CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Nghệ vàng và curcumin 1. Nguồn gốc và phân bố - Tên khoa học: Curcuma longa L. [1] - Tên khác: Nghệ vàng, Uất kim, Khương hoàng.
- Họ: Gừng (Zingiberaceae) Nghệ có nguồn gốc từ Ấn Độ. Ngày nay, nghệ là một cây trồng quen thuộc ở khắp các nước vùng nhiệt đới, từ Nam Á đến Đông Nam Á và Đông Á. Ở Việt Nam, nghệ cũng được trồng ở khắp các địa phương, từ vùng đồng bằng ven biển đến vùng núi cao. Nghệ là cây ưa ẩm, ưa sáng và có thể chịu nóng, cây có biên độ sinh thái rộng, thích nghi được với nhiều vùng khí hậu khác nhau.
Với mùa đông lạnh kéo dài nghệ vẫn tồn tại và sinh trưởng phát triển tốt. [1] Nghệ có trữ lượng khá dồi dào ở Việt Nam. Bên cạnh nguồn cung cấp do trồng, một số địa phương phía Bắc, nghệ mọc hoang dại ước tính trữ lượng đến 1000 tấn. Các bộ phận của cây nghệ 1.
Thành phần hóa học trong thân rễ nghệ 4 Trong thân rễ nghệ, người ta phân tích được thành phần hóa học quan trọng là curcumin, thành phần tạo màu vàng của nghệ, chiếm 2 – 8% khối lượng. Ngoài ra, trong thân rễ còn có tinh dầu (2,5 – 5%), tinh bột, canxi, chất béo…[2] Bảng 1. Thành phần hóa học của nghệ [2] Thành phần Khối lượng/100g Nước (g) 6,0 Năng lượng thực phẩm (Kcal) 390 Protein (g) 8,5 Chất béo (g) 8,9 Carbohydrate (g) 69,9 Tro (g) 6,8 Calcium (g) 0,2 Phosphorous (mg) 260 Sodium (mg) 30 Potassium (mg) 2000 Iron (g) 47. Curcumin và các hoạt chất khác trong nghệ Nghệ chứa nhiều thành phần khác nhau (curcumin, demethoxycurcumin, bisdemethoxycurcumin, zingiberence, curcumenol, curcumol, turmerin,…) [2].
Trong đó, đáng chú ý là ba hoạt chất chính curcumin, demethoxycurcumin, bisdemethoxycurcumin với tên gọi chung là curcuminoid có nhiều hoạt tính sinh học quý, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Theo công thức cấu tạo ở hình 1.2 thì curcumin chiếm 50 – 60%, demethoxycurcumin chiếm 20 – 30%, còn bisdemethoxycurcumin chiếm 7 – 20%, tùy loại nguyên liệu nghệ và điều kiện chiết tách. Tuy nhiên, do dẫn xuất 5 curcumin chiếm tỷ lệ lớn nên các dẫn xuất trên có thể được gọi chung là curcumin [3].Công thức cấu tạo của hợp chất curcumin. 6 Curcumin có giá trị hoạt tính sinh học cao là do trong công thức cấu tạo của curucmin có các nhóm hoạt tính được thể hiện ở hình 1.3 sau: Nhóm keto Nhóm enol Hình 1.
Các nhóm chức và đặc tính sinh học của chúng. Nhóm parahydroxyl: hoạt tính chống oxy hóa 2. Nhóm keto: kháng viêm, kháng ung thư, chống đột biến tế bào 3. Nhóm liên kết đôi: kháng viêm, kháng ung thư, chống đột biến tế bào.
Tính chất vật lý của curcumin Curcumin là tinh thể dạng bột màu vàng cam, có điểm nóng chảy ở 1380C [4]. - Độ tan: không tan trong nước, ether nhưng tan trong ethanol, choloroform, dimethylsulfoxide (DMSO), acetone,… [4] - Bước sóng hấp thu cực đại (λmax): trong methanol là 430nm, trong ethanol là 425nm, trong acetone từ 415 – 420 nm [4]. - Độ bền: curcumin bền trong môi trường pH trung tính và pH kiềm [3]. Tác dụng dược lý Curcumin có những hoạt tính sinh học chủ yếu như kháng oxy hóa, kháng viêm, kháng virus, kháng nấm và có thành phần dùng để hóa học trị liệu bệnh ung thư [5].
