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

• 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

• 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

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.