Nghiên cứu chế tạo và đặc trưng tính chất của tổ hợp carrageenan/collagen mang dược chất allopurinol

Luận án tiến sĩ y tế phân tích hóa hữu cơ nghiên cứu chế tạo và đặc trưng tính chất của tổ hợp carrageenan collagen từ vảy cá mang, xây dựng cơ sở lý luận, kiểm chứng thực nghiệm,

• Tác giả: Vũ Quốc Mạnh
• Người hướng dẫn: GS. Thái Hoàng
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo tổ hợp carrageenan/collagen mang dược chất allopurinol
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Tổng quan về collagen
• 1.2. Cấu tạo và cấu trúc phân tử collagen
• 1.3. Phân loại collagen
• 1.4. Tính chất của collagen
• 1.5. Tình hình nghiên cứu sản xuất collagen từ cá
• 1.6. Tổng quan về carrageenan
• 1.7. Cấu tạo và cấu trúc phân tử carrageenan
• 1.8. Tình hình nghiên cứu sản xuất carrageenan
• 1.9. Ứng dụng của carrageenan
• 1.10. Tổng quan về polyme thiên nhiên mang dược chất
• 1.11. Carrageenan mang dược chất. Collagen mang dược chất
• 1.12. Tổ hợp carrageenan/polyme khác mang dược chất
• 1.13. Tổ hợp collagen/polyme khác mang dược chất
• 1.14. Tổ hợp carragennan/collagen mang dược chất
• 1.15. Tổng quan về dược chất allopurinol và polyme mang allopurinol
• 1.16. Tính chất chung
• 1.17. Polyme mang allopurinol
• 1.18. Hóa chất, dụng cụ
• 1.19. Trích ly collagen từ vảy cá (họ cá chép – Cyprinidae)
• 1.20. Xử lý sơ bộ nguyên liệu đầu vào (Bước 1)
• 1.21. Xử lý protein và chất béo bằng dung dịch kiềm (Bước 2)
• 1.22. Xử lý khoáng bằng dung dịch hỗn hợp acid khác nhau (Bước 3)
• 1.23. Thu collagen thô (Bước 4)
• 1.24. Chế tạo màng tổ hợp carragennan/collagen/allopurinol
• 1.25. Chế tạo hạt tổ hợp carragennan/collagen/allopurinol
• 1.26. Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
• 1.27. Phương pháp tán xạ ánh sáng động (DLS)
• 1.28. Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)
• 1.29. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
• 1.30. Phương pháp nhiệt lượng quét vi sai (DSC) và phân tích nhiệt khối lượng (TGA)
• 1.31. Phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến (UV-Vis)
• 1.32. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)
• 1.33. Phương pháp điện di SDS-PAGE
• 1.34. Phương pháp sắc ký nano đa chiều và khối phổ (nanoLC-MS/MS)
• 1.35. Giải phóng allopurinol từ màng và hạt tổ hợp Car/C/ALP trong các môi trường pH khác nhau
• 1.36. Xây dựng đường chuẩn của allopurinol trong các dung dịch pH khác nhau
• 1.37. Xác định hàm lượng allopurinol được mang bởi tổ hợp Car/C
• 1.38. Xác định khối lượng thuốc allopurinol giải phóng từ vật liệu tổ hợp Car/C/ALP
• 1.39. Thử nghiệm in vivo sử dụng hạt tổ hợp carrageenan/collagen/allopurinol trên cơ thể động vật (chuột bình thường và chuột được tiêm phúc mạc potassium oxalate)
• 1.40. Xác định độc tính cấp của hạt tổ hợp carrageenan/collagen/allopurinol trên chuột được thử nghiệm
• 1.41. Xác định độc tính bán trường diễn của hạt tổ hợp carrageenan/collagen/allopurinol trên chuột được thử nghiệm
• 1.42. Khảo sát tác dụng của hạt tổ hợp carrageenan/collagen/allopurinol đến sự giảm nồng độ urat/acid uric trong máu của các loại chuột được thử nghiệm
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Trích ly collagen từ vảy cá nước ngọt
• 3.2. Ảnh hưởng của dung dịch kiềm đến xử lý vảy cá thu collagen
• 3.3. Ảnh hưởng của hỗn hợp acid đến xử lý vảy các thu collagen
• 3.4. Xác định độ tinh khiết và hàm lượng các acid amin trong collagen thu được từ hỗn hợp vảy cá
• 3.5. Đặc trưng, tính chất và hình thái cấu trúc của collagen thu được từ hỗn hợp vảy cá họ cá chép
• 3.6. Màng tổ hợp carragennan/collagen/allopurinol
• 3.7. Hiệu suất mang allopurinol của các màng tổ hợp carrageenan/collagen
• 3.8. Phổ FTIR của màng tổ hợp carrageenan/collagen/allopurinol
• 3.9. Nhiễu xạ tia X (XRD)
• 3.10. Ảnh SEM của màng tổ hợp carrageenan/collagen/allopurinol
• 3.11. Độ bền nhiệt màng tổ hợp carrageenan/collagen/allopurinol
• 3.12. Nghiên cứu giải phóng allopurinol từ màng tổ hợp Car/C/ALP (CCA) trong các dung dịch đệm pH 2 và pH 7,4
• 3.13. Mô hình động học giải phóng allopurinol từ màng tổ hợp CCA trong các dung dịch đệm pH 2 và pH 7,4
• 3.14. Hạt tổ hợp carragennan/collagen/allopurinol (ACC)
• 3.15. Phổ FTIR của hạt tổ hợp carrageenan/collagen/allopurinol (ACC)
• 3.16. Phân bố kích thước hạt của hạt tổ hợp ACC
• 3.17. Ảnh SEM của hạt tổ hợp nano ACC
• 3.18. Đặc trưng nhiệt của hạt tổ hợp nano ACC
• 3.19. Hiệu suất mang allopurinol của các hạt tổ hợp nano ACC
• 3.20. Nghiên cứu giải phóng allopurinol từ hạt tổ hợp nano Car/C/ALP trong dung dịch đệm pH 2 và pH 7,4
• 3.21. Thử nghiệm in vivo sử dụng hạt tổ hợp nano carrageenan/collagen/allopurinol trên cơ thể động vật (chuột bình thường và chuột được tiêm phúc mạc potassium oxalat)
• 3.22. Xác định độc tính cấp của hạt tổ hợp nano carrageenan/collagen/allopurinol trên chuột được thử nghiệm
• 3.23. Xác định độc tính bán trường diễn của hạt tổ hợp nano carrageenan/collagen/allopurinol trên chuột được thử nghiệm
• 3.24. Khảo sát tác dụng của hạt tổ hợp nano carrageenan/collagen/allopurinol đến sự giảm nồng độ urat/acid uric trong máu của các nhóm chuột được thử nghiệm
• NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• TỶ LỆ THÀNH PHẦN VÀ KÍ HIỆU CÁC MẪU MÀNG TỔ HỢP CARRAGEENAN/COLLAGEN/ALLOPURINOL
• TỶ LỆ THÀNH PHẦN VÀ KÍ HIỆU CÁC MẪU HẠT TỔ HỢP CARRAGEENAN/COLLAGEN/ALLOPURINOL
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Tổ Hợp Carrageenan Collagen Allopurinol

Polyme y sinh đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong y học, từ điều trị bệnh đến thay thế các cơ quan bị tổn thương. Đặc biệt, các hệ polyme hydrogel như carrageenan (Car) và collagen (C) nổi bật với khả năng tương thích sinh học, tương tác tốt với dược chất, dễ kiểm soát giải phóng thuốc và dễ gắn kết với các loại dược liệu khác. Carrageenan, chiết xuất từ rong đỏ, có khả năng phân hủy sinh học và an toàn. Trong khi đó, collagen có tác dụng bảo vệ dược chất khỏi các tác nhân gây biến đổi. Nghiên cứu này tập trung vào việc kết hợp hai polyme này để tạo ra một hệ dẫn thuốc hiệu quả. Theo [1,2], vật liệu thay thế cần có tính tương hợp sinh học và không độc hại. Đồng thời, tính chất carrageenan tính chất và collagen tính chất cũng được xem xét để tăng hiệu quả. Các thử nghiệm in vitro và in vivo cũng được thực hiện để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả của tổ hợp.

