nghị tăng cường nghiên cứu tỷ lệ gelatin và natri bicarbonate để cân bằng giữa độ bền cơ học và khả năng trương nở, nhằm nâng cao hiệu quả giải phóng thuốc trong vòng 6 tháng tới, do nhóm nghiên cứu thực hiện.

  2. Mở rộng thử nghiệm in vivo: Thực hiện các nghiên cứu tiền lâm sàng trên mô hình động vật để đánh giá hiệu quả điều trị vết thương và tính an toàn của hydrogel composite trong 12 tháng, phối hợp với các trung tâm nghiên cứu y sinh.

  3. Phát triển quy trình sản xuất quy mô lớn: Xây dựng quy trình tổng hợp hydrogel composite và hạt nano ổn định, đảm bảo tính đồng nhất và khả năng tái sản xuất, hướng đến ứng dụng công nghiệp trong 18 tháng tới, phối hợp với các doanh nghiệp dược liệu.

  4. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng: Khai thác tiềm năng của hydrogel composite trong các lĩnh vực khác như điều trị viêm da, tái tạo mô, hoặc vận chuyển các hợp chất dược liệu khác, nhằm đa dạng hóa sản phẩm và tăng giá trị sử dụng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật hóa học, dược học: Có thể áp dụng kiến thức về tổng hợp vật liệu hydrogel composite và hệ dẫn truyền nano trong nghiên cứu phát triển thuốc và vật liệu y sinh.

  2. Chuyên gia phát triển sản phẩm dược liệu và mỹ phẩm: Tham khảo để thiết kế các sản phẩm băng bó vết thương hoặc mỹ phẩm có thành phần tự nhiên với khả năng giải phóng kiểm soát.

  3. Bác sĩ và chuyên gia y tế trong lĩnh vực điều trị vết thương: Hiểu rõ cơ chế và hiệu quả của vật liệu hydrogel mang chiết xuất tự nhiên, hỗ trợ lựa chọn phương pháp điều trị phù hợp.

  4. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu y sinh và dược phẩm: Áp dụng kết quả nghiên cứu để phát triển sản phẩm mới, nâng cao giá trị cạnh tranh trên thị trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hydrogel composite nhạy nhiệt là gì và tại sao lại quan trọng trong điều trị vết thương?
    Hydrogel composite nhạy nhiệt là vật liệu có khả năng chuyển từ trạng thái lỏng sang gel khi nhiệt độ thay đổi, đặc biệt ở nhiệt độ sinh lý. Điều này giúp dễ dàng tiêm hoặc bôi lên vết thương và tạo lớp gel bảo vệ, kiểm soát giải phóng thuốc, thúc đẩy lành vết thương hiệu quả.

  2. Tại sao chọn chitosan và gelatin làm thành phần chính của hydrogel?
    Chitosan có tính sinh học cao, khả năng kháng khuẩn và phân hủy sinh học, trong khi gelatin giúp tăng cường độ bền cơ học và tương tác sinh học. Sự kết hợp này tạo ra vật liệu có tính ổn định, an toàn và phù hợp cho ứng dụng y sinh.

  3. Chiết xuất lá trầu có tác dụng gì trong quá trình lành vết thương?
    Chiết xuất lá trầu giàu flavonoid và phenolic có hoạt tính kháng viêm, chống oxy hóa và kháng khuẩn, giúp giảm viêm, ngăn ngừa nhiễm trùng và thúc đẩy tái tạo mô, từ đó hỗ trợ quá trình lành vết thương.

  4. Phương pháp tổng hợp hạt nano chitosan mang chiết xuất lá trầu như thế nào?
    Hạt nano được tổng hợp bằng phương pháp tạo gel ion (ionic gelation), trong đó chitosan và chiết xuất lá trầu kết hợp tạo thành các hạt nano ổn định với kích thước khoảng 300 nm, giúp bảo vệ và kiểm soát giải phóng hợp chất hoạt tính.

  5. Hydrogel composite này có thể ứng dụng trong những lĩnh vực nào ngoài điều trị vết thương?
    Ngoài băng bó vết thương, hydrogel composite có thể được ứng dụng trong vận chuyển thuốc, tái tạo mô, điều trị viêm da, hoặc làm nền cho các sản phẩm dược mỹ phẩm có thành phần tự nhiên, nhờ tính sinh học và khả năng điều chỉnh giải phóng thuốc.

Kết luận

  • Đã phát triển thành công vật liệu hydrogel composite nhạy nhiệt từ chitosan và gelatin, mang hạt nano chitosan chứa chiết xuất lá trầu với kích thước trung bình 304 nm và hiệu suất bao bọc 33,5%.
  • Hydrogel composite có thời gian chuyển pha sol-gel nhanh (khoảng 5,3 phút), độ bền cơ học phù hợp (chịu nén 0,049N, mô đun đàn hồi 3 kPa) và tỷ lệ trương nở cao (215% sau 24 giờ).
  • Hệ vật liệu cho phép giải phóng flavonoid tích lũy khoảng 60% sau 3 giờ, đáp ứng yêu cầu kiểm soát giải phóng thuốc trong điều trị vết thương.
  • Nghiên cứu mở ra hướng đi mới trong phát triển vật liệu y sinh thân thiện, ứng dụng hiệu quả chiết xuất tự nhiên trong chăm sóc sức khỏe.
  • Các bước tiếp theo bao gồm tối ưu hóa công thức, thử nghiệm in vivo và phát triển quy trình sản xuất quy mô lớn để ứng dụng thực tiễn.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp hợp tác để phát triển và ứng dụng vật liệu hydrogel composite này trong lĩnh vực y tế và dược phẩm, góp phần nâng cao chất lượng điều trị và chăm sóc bệnh nhân.