Những nghiên cứu trong năm thập kỷ gần đây đã chỉ ra rằng curcumin làm giảm cholesterol trong máu, hạn chế sự đông kết tiểu huyết cầu, ngăn chặn sự nghẽn mạch và nhồi máu cơ tim, hạn chế các triệu chứng của bệnh đái tháo đường loại II, viêm khớp mãn tính, bệnh đa xơ cứng và bệnh Alzheimer, ức chế sự tái tạo của virus HIV ở người, nâng cao việc điều trị vết thương, bảo vệ khỏi bệnh xơ hóa. Ngoài ra, curcumin cũng chứng minh là không có tính độc cho dù được sử dụng liều cao [3]. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất curcumin đó là ít tan trong nước, dẫn đến việc hấp thu chất này trong cơ thể là rất thấp. Dược động học Cũng giống như các polyphenol khác, curcumin cũng là một chất kém phân cực.
Do đó, nó rất hạn chế trong nước, cụ thể là khoảng 0,0004 mg/ml ở pH = 7,4 [6]. Ngoài ra, khi được đưa vào cơ thể, curcumin được hấp thu kém, chuyển hóa nhanh thành các hợp chất khác thông qua quá trình liên hợp, cũng như là các phản ứng khử tạo thành các sản phẩm không có tác dụng dược lý hoặc tác dụng kém hơn nhiều so với curcumin [7]. Quá trình chuyển hóa hợp chất curcumin trong cơ thể Sự hòa tan kém và chuyển hóa nhanh làm cho curcumin bị đào thải nhanh bởi các bộ phận trong cơ thể. Báo cáo đầu tiên về vấn đề này được Wahlstrom và Blennow đưa ra năm 1978 [7] bằng những thử nghiệm trên chuột Sprague – Dawley.
Nghiên cứu cho thấy chỉ một lượng không đáng kể curcumin được tìm thấy trong huyết tương chuột sau khi dùng liều 1g/kg, điều này chứng tỏ curcumin được hấp thụ rất kém qua ruột. Một nghiên cứu khác so sánh khả năng hấp thụ của curcumin ở chuột và người [8] cho thấy đối với liều uống 2g/kg, trên chuột phát hiện được nồng độ curcumin cao nhất trong huyết tương là 1,35 0,23 μg/ml sau thời gian là 0,83h. Trong khi đó, trên cơ thể người với liều dùng tương tự chỉ phát hiện một nồng độ rất thấp là 0,006 0,005 μg/ml sau 1h, thậm chí một vài trường hợp còn không phát hiện được curcumin trong cơ thể 8 Nghiên cứu của Pan [9] cho thấy rằng bằng hai con đường uống và tiêm cũng tìm thấy một lượng rất ít curcumin ở ruột, gan, thận, não của chuột được khảo sát sau 1h với liều lượng là 0,1g/kg. Các nghiên cứu khác cũng chỉ ra rằng bằng những cách khác nhau khi đưa vào cơ thể thì khả năng hấp thu của curcumin đều rất thấp.
Tóm lại, các nghiên cứu đều cho thấy curcumin thể hiện dược tính kém mà nguyên nhân là do khả năng hòa tan kém, kém bền ánh sáng, hấp thu kém và đào thải nhanh trong cơ thể (hình 1. Các nguyên nhân làm giảm khả năng sinh dụng của curcumin 1. Tổng quan về sấy phun và nano curcumin. Phương pháp sấy phun Sấy phun là phương pháp biến đổi vật liệu sấy từ dạng lỏng hay huyền phù thành các hạt khô do sự tách ẩm của vật liệu lỏng khi tiếp xúc với không khí nóng trong buồng sấy.
Nhược điểm của phương pháp này là loại chất bao bị giới hạn, yêu cầu chất bao phải hòa tan tốt trong nước (Desai và Park, 2005). Ngoài ra, một lượng bột sản phẩm có thể bị thất thoát do dính trên thành thiết bị sấy (Nesterenk và cộng sự 2013). 9 Các bước chuẩn bị cho quá trình sấy phun gồm: chuẩn bị nhũ tương, đồng hóa và sấy phun. Trong quá trình chuẩn bị nhũ tương, nồng độ chất khô đóng vai trò quan trọng.
Tùy vào tính chất của chất bao và vật liệu nhân mà chọn nồng độ chất khô phù hợp. Nồng độ chất khô càng cao, hiệu quả của quá trình sấy càng tăng. Hệ nhũ tương sau đó sẽ được đồng hóa để tăng độ đồng đều của dịch trước khi sấy. Hỗn hợp sau khi đồng hóa sẽ được đưa vào sấy phun.