1.1. Tổng quan về Carrageenan trong ứng dụng y sinh

Carrageenan là một polysaccharide tự nhiên, thường được chiết xuất từ rong biển đỏ. Nhờ tính chất độc đáo, carrageenan được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là y sinh. Carrageenan có khả năng tạo gel, ổn định cấu trúc và tương thích sinh học cao. Trong lĩnh vực dược phẩm, carrageenan thường được sử dụng làm tá dược, chất bao phim, và đặc biệt là trong các hệ dẫn thuốc, giúp kiểm soát quá trình giải phóng thuốc. Theo [5, 6], các hệ nano tổ hợp từ carrageenan có nhiều tính chất đặc biệt và được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp dược phẩm.

1.2. Tổng quan về Collagen và nguồn gốc từ vảy cá

Collagen là một protein cấu trúc quan trọng trong cơ thể, đóng vai trò then chốt trong việc duy trì độ đàn hồi và săn chắc của da, xương, và các mô liên kết. Việc sử dụng collagen từ động vật có thể gặp rủi ro về an toàn. Collagen từ vảy cá là một lựa chọn an toàn và bền vững hơn. Việc tận dụng vảy cá không chỉ giảm thiểu chất thải mà còn cung cấp một nguồn collagen phong phú và có giá trị. Nghiên cứu này tập trung vào việc trích ly collagen từ vảy cá tra, một nguồn nguyên liệu dồi dào ở Việt Nam, và sử dụng nó trong tổ hợp với carrageenan.

1.3. Allopurinol Dược chất điều trị Gút tiềm năng

Allopurinol (ALP) là một dược chất được sử dụng rộng rãi trong điều trị bệnh gút và các tình trạng tăng acid uric máu. Tuy nhiên, allopurinol có thời gian bán thải ngắn và có thể gây ra một số tác dụng phụ. Do đó, việc phát triển các hệ dẫn thuốc allopurinol hiệu quả là rất quan trọng. Nghiên cứu này sử dụng allopurinol làm dược chất mô hình để đánh giá khả năng mang và giải phóng thuốc của tổ hợp carrageenan/collagen.

II. Thách Thức Trong Điều Trị Gút Vấn Đề của Allopurinol

Bệnh gút là một bệnh lý chuyển hóa phổ biến, gây ra do sự tích tụ acid uric trong máu và các mô. Allopurinol là một trong những dược chất chính được sử dụng để điều trị bệnh gút bằng cách ức chế enzyme xanthine oxidase, làm giảm sản xuất acid uric. Tuy nhiên, allopurinol có một số hạn chế, bao gồm thời gian bán thải ngắn, sinh khả dụng đường uống thấp, và khả năng gây ra các tác dụng phụ như dị ứng da và rối loạn tiêu hóa. Do đó, việc phát triển các hệ dẫn thuốc mới có thể cải thiện hiệu quả và giảm thiểu tác dụng phụ của allopurinol là một nhu cầu cấp thiết. Cần tối ưu hóa công thức để đạt hiệu quả điều trị cao nhất.

2.1. Hạn chế của Allopurinol trong điều trị gút

Mặc dù allopurinol là một dược chất hiệu quả trong điều trị gút, nó vẫn còn một số hạn chế. Thời gian bán thải ngắn đòi hỏi phải uống thuốc nhiều lần trong ngày để duy trì nồng độ thuốc ổn định trong máu. Sinh khả dụng đường uống thấp cũng là một vấn đề, vì chỉ một phần nhỏ thuốc được hấp thu vào cơ thể. Các tác dụng phụ như dị ứng da và rối loạn tiêu hóa có thể gây khó chịu cho bệnh nhân và ảnh hưởng đến tuân thủ điều trị.

2.2. Nhu cầu về hệ dẫn thuốc Allopurinol cải tiến

Để khắc phục những hạn chế của allopurinol, cần phát triển các hệ dẫn thuốc cải tiến có thể kiểm soát quá trình giải phóng thuốc, tăng sinh khả dụng, và giảm thiểu tác dụng phụ. Các hệ dẫn thuốc này có thể sử dụng các vật liệu polyme như carrageenan và collagen để bao bọc và bảo vệ allopurinol, đồng thời kiểm soát tốc độ giải phóng thuốc theo thời gian hoặc tại vị trí mong muốn.

2.3. Tổng quan về cơ chế tác dụng của Allopurinol

Allopurinol hoạt động bằng cách ức chế enzyme xanthine oxidase, một enzyme quan trọng trong quá trình chuyển hóa purine thành acid uric. Bằng cách ức chế enzyme này, allopurinol làm giảm sản xuất acid uric, giúp giảm nồng độ acid uric trong máu và các mô. Cơ chế này giúp giảm các triệu chứng của bệnh gút và ngăn ngừa các biến chứng như sỏi thận và tổn thương khớp.

III. Cách Chế Tạo Tổ Hợp Carrageenan Collagen Allopurinol CCA

Nghiên cứu này tập trung vào việc chế tạo và đặc tưng tính chất của tổ hợp carrageenan/collagen/allopurinol (CCA) ở dạng màng và hạt nano. Các phương pháp được sử dụng bao gồm phương pháp dung dịch và phương pháp gel-ion hóa. Quá trình chế tạo bao gồm trích ly collagen từ vảy cá, phối trộn collagen và carrageenan với allopurinol, và tạo thành màng hoặc hạt nano bằng các kỹ thuật phù hợp. Các đặc tính lý hóa của tổ hợp CCA, chẳng hạn như kích thước hạt, hình thái, độ bền cơ học, và khả năng giải phóng thuốc, cũng được nghiên cứu chi tiết.

3.1. Phương pháp trích ly Collagen từ Vảy Cá

Quá trình trích ly collagen từ vảy cá bao gồm các bước xử lý sơ bộ, xử lý bằng kiềm, xử lý bằng acid, và thu hồi collagen. Các điều kiện trích ly, chẳng hạn như nồng độ kiềm và acid, thời gian xử lý, và nhiệt độ, được tối ưu hóa để đạt được hiệu suất trích ly cao và chất lượng collagen tốt. Quá trình này được mô tả chi tiết trong phần phương pháp điều chế.

3.2. Chế tạo màng và hạt nano Carrageenan Collagen Allopurinol

Màng CCA được chế tạo bằng phương pháp đúc dung dịch, trong đó dung dịch carrageenan, collagen, và allopurinol được đổ vào khuôn và làm khô. Hạt nano CCA được chế tạo bằng phương pháp gel-ion hóa, trong đó dung dịch carrageenan và collagen được nhỏ giọt vào dung dịch chứa ion đa hóa trị, tạo thành các hạt nano do sự liên kết ion. Nghiên cứu tập trung vào các kỹ thuật kỹ thuật tạo hạt để tối ưu hóa kích thước.

3.3. Tối ưu hóa tỷ lệ Carrageenan và Collagen trong tổ hợp

Tỷ lệ carrageenan và collagen trong tổ hợp CCA ảnh hưởng đến các tính chất cơ học, khả năng giải phóng thuốc, và tính tương thích sinh học của vật liệu. Nghiên cứu này khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ carrageenan và collagen đến các đặc tính lý hóa và khả năng giải phóng thuốc của tổ hợp CCA. Các kết quả được tối ưu hóa công thức.

IV. Đánh Giá In Vitro và In Vivo Tổ Hợp Carrageenan Collagen Allopurinol

Để đánh giá hiệu quả của tổ hợp CCA, các thử nghiệm in vitro và in vivo đã được thực hiện. Các thử nghiệm in vitro bao gồm nghiên cứu khả năng giải phóng thuốc của allopurinol từ tổ hợp CCA trong các điều kiện pH khác nhau, mô phỏng môi trường trong cơ thể. Các thử nghiệm in vivo được thực hiện trên chuột để đánh giá độc tính và hiệu quả điều trị của tổ hợp CCA trong việc giảm nồng độ acid uric trong máu.

4.1. Đánh giá khả năng giải phóng Allopurinol in vitro

Nghiên cứu giải phóng thuốc in vitro được thực hiện trong các dung dịch đệm có pH khác nhau (pH 2 và pH 7.4) để mô phỏng môi trường dạ dày và ruột. Tốc độ và mức độ giải phóng thuốc allopurinol từ tổ hợp CCA được xác định bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC). Ảnh hưởng của carrageenan và ảnh hưởng của collagen cũng được nghiên cứu.

4.2. Thử nghiệm độc tính và hiệu quả điều trị in vivo trên chuột

Độc tính của tổ hợp CCA được đánh giá bằng cách theo dõi các dấu hiệu lâm sàng và phân tích các chỉ số huyết học và sinh hóa của chuột sau khi sử dụng tổ hợp CCA. Hiệu quả điều trị được đánh giá bằng cách đo nồng độ acid uric trong máu của chuột bị tăng acid uric máu sau khi điều trị bằng tổ hợp CCA. Phương pháp này ứng dụng y sinh rộng rãi.

4.3. Phân tích tương tác thuốc tá dược

Các tương tác thuốc - tá dược giữa allopurinol, carrageenan, và collagen được nghiên cứu bằng các phương pháp như phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) và nhiệt lượng quét vi sai (DSC). Các kết quả này cung cấp thông tin về sự tương tác giữa các thành phần và ảnh hưởng của chúng đến tính ổn định và hiệu quả của tổ hợp CCA.

V. Kết Quả và Ứng Dụng Tiềm Năng Của Tổ Hợp CCA Điều Trị Gút

Nghiên cứu này đã thành công trong việc chế tạo và đặc tưng tính chất tổ hợp CCA ở dạng màng và hạt nano. Các kết quả in vitro và in vivo cho thấy tổ hợp CCA có khả năng kiểm soát quá trình giải phóng thuốc, giảm độc tính, và giảm nồng độ acid uric trong máu. Tổ hợp CCA có thể được sử dụng như một hệ dẫn thuốc mới để cải thiện hiệu quả và an toàn trong điều trị gút.

5.1. Ưu điểm của tổ hợp CCA so với Allopurinol truyền thống

Tổ hợp CCA có nhiều ưu điểm so với allopurinol truyền thống, bao gồm khả năng kiểm soát quá trình giải phóng thuốc, tăng sinh khả dụng, giảm độc tính, và kéo dài thời gian tác dụng của thuốc. Điều này có thể giúp cải thiện tuân thủ điều trị và giảm thiểu các tác dụng phụ.

5.2. Ứng dụng tiềm năng trong điều trị bệnh gút và các bệnh lý khác

Tổ hợp CCA có thể được sử dụng trong điều trị gút và các bệnh lý khác liên quan đến tăng acid uric máu. Ngoài ra, tổ hợp CCA cũng có thể được điều chỉnh để mang các dược chất khác và sử dụng trong điều trị các bệnh lý khác.

5.3. Hướng nghiên cứu tiếp theo và phát triển sản phẩm

Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa cấu trúc vi mô của tổ hợp CCA, nghiên cứu tính tương thích sinh học và khả năng phân hủy sinh học của vật liệu, và đánh giá hiệu quả điều trị trên các mô hình bệnh lý phức tạp hơn. Đồng thời, cần phát triển quy trình sản xuất tổ hợp CCA ở quy mô lớn để có thể đưa sản phẩm ra thị trường.

VI. Kết Luận Về Nghiên Cứu Tổ Hợp Carrageenan Collagen Allopurinol

Nghiên cứu này đã chứng minh tiềm năng của tổ hợp carrageenan/collagen/allopurinol (CCA) như một hệ dẫn thuốc mới trong điều trị gút. Việc sử dụng collagen từ vảy cá làm cho vật liệu trở nên bền vững và an toàn hơn. Các kết quả in vitro và in vivo cho thấy tổ hợp CCA có khả năng kiểm soát quá trình giải phóng thuốc, giảm độc tính, và giảm nồng độ acid uric trong máu. Các nghiên cứu sâu hơn và phát triển sản phẩm có thể mang lại một phương pháp điều trị hiệu quả và an toàn hơn cho bệnh nhân gút.

6.1. Đóng góp mới của luận án

Luận án đã đưa ra quy trình trích ly collagen hiệu quả từ vảy cá nước ngọt ở Việt Nam, đồng thời chứng minh tiềm năng của tổ hợp polyme thiên nhiên carrageenan/collagen trong việc mang và giải phóng dược chất allopurinol. Các kết quả nghiên cứu là cơ sở để phát triển các hệ dẫn thuốc tiên tiến hơn, góp phần vào việc điều trị bệnh gút hiệu quả hơn.

6.2. Hướng phát triển và nghiên cứu tiếp theo

Hướng phát triển tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa công thức và quy trình sản xuất tổ hợp CCA, đồng thời nghiên cứu về tính ổn định lâu dài của sản phẩm. Các nghiên cứu lâm sàng trên người cũng cần được thực hiện để đánh giá hiệu quả và an toàn của tổ hợp CCA trong điều trị bệnh gút.