Quá trình sấy phun bao gồm ba giai đoạn: - Giai đoạn 1: chuyển nguyên liệu sấy thành dạng sương mù. Nhờ cơ cấu phun sương trong thiết bị sấy phun, các hạt lỏng phân tán trong môi trường không khí. Hiện nay có bốn dạng cơ cấu phun sương: đầu phun ly tâm, đầu phun một dòng, đầu phun hai dòng và đầu phun siêu âm. Kích thước của các giọt lỏng sau giai đoạn phun sương dao động trong khoảng 1 – 200 μm.
- Giai đoạn 2: hòa trộn sương mù với tác nhân dòng sấy. Đây chính là giai đoạn tách ẩm ra khỏi nguyên liệu. Tác nhân sấy được sử dụng trong sấy phun là không khí nóng. Do nguyên liệu được phun sương nên diện tích tiếp xúc giữa các giọt lỏng và tác nhân sấy là rất lớn.
Nhờ đó, ẩm của nguyên liệu được bay hơi nhanh chóng và chuyển thành dạng bột. - Giai đoạn 3: tách sản phẩm ra khỏi dòng tác nhân sấy. Thông thường, hệ thống cyclone được sử dụng để thu hồi sản phẩm sữa bột. Hiệu suất thu hồi sản phẩm khá cao, dao động từ 90 – 98% (Lê Văn Việt Mẫn và cs, 2011).
Nano Curcumin Việc định nghĩa hạt nano rất đa dạng trong các lĩnh vực. Trong lĩnh vực hình ảnh và chất bán dẫn, hạt nano được quy định có đường kính bé hơn 100μm [26], nhưng trong công nghiệp dược, hạt nano lại được định nghĩa là có kích thước từ vài nanometer đến 1μm [27]. Kích thước hạt giảm, cùng với bề mặt tiếp xúc lớn hơn làm tăng tốc độ hòa tan của các hạt nano, do đó cải thiện tính sinh hóa khả dụng của chúng [28]. Để chuẩn bị các dạng sản phẩm ở dạng rắn có thể sử dụng được, huyền phù nano cần được sấy khô và được chế biến sau đó (như dạng thuốc nén hoặc thuốc con nhộng) [29].
Quá trình sấy các hạt nano có thể gây ra 10 stress lên cấu trúc hạt và dẫn đến sự kết tụ. Tuy nhiên, các hạt kết tụ trong quá trình sấy phun có thể nhanh chóng phân tán và trở về kích thước cũ trong một khoảng thời gian ngắn khi hòa vào nước [30], [ 31]. Hệ thống hạt kích thước nano có nhiều lợi ích đa khía cạnh trong sự dẫn truyền thuốc. Chúng có thể được sử dụng để cung cấp cho tế bào hoặc mô sự dẫn truyền thuốc; cải thiện tính khả dụng sinh học qua đường ăn uống [32], [33]; làm giảm tác dụng phụ của thuốc hoặc gen trong mô đích [40]; mang nhiều nhóm chức năng trên bề mặt hạt nano [34]; hòa tan thuốc tiêm tĩnh mạch; cải thiện tính ổn định của tác nhân trị liệu (như là chống lại sự biến đổi do pH hoặc sự thủy phân enzyme); và sự kiểm soát tốc độ giải phóng thuốc cho mô đích [35], [36].
Các hạt nano dựa trên công thức hình thành từ nhũ tương nano đã được chuẩn bị nhằm cải thiện tính chất hòa tan của curcumin. Nghiên cứu ex vivo cho thấy rằng sự giải phóng curcumin từ nhũ tương nano cao hơn rất nhiều so với huyền phù curcumin. Điều này cho thấy sự cải thiện tính hòa tan của curcumin ở trong nước [37]. Một nghiên cứu khác cho thấy rằng sự bao gói curcumin thành hạt nano hydrogel làm cho sự phân tán curcumin trong nước đồng nhất hơn so với dạng tự do của curcumin.
Bên cạnh đó, đặc tính giải phóng từ hệ thống hạt nano – micro curcumin [38]. Một số công trình nghiên cứu Công trình nghiên cứu của tác giả Vương Ngọc Chính và các cộng sự Trường Đại học Bách Khoa TP.