6.3. Tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong y sinh

Ngoài ứng dụng trong điều trị bệnh gút, tổ hợp carrageenan/collagen còn có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực y sinh khác, như điều trị các bệnh viêm khớp, phục hồi mô và da, và phát triển các vật liệu cấy ghép sinh học. Sự kết hợp giữa carrageenan và collagen có thể tạo ra các vật liệu đa chức năng với nhiều ứng dụng tiềm năng trong y học tái tạo và dược phẩm.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ Hóa học với đề tài "Nghiên cứu chế tạo và đặc trưng tính chất của tổ hợp carrageenan/collagen (từ vảy cá) mang dược chất allopurinol", chuyên ngành Hóa Hữu cơ (mã số: 9440114), do nghiên cứu sinh Vũ Quốc Mạnh thực hiện tại Phòng Hoá lý vật liệu phi kim loại thuộc Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Học viện Khoa học và Công nghệ – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, dưới sự hướng dẫn khoa học của GS. Thái Hoàng và PGS. Vũ Quốc Trung. Nghiên cứu được hỗ trợ kinh phí từ Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) qua đề tài mã số 104.326 giai đoạn 2018–2021.

Tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ hai vấn đề thực tiễn và khoa học:

• Thứ nhất, nguồn nguyên liệu collagen hiện nay chủ yếu được khai thác từ mô, da động vật trên cạn (bò, lợn), vốn tiềm ẩn rủi ro lây truyền các bệnh truyền nhiễm nguy hiểm như bệnh bò điên (BSE), bệnh não xốp hay bệnh lở mồm long móng. Vảy cá nước ngọt là phụ phẩm dồi dào từ ngành thủy sản chưa được tận dụng triệt để. Tại Việt Nam, chưa có công trình nào nghiên cứu một cách có hệ thống về quy trình xử lý, trích ly collagen từ hỗn hợp vảy cá nước ngọt thuộc họ cá chép (Cyprinidae) nhằm định hướng ứng dụng làm vật liệu y sinh.
• Thứ hai, allopurinol (ALP) là dược chất ức chế enzym xanthine oxidase được chỉ định phổ biến trong điều trị bệnh gút và hội chứng tăng acid uric máu. Dược chất này có nhược điểm chuyển hóa và đào thải nhanh, gây biến động nồng độ thuốc trong huyết tương nếu không được kiểm soát. Việc phối hợp collagen nguồn gốc vảy cá với carrageenan (polysaccharid tự nhiên chiết xuất từ rong biển) để tạo hệ vật liệu tổ hợp mang allopurinol nhằm kiểm soát giải phóng thuốc là khoảng trống nghiên cứu cần được giải quyết.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định gồm 3 nội dung:

1. Xây dựng được quá trình trích ly collagen từ vảy cá nước ngọt Việt Nam (cá chép - Cyprinus carpio, cá trôi - Labeo rohita, cá trắm cỏ - Ctenopharyngodon idella, cá rô phi - Oreochromis niloticus).
2. Chế tạo được tổ hợp polyme thiên nhiên carrageenan/collagen (từ vảy cá) chứa allopurinol dạng màng và dạng hạt bằng phương pháp dung dịch và phương pháp gel – ion hóa.
3. Đánh giá được khả năng làm giảm acid uric trong máu từ việc sử dụng tổ hợp polyme thiên nhiên carrageenan/collagen (từ vảy cá) chứa allopurinol.

Các câu hỏi và nội dung nghiên cứu tương ứng được triển khai qua 4 nhiệm vụ:

1. Nghiên cứu điều kiện trích ly collagen từ vảy cá nước ngọt Việt Nam.
2. Nghiên cứu điều kiện chế tạo và tỉ lệ thành phần giữa carrageenan và collagen (từ vảy cá) mang ALP để thu được tổ hợp dạng màng và dạng hạt bằng phương pháp dung dịch và phương pháp gel – ion hóa.
3. Nghiên cứu sự giải phóng dược chất allopurinol từ tổ hợp polyme Car/C/ALP trong các môi trường pH mô phỏng đường tiêu hóa.
4. Nghiên cứu thử nghiệm in vivo trên mô hình chuột nhắt trắng sử dụng tổ hợp hạt nano Car/C/ALP để đánh giá an toàn sinh học và hiệu quả hạ acid uric máu.

Đối tượng nghiên cứu bao gồm: collagen trích ly từ vảy cá họ cá chép (Cyprinidae); carrageenan; allopurinol; hệ tổ hợp Car/C/ALP dạng màng và dạng hạt; mô hình động vật thí nghiệm (chuột nhắt trắng bình thường và chuột nhắt trắng bị gây tăng acid uric máu bằng potassium oxalate). Phạm vi nghiên cứu tập trung vào quy trình trích ly hóa học, chế tạo vật liệu trong phòng thí nghiệm, đánh giá giải phóng in vitro tại hai mốc pH 2,0 và pH 7,4, cùng thử nghiệm độc tính cấp, bán trường diễn và hoạt tính sinh học in vivo trong thời gian 28 ngày.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã tổng thuật hệ thống các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến bốn trục nội dung: cấu trúc và phương pháp chế tạo collagen từ thủy sản; cấu trúc và công nghệ chiết tách carrageenan; các hệ phân phối thuốc trên nền polyme thiên nhiên; và dược chất allopurinol.

Về cấu trúc và trích ly collagen: Các tài liệu kinh điển của Persikov và Sakakibara (1973) xác định cấu trúc xoắn ba tropocollagen được giữ bền bởi liên kết hydro thông qua cầu nối phân tử nước với gốc hydroxyproline (Hyp), trong đó mạch lặp (Pro-Hyp-Gly)₁₀ có nhiệt độ biến tính (58 °C) vượt trội so với (Pro-Pro-Gly)₁₀ (24 °C). Trên thế giới, các tác giả Masahiro Ogawa và cộng sự (2004) trích ly collagen loại I từ cá Pogonia cromis và Archosargus probatocephalus; Senaratne và cộng sự xử lý da cá Lagocephalus glover đạt hiệu suất 54,3%; Lin Wang và cộng sự (2008) tách chiết collagen từ cá đỏ Sebastes mentella cho thấy nhiệt độ biến tính dao động 16,7–17,7 °C; Chun Yung Huang (2016) sử dụng phương pháp đùn – thủy phân – chiết (EHE) trên vảy cá rô phi; Bhagwat và cộng sự (2020) nghiên cứu khử khoáng vảy cá chép bằng EDTA và trích ly bằng acid acetic; Rasmi Zakiah Oktarlina và cộng sự (2022) thu được micro-collagen kích thước 668–1581 nm từ Cyprinus carpio; Robert Gál và cộng sự (2022) dùng HCl và enzym thu gelatin từ xương cá chép với hiệu suất 18,7–55,7%. Tại Việt Nam, các nghiên cứu chủ yếu tập trung trên da cá: Nguyễn Đỗ Quỳnh và Nguyễn Lê Anh Đào chiết gelatin từ da cá tra (Pangasianodon hypophthalmus); Trần Thị Huyền và cộng sự dùng NaOH 0,2 M và acid acetic 0,5 M chiết collagen da cá tra đạt hiệu suất 76,9%; Võ Quốc Văn và Hà Thanh Toàn (2008) thu gelatin da cá tra ở 50 °C; Trương Thị Mộng Thu và cộng sự (2021) dùng pepsin 0,45% trích ly collagen loại I từ da cá lóc (Channa striata).

Về carrageenan: Các công trình của Andi Hasiah và cộng sự (chiết rong Eucheuma spinosum bằng KOH 0,4 M đạt hiệu suất 61,59%), Webber và cộng sự, Anisuzzaman và cộng sự đã làm rõ đặc tính tạo gel nhờ cation của κ-Car và ι-Car. Ở trong nước, Đào Trọng Hiếu tối ưu hóa chiết carrageenan từ rong sụn Kappaphycus alvarezii; Nguyễn Thị Thu Thùy và cộng sự khảo sát rong Ninh Thuận với độ nhớt sản phẩm đạt 1110 cPs; Trần Thị Luyến chế tạo bột bán tinh chế; Lê Thị Thúy Hằng và cộng sự sử dụng enzym Viscozyme L xử lý rong sụn.

Về hệ phân phối thuốc từ polyme thiên nhiên: Các công trình của Bettini và cộng sự (hệ mang diltiazem và metoprolol trên λ-Car), Cascone và cộng sự (hệ collagen/PVA mang hormon tăng trưởng GH), Mahdavinia và cộng sự (2014, hydrogel composite κ-Car/PVA/oxit sắt từ mang diclofenac sodium), Bardajee và cộng sự (2013, nano-composite mang deferasirox), Buchholz và cộng sự (viên nén ι-Car mang vitamin B2), Piyakulawat và cộng sự (hạt hydrogel chitosan/Car kiểm soát giải phóng diclofenac sodium), Montalbano và cộng sự (hydrogel collagen/alginat/sợi CAF) và Ming-Mao Chen và cộng sự (2015, màng collagen/chitosan mang doxorubicin).

Khoảng trống luận án lựa chọn: Mặc dù các nghiên cứu trích ly collagen từ phụ phẩm cá biển và da cá nước ngọt đã có tiền lệ, song chưa có quy trình chuẩn hóa để thu nhận collagen tinh khiết từ hỗn hợp vảy cá nước ngọt thuộc họ Cyprinidae tại Việt Nam bằng phương pháp hóa học chi phí thấp. Đồng thời, việc kết hợp giữa carrageenan sulfat hóa và collagen vảy cá nhằm chế tạo hệ phân phối mang allopurinol (ở cả dạng màng và hạt nano) có khả năng kiểm soát giải phóng theo pH và giảm thiểu sự tích tụ acid uric trong cơ thể động vật vẫn chưa từng được thực hiện.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết của luận án dựa trên hóa học đại phân tử tự nhiên và dược động học giải phóng:

• Cấu trúc collagen dạng sợi (chủ yếu là loại I): được hợp thành từ ba chuỗi polypeptide xoắn tạo đơn vị tropocollagen có kích thước dài khoảng 300 nm, đường kính 1,5 nm, chứa các bộ ba lặp lại Gly-X-Y. Phân tử có tính lưỡng tính nhờ các nhóm -NH₂ và -COOH tự do.
• Cấu trúc carrageenan: polysaccharid cấu tạo từ các gốc D-galactose và 3,6-anhydro-D-galactose liên kết bằng liên kết α-(1,3) và β-(1,4) glycosid, mang các nhóm thế este-sulfat (-OSO₃⁻). Trong dung dịch, dưới tác động của ion K⁺, carrageenan chuyển từ trạng thái cuộn ngẫu nhiên sang cấu trúc xoắn kép tạo mạng lưới hydrogel bền vững.
• Tương tác tổ hợp: hình thành liên kết ion và liên kết hydro giữa các tâm tích điện trái dấu (-NH₃⁺ của collagen và -OSO₃⁻ của carrageenan), phối hợp cùng phân tử allopurinol xen kẽ trong mạng lưới polyme.
• Lý thuyết giải phóng thuốc: đánh giá qua 5 mô hình toán học: bậc không (Zero Order - ZO), bậc một (First Order - FO), Higuchi (HG), Hixson-Crowell (HC) và Korsmeyer-Peppas (KP) nhằm xác định cơ chế khuếch tán Fickian hay bất thường (non-Fickian).

Phương pháp thực nghiệm bao gồm:

1. Quy trình trích ly collagen từ vảy cá họ Cyprinidae gồm 4 bước:

• Bước 1: Thu gom, rửa sạch tạp chất, ngâm vảy cá trong nước sạch, phơi khô tự nhiên.
• Bước 2: Khử protein phi-collagen và chất béo bằng dung dịch NaOH (khảo sát nồng độ 0,1–0,7 M trong 2–10 giờ).
• Bước 3: Khử khoáng vô cơ (hydroxyapatite) bằng hỗn hợp acid (khảo sát nồng độ acid acetic kết hợp acid citric hoặc acid clohydric).
• Bước 4: Thu hồi collagen thô, hòa tan, kết tủa lại bằng muối NaCl, thẩm tích loại muối qua màng bán thấm trong 24–48 giờ và sấy đông khô.

2. Phương pháp chế tạo vật liệu tổ hợp mang allopurinol:

• Chế tạo màng tổ hợp (Car/C/ALP): Dùng phương pháp dung dịch (solution casting), hòa tan carrageenan và collagen theo các tỉ lệ xác định, phối trộn allopurinol, bổ sung chất tạo gel KCl 1%, đổ khuôn và làm khô ở nhiệt độ thích hợp.
• Chế tạo hạt nano tổ hợp (ACC): Dùng phương pháp gel hóa ion (ionic gelation), phân tán hỗn hợp collagen, allopurinol và carrageenan trong pha lỏng dưới sự hiện diện của KCl làm tác nhân liên kết mạng.

3. Phương pháp phân tích dụng cụ:

• Kính hiển vi điện tử quét (SEM) quan sát hình thái bề mặt và cấu trúc vi mô.
• Tán xạ ánh sáng động (DLS) xác định kích thước hạt và phân bố kích thước.
• Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) xác định các nhóm chức đặc trưng và liên kết liên phân tử.
• Nhiễu xạ tia X (XRD) đánh giá trạng thái kết tinh hoặc vô định hình của dược chất trong chất mang.
• Phân tích nhiệt quét vi sai (DSC) và nhiệt khối lượng (TGA/DTG) đánh giá độ ổn định nhiệt và nhiệt độ biến tính.
• Phổ UV-Vis và sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) định lượng nồng độ allopurinol.
• Điện di gel polyacrylamide SDS-PAGE xác định phân bố khối lượng phân tử các chuỗi α₁, α₂.
• Khối phổ nanoLC-MS/MS và phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) kiểm tra thành phần nguyên tố và độ tinh khiết.

4. Khảo sát giải phóng in vitro và thử nghiệm sinh học in vivo:

• Thử nghiệm giải phóng in vitro: tiến hành trong dung dịch đệm pH 2,0 (mô phỏng dạ dày) và pH 7,4 (mô phỏng ruột/máu), lấy mẫu định kỳ và đo quang học để tính toán phần trăm giải phóng tích lũy.
• Thử nghiệm in vivo trên chuột nhắt trắng: Thử nghiệm độc tính cấp (pha dò liều và pha thử chính thức theo dõi sau 72 giờ); Thử nghiệm độc tính bán trường diễn (cho chuột uống hạt nano ACC19-10 liên tục trong 14 và 28 ngày, theo dõi cân nặng, chỉ số huyết học, sinh hóa máu AST, ALT, creatinin, giải phẫu đại thể và vi thể gan, thận, lách); Thử nghiệm tác dụng hạ acid uric máu trên mô hình chuột bị tăng acid uric thực nghiệm do tiêm phúc mạc potassium oxalate (K₂C₂O₄).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 tổng thuật các kiến thức nền tảng về collagen (đơn vị tropocollagen, 28 dạng cấu trúc, cơ chế ổn định nhiệt bằng liên kết hydro qua nhóm -OH của hydroxyproline, các phương pháp trích ly từ phế phụ phẩm thủy sản thế giới và Việt Nam); tổng quan về carrageenan (cấu trúc hóa học của các phân nhóm κ-, ι-, λ-Car, quy trình chiết kiềm khử lưu huỳnh, cơ chế chuyển pha sol-gel qua liên kết phối trí với cation K⁺, Ca²⁺); tổng quan về các hệ polyme thiên nhiên mang dẫn thuốc (viên nén, hydrogel, hạt nano); và đặc trưng dược lý học của allopurinol trong việc ức chế chọn lọc enzym xanthine oxidase. Chương này làm rõ cơ sở lựa chọn hệ Car/C làm chất mang bảo vệ và giải phóng kéo dài dược chất.

Chương 2: Thực nghiệm

Chương 2 trình bày chi tiết danh mục hóa chất tinh khiết, nguồn nguyên liệu vảy cá nước ngọt thu gom tại Việt Nam (hỗn hợp cá chép, cá trôi, cá trắm, cá rô phi), quy trình thực nghiệm trích ly 4 bước và công thức phối trộn vật liệu.

Bảng thành phần các mẫu màng tổ hợp Car/C/ALP:

STT	Ký hiệu mẫu màng	Carrageenan (g)	Collagen (g)	Allopurinol (g)	KCl (g)
1	CC955-0	0,095	0,005	0	0,001
2	CCA991-5	0,099	0,001	0,005	0,001
3	CCA973-5	0,097	0,003	0,005	0,001
4	CCA955-5	0,095	0,005	0,005	0,001
5	CCA937-5	0,093	0,007	0,005	0,001
6	CCA9010-5	0,090	0,010	0,005	0,001
7	CCA955-3	0,095	0,005	0,003	0,001
8	CCA955-10	0,095	0,005	0,010	0,001
9	CCA955-15	0,095	0,005	0,015	0,001
10	CaA5	0,100	0	0,005	0,001
11	CoA5	0	0,100	0,005	0,001

Bảng thành phần các mẫu bột hạt tổ hợp Car/C/ALP:

STT	Ký hiệu mẫu bột hạt	Carrageenan (g)	Collagen (g)	Allopurinol (g)	KCl (g)
1	ACC19-5	0,010	0,090	0,005	0,001
2	ACC19-10	0,010	0,090	0,010	0,001
3	ACC19-15	0,010	0,090	0,015	0,001
4	ACC28-10	0,020	0,080	0,010	0,001
5	ACC55-10	0,050	0,050	0,010	0,001
6	ACC64-10	0,060	0,040	0,010	0,001

Quy trình chế tạo hệ màng thực hiện bằng cách phân tán polyme trong nước ở nhiệt độ thích hợp, phối trộn allopurinol, thêm chất tạo gel KCl 1%, loại bọt khí và đổ màng. Hệ hạt được điều chế qua phản ứng tạo phức polyelectrolyte kết hợp đông tụ ion. Chương này cũng thiết lập đường chuẩn phân tích allopurinol tại hai môi trường pH 2,0 và pH 7,4, quy trình phân tích in vitro và quy chuẩn thí nghiệm động vật học.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm đạt được:

1. Trích ly và tinh chế collagen:

• Khảo sát nồng độ dung dịch kiềm cho thấy xử lý vảy cá bằng NaOH 0,5 M trong 8 giờ loại bỏ tối đa tạp chất protein phi-collagen và sắc tố mà không làm thủy phân sâu mạch chuỗi peptide.
• Khử khoáng bằng hỗn hợp dung dịch acid tối ưu cho hiệu suất thu hồi collagen cao nhất. Kết quả thẩm tích loại muối trong 48 giờ giúp giảm hàm lượng ion vô cơ thể hiện rõ qua phổ EDX.
• Phổ FTIR của collagen tinh khiết xuất hiện các pic đặc trưng của amide A (khoảng 3300 cm⁻¹), amide B, amide I (1650 cm⁻¹), amide II (1540 cm⁻¹) và amide III (1240 cm⁻¹). Điện di SDS-PAGE khẳng định sản phẩm là collagen loại I gồm hai chuỗi riêng biệt α₁ và α₂ với khối lượng phân tử tương ứng nằm trong vùng 110–130 kDa. Phân tích thành phần amino acid cho thấy Glycine chiếm tỉ lệ cao nhất (xấp xỉ 30%), cùng hàm lượng đáng kể Proline và Hydroxyproline. Giản đồ DSC và phân tích nhiệt TGA/DTG cho thấy nhiệt độ biến tính nhiệt của collagen tinh khiết đạt ngưỡng tương đương collagen trích ly từ các loài cá nước ngọt nhiệt đới.

2. Màng tổ hợp carrageenan/collagen/allopurinol (CCA):

• Màng CCA có bề mặt đồng nhất dưới ảnh SEM, không thấy sự kết tụ dị thể ở tỉ lệ carrageenan/collagen thích hợp. Phổ XRD cho thấy các pic tinh thể sắc nhọn của allopurinol tự do biến mất trong màng CCA, chứng minh allopurinol đã chuyển sang trạng thái phân tán phân tử hoặc vô định hình trong nền polyme.
• Nghiên cứu giải phóng in vitro: Màng CCA có khả năng kiểm soát giải phóng thuốc theo pH. Tại pH 2,0, lượng allopurinol giải phóng chậm và thấp do carrageenan ít trương nở trong môi trường acid mạnh; tại pH 7,4, màng trương nở tốt hơn, thuốc giải phóng có kiểm soát trong nhiều giờ.
• Động học giải phóng: Số liệu thực nghiệm được xử lý qua các mô hình toán học cho thấy hệ số tương quan tuyến tính (R²) của mô hình Higuchi và Korsmeyer-Peppas đạt giá trị cao nhất (> 0,95), khẳng định cơ chế giải phóng thuốc tuân theo hiện tượng khuếch tán kết hợp với sự trương nở của chất mang polyme.

3. Hạt tổ hợp nano carrageenan/collagen/allopurinol (ACC):

• Phân tích DLS cho thấy các mẫu hạt nano ACC28-10, ACC55-10, ACC64-10 và chuỗi ACC19 có kích thước trung bình nằm trong dải nano, phân bố kích thước hạt hẹp. Ảnh SEM xác nhận hạt có dạng hình cầu, bề mặt phân tán tương đối đều.
• Phổ FTIR và phân tích nhiệt DSC khẳng định sự hình thành liên kết ion và liên kết hydro giữa Car và C, dược chất ALP được phân tán ổn định trong cấu trúc vỏ bọc hạt nano.
• Hiệu suất nạp allopurinol của hệ hạt nano đạt tỷ lệ cao. Khảo sát giải phóng in vitro tại pH 2,0 và pH 7,4 thể hiện rõ đặc tính giải phóng kéo dài so với dạng allopurinol tự do tan nhanh (allopurinol tự do giải phóng ồ ạt trong thời gian ngắn, trong khi hạt nano ACC duy trì nồng độ ổn định trong môi trường thử nghiệm).

4. Thử nghiệm sinh học in vivo:

• Độc tính cấp: Chuột uống mẫu hạt tổ hợp nano ACC19-10 ở cả pha dò liều và pha thử chính thức không ghi nhận chuột chết sau 72 giờ, không xuất hiện các triệu chứng ngộ độc cấp tính, hành vi và vận động của chuột bình thường.
• Độc tính bán trường diễn: Sau 14 và 28 ngày uống liên tục hạt nano ACC19-10, khối lượng cơ thể của các nhóm chuột tăng trưởng bình thường; các chỉ số huyết học (hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu, hemoglobin) không có biến đổi bệnh lý; các chỉ số sinh hóa đánh giá chức năng gan (AST, ALT) và chức năng thận (creatinin) nằm trong giới hạn sinh lý bình thường so với nhóm chứng. Khối lượng tuyệt đối và tương đối của các cơ quan đích (gan, thận, lách) không đổi; quan sát đại thể và tiêu bản mô học vi thể không thấy tổn thương hoại tử, thoái hóa tế bào hay thâm nhiễm viêm.
• Tác dụng hạ acid uric máu: Trên mô hình chuột bị gây tăng acid uric máu bằng potassium oxalate (K₂C₂O₄), nhóm chuột được điều trị bằng hạt nano tổ hợp ACC19-10 có nồng độ acid uric huyết thanh giảm rõ rệt so với nhóm chuột bệnh chứng, hiệu quả duy trì hạ acid uric ổn định và kéo dài hơn so với nhóm chỉ sử dụng allopurinol tự do ở cùng liều lượng.

Kết quả và những đóng góp mới

Các kết quả và đóng góp mới của luận án được tổng hợp theo các điểm sau:

• Về mặt khoa học: Đã xác lập được các thông số công nghệ thích hợp cho quy trình 4 bước để trích ly và tinh chế collagen loại I có độ tinh sạch cao từ hỗn hợp vảy cá nước ngọt họ Cyprinidae tại Việt Nam (xử lý NaOH 0,5 M trong 8 giờ, khử khoáng bằng hỗn hợp acid, thẩm tích 48 giờ). Sản phẩm giữ nguyên vẹn cấu trúc xoắn ba tropocollagen với các dải peptide đặc trưng α₁, α₂ trên điện di SDS-PAGE và đầy đủ thành phần amino acid.
• Về mặt công nghệ vật liệu: Đã chế tạo thành công vật liệu tổ hợp polyme thiên nhiên carrageenan/collagen mang allopurinol ở hai dạng cấu trúc màng (bằng phương pháp đúc màng dung dịch) và hạt kích thước nano (bằng phương pháp gel hóa ion phối hợp muối KCl 1%). Luận án chứng minh được sự tương tác liên phân tử giữa carrageenan, collagen và allopurinol, làm allopurinol chuyển từ trạng thái tinh thể sang dạng vô định hình phân tán đồng đều trong nền polyme.
• Về mặt giải phóng dược chất và ứng dụng y sinh: Hệ vật liệu tổ hợp có khả năng kiểm soát tốc độ giải phóng allopurinol theo pH môi trường (ức chế giải phóng ở pH 2,0 của dạ dày và giải phóng kéo dài tại pH 7,4 mô phỏng ruột), tuân theo mô hình động học Higuchi và Korsmeyer-Peppas. Hệ hạt nano ACC19-10 an toàn sinh học qua thử nghiệm độc tính cấp và bán trường diễn (28 ngày), đồng thời thể hiện khả năng hạ acid uric máu hiệu quả và bền vững trên động vật thực nghiệm so với dược chất allopurinol tự do.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án:

• Nghiên cứu chỉ tập trung khảo sát trên hỗn hợp vảy cá của các loài cá nước ngọt phổ biến họ Cyprinidae (cá chép, cá trôi, cá trắm cỏ) và cá rô phi thu gom hỗn tạp, chưa đi sâu phân lập và so sánh sự khác biệt chi tiết về mặt hóa lý giữa từng loài cá riêng biệt.
• Các khảo sát giải phóng in vitro chỉ mới thực hiện ở hai môi trường đệm chuẩn (pH 2,0 và pH 7,4) mà chưa mô phỏng liên tục toàn bộ quá trình vận chuyển qua đường tiêu hóa có bổ sung hệ enzym sinh học (như pepsin, pancreatin).
• Thử nghiệm in vivo mới dừng lại ở mô hình chuột nhắt trắng trong thời gian bán trường diễn 28 ngày với nồng độ dược chất cố định.

Hướng nghiên cứu tiếp:

• Chuẩn hóa quy trình công nghệ trích ly collagen quy mô lớn hơn từ các nguồn phế phụ phẩm thủy sản chuyên biệt.
• Mở rộng thử nghiệm dược động học in vivo (xác định nồng độ thuốc tự do và chất chuyển hóa oxypurinol trong huyết tương theo thời gian).
• Tối ưu hóa dạng bào chế hạt nano thành dạng viên uống quy chuẩn phục vụ thử nghiệm tiền lâm sàng trên các động vật lớn hơn.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao cho các nhóm đối tượng:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Hóa Hữu cơ, Hóa lý Polyme, Công nghệ Vật liệu sinh học và Khoa học Dược phẩm: Cung cấp quy trình thực nghiệm chi tiết về trích ly protein cấu trúc từ nguồn phế phẩm sinh học, kỹ thuật phân tích đại phân tử (FTIR, XRD, DSC, TGA, SDS-PAGE, DLS) và phương pháp toán học mô hình hóa động học giải phóng thuốc.
• Các nhà nghiên cứu và kỹ sư công nghệ chế biến thủy sản: Cung cấp cơ sở khoa học để xử lý và nâng cao giá trị gia tăng của phế phụ phẩm vảy cá nước ngọt, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
• Các nhà nghiên cứu dược lý và bào chế thuốc: Tham khảo dữ liệu an toàn sinh học in vivo (huyết học, sinh hóa chức năng gan thận, tiêu bản giải phẫu bệnh) và phương pháp đánh giá hoạt tính ức chế acid uric trên động vật thực nghiệm.

Câu hỏi thường gặp

1. Collagen trích ly từ vảy cá họ Cyprinidae trong luận án thuộc loại nào và có khối lượng phân tử bao nhiêu?
Kết quả phân tích điện di SDS-PAGE và phổ FTIR khẳng định collagen trích ly được là collagen loại I, gồm hai chuỗi polypeptide riêng biệt là α₁ và α₂ với khối lượng phân tử tương ứng nằm trong khoảng 110–130 kDa.

2. Tại sao luận án sử dụng muối KCl trong quá trình chế tạo màng và hạt tổ hợp?
Muối KCl (ở nồng độ 1%) đóng vai trò là tác nhân tạo gel hóa ion. Cation K⁺ có kích thước phù hợp để xen vào cấu trúc chuỗi xoắn kép của κ-carrageenan, trung hòa và liên kết phối trí với các nhóm este-sulfat (-OSO₃⁻), giúp khóa mạng lưới polyme và tạo cấu trúc hydrogel dạng màng hoặc hạt nano bền vững.

3. Cơ chế giải phóng allopurinol từ màng và hạt tổ hợp CCA/ACC tuân theo mô hình động học nào?
Dữ liệu giải phóng in vitro tại pH 2,0 và pH 7,4 khi xử lý toán học cho hệ số xác định R² cao nhất ở hai mô hình Higuchi và Korsmeyer-Peppas (R² > 0,95), chứng minh dược chất được giải phóng chủ yếu qua cơ chế khuếch tán kết hợp với sự trương nở có kiểm soát của khung mạng polyme carrageenan/collagen.

4. Dược chất allopurinol tồn tại ở trạng thái nào bên trong màng tổ hợp CCA?
Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) cho thấy các pic nhiễu xạ đặc trưng sắc nhọn của allopurinol dạng tinh thể ban đầu hoàn toàn biến mất trong giản đồ của màng tổ hợp CCA955-5, chứng tỏ dược chất đã chuyển sang trạng thái vô định hình hoặc phân tán ở cấp độ phân tử bên trong nền polyme.

5. Kết quả thử nghiệm an toàn sinh học in vivo của hạt nano ACC19-10 trên chuột cho thấy điều gì?
Thử nghiệm độc tính cấp sau 72 giờ không ghi nhận trường hợp tử vong hay dấu hiệu ngộ độc. Thử nghiệm độc tính bán trường diễn qua 14 và 28 ngày cho thấy chuột tăng trọng bình thường; các chỉ số huyết học, enzyme gan (AST, ALT) và chức năng thận (creatinin) duy trì trong ngưỡng sinh lý; cấu trúc mô học gan, thận, lách không bị tổn thương hay biến đổi bệnh lý.

Kết luận

Luận án của nghiên cứu sinh Vũ Quốc Mạnh đã hoàn thành toàn diện các mục tiêu đề ra về mặt hóa học, vật liệu và thử nghiệm sinh học. Đề tài đã xây dựng thành công quy trình trích ly collagen loại I tinh khiết từ hỗn hợp vảy cá nước ngọt họ Cyprinidae và ứng dụng phối hợp với carrageenan để tạo hệ tổ hợp dạng màng và hạt nano mang allopurinol. Hệ vật liệu tạo thành có khả năng phân tán vô định hình dược chất, giải phóng có kiểm soát theo pH môi trường và thể hiện độ an toàn sinh học cao cùng hiệu quả hạ acid uric máu bền vững trên mô hình động vật thí nghiệm. Các kết quả này đóng góp cơ sở dữ liệu quan trọng cho hướng nghiên cứu tận dụng phế phụ phẩm thủy sản phục vụ chế tạo vật liệu y dược tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. Tổng quan về collagen 1. Cấu tạo và cấu trúc phân tử collagen Đơn vị cấu trúc cơ bản của collagen là tropocollagen có chiều dài khoảng 300 nm, đường kính khoảng 1,5 nm, gồm ba chuỗi polypeptide xoắn lại với nhau (Hình 1. Các chuỗi trong collagen được ổn định bởi liên kết hydro giữa các nhóm –CO– và –NH– kế liền nhau trên mạch polypeptide [12].

Cấu trúc của collagen Mỗi chuỗi polypeptide chứa khoảng 1050 amino acid, trong đó chủ yếu là glycine (khoảng 33%), proline (25%) và hydroxyproline. Trong mỗi chuỗi polypeptide của collagen, các amino acid có sự lặp lại của bộ ba amino acid Gly-X- Y, (X thường là prolin, Y thường là hydroxyprolin hoặc hydroxylysin). Với những collagen không có cấu trúc sợi, sự lặp lại của bộ ba Gly-X-Y có thể bị gián đoạn ở những vị trí xác định trong những đoạn xoắn ba [13]. Hàm lượng các amino acid trong collagen có nguồn gốc từ cá thấp hơn collagen có nguồn gốc từ động vật.

Amino acid trong collagen của cá ở môi trường ấm cao hơn môi trường lạnh. Các amino acid này giúp ổn định cấu trúc xoắn của collagen bởi nhóm hydroxyl của hydroxyprolin do hình thành liên kết hydro với nhóm carbonyl của chuỗi peptid kế bên và một phân tử nước làm cầu nối trung gian (Hình 1. án tiến sĩ Hóa học 5 Hình 1. Sự tham gia của hydroxyproline vào liên kết hydro giữa các chuỗi polypeptide Persikov đã nghiên cứu sự ổn định của phân tử collagen dựa trên trình tự Gly-X-Hyp và Gly-Pro-Y, từ đó xác định được các amino acid trên các vị trí X và Y, ở vị trí của X thường gặp các amino acid: Pro, Glu, Ala, Lys, Arg, Gln, và Asp; ở vị trí Y thường gặp các amino acid là: Hyp, Arg, Met, Ile, Gln, và Ala; các amino acid thơm và Gly ít ổn định ở cả hai vị trí X và Y [14].

Độ ổn định nhiệt của collagen được tăng lên nhờ hydroxyprolin. Sakikabara đã nghiên cứu (1973) chỉ ra sự ổn định của mạch polypeptide (Pro-Hyp-Gly)10 (Tm = 58oC) cao hơn so với mạch polypeptide (Pro-Pro-Gly)10 (Tm = 24oC) [15]. Sự bền nhiệt này là do nhóm hydroxyl của Hyp hướng ra phía bề mặt ngoài cấu trúc xoắn ốc, không tham gia vào liên kết hydro bên trong cấu trúc nên nhóm này sẽ tham gia hình thành liên kết hydro nhờ cầu nối trung gian là phân tử nước [15]. Lúc này, nhóm hydroxyl đóng vai trò liên kết với phân tử H2O nội và ngoại phân tử thành những cầu nước liên tục nhau [16].

Do đó, sự lặp lại của bộ ba amino acid Gly-X-Y trong mỗi chuỗi polypeptide cho phép hình thành cấu trúc xoắn ba với amino acid glycine cuộn vào bên trong lõi xoắn ốc còn các amino acid X và Y lộ ra phía bề mặt ngoài (Hình 1. Cấu trúc xoắn ba của collagen án tiến sĩ Hóa học 6 Trong thành phần cấu tạo của collagen, số lượng các amino acid có tính acid gần bằng số lượng các amino acid có tính base. Vì vậy, collagen vẫn giữ được trạng thái cân bằng về điện trong những điều kiện sinh lý khác nhau [17]. Các phương pháp thường được dùng để tách các phân tử collagen từ các bó sợi là dùng các enzyme (như pepsin) để phân cắt các chuỗi polypeptide ra khỏi phân tử collagen (loại bỏ được các liên kết ngang ngoại phân tử), do đó dễ dàng thu hồi collagen [17].

Trong động vật, các phân tử collagen sẽ kết tụ với nhau tạo thành vi sợi (microfibril). Các vi sợi là đơn vị cấu trúc để hình thành các sợi, bó sợi lớn hơn và các mạng lưới có trong mô, xương và các màng cơ bản (Hình 1. Một số dạng sinh học của chuỗi xoắn 3 collagen 1. Phân loại collagen Trong cơ thể người, tồn tại 28 loại collagen được được liệt kê trong Bảng 1.