CHƯƠNG 1: TỎNG QUAN TÀI LIỆU 1. Dac diém ciia vi khudn Acetobacter xylinum * Phan loai Bacterial Cellulose được tạo ra bởi một số vi khuẩn thuộc các chi như: Acetobacter, Rhizobium, Gluconacetobacter, Agrobacterium, Azotobacter, Achromobacter, Salmonella va Sarcina. Trong số các loài trên thì vi khuẩn Acetobacter xylinum san xuat cellulose đạt hiệu quả nhất [4], [5], [6], [18], [33]. xylinum thuéc chi Acetobacter, ho Pseudomonadaceae [4], [5].
Các thành viên thuộc chi Acetobacter trudc day co kha nang tao BC déu dugc chuyén sang chi méi Gluconacetobacter [6]. * Hinh thai Acetobacter xylinum 1a vi khuan Gram âm, không sinh bào tử, có đạng hình que, thăng hay hơi cong, có thể di động hoặc không di động [4]. Đặc điểm nhuộm Gram cua vi khudn Acetobacter xylinum có thê thay đôi trong những trường hợp đặc biệt do thay đôi các điều kiện của môi trường nuôi cấy hay đo tế bào già đi [4], [11]. * Đặc điểm nuôi cấy Acetobacter xylinum 1a vi khuẩn hiểu khí bắt buộc, được lên men hiệu quả ở độ pH 3-7, nhiệt độ từ 25-30°C, sử dụng saccarit làm nguồn cacbon [26].
Acetobacter xylimum có khả năng chịu được điều kiện pH thấp, vì thé khi nuôi cấy thường bổ sung thêm vào môi trường acid acetic để hạn chế các loại vi khuẩn lạ [5], [11], [20], [27]. * Đặc điễm sinh hóa Có khả năng oxy hóa ethanol thành acid acetic, phản ứng catalaza có hiện tượng sủi bọt khí, sinh khối không phát triển trong môi trường Hoyer, có khả năng chuyên hóa glucozo thành acid acetic, chuyên hóa glycerol thành dihydroaceton, không sinh sắc tố nâu, có khả năng tổng hợp cellulose [5], [11]. Đặc điểm về cấu trúc và đặc tính của vật liệu BC Bacterial Cellulose đã được báo cáo lần đầu tiên bởi Brown (1886) khi làm việc với vi khuẩn aceti năm 1886. Khối lượng rắn xuất hiện ở bề mặt của môi trường lên men.
Thanh phần sau này đã được khoa học xác định là cellulose va do vi sinh vật tên là 8acferiưm xylinum chịu trách nhiệm tổng hợp. Kể từ khi phát hiện ra nó có một số tên gọi khác và sau này được đặt tên la Acetobacter xylinum (Bergey 1925) và trở thành tên gọi chính thức theo Bộ luật danh pháp quốc tế vi khuân [25]. Việc xác định chính xác thành phần hóa học và đặc điểm cấu trúc của BC được thực hiện bởi Hibbert và Barsha (1931). Họ kết luận rằng BC giống hệt với cellulose thực vật.
Tuy nhiên không giống như cellulose thực vật, BC không yêu cầu thêm chế biến dé loại đi các tạp chất không mong muốn như lignin, pectin va hemicellulose do đó có thé g1ữ lại một mức độ trùng hợp cao hơn [25]. BC có các đặc điểm cấu trúc phân tử độc đáo như các sợi nhỏ, hình thành microfibrils, không chứa lignin và hemicellulose [27]. Acetobacter xylinum có khả năng sản sinh ra một số lượng lớn cellulose chất lượng cao được tổ chức dưới đạng dải xoắn của các gói microfibrillar. Các microfibrils từ mỗi trang tổng hợp lắp ráp đến tạo thành một đải lớn cellulose trong môi trường tăng trưởng.
Trong quá trình tổng hợp BC, các hợp chất cacbon khác nhau của môi trường được sử dụng bởi vi khuẩn, sau đó được polymer hóa thành các chuỗi B-1,4-glucan đơn tuyến tính và cuối cùng tiết ra bên ngoài các tế bào thông qua một hàng tuyến tính nằm trên màng ngoài của chúng. Tiếp theo lắp ráp các chuỗi B-1,4-glucan bên ngoài tế bào là một quy trình phân cấp chính xác. Ban đầu chúng tạo thành các subfibrils (bao gồm 10-15 chuỗi -1,4-glucan), sau d6 1a microfibrils và cuối cùng là các gói microfibrils (gồm khoảng 1000 chuỗi B-1,4-gluean) [19], [27]. BC có những tính chất độc đáo và vượt trội như độ bền kéo lớn, bản chất tinh thể cao hơn, minh bạch, khả năng giỡ nước cao hơn, mạng lưới sợi siêu mịn và mức độ trùng hợp cao hơn [24].
Các tính chất đặc biệt của BC chủ yếu là do cấu trúc microfibrils của nó. Những microfibrils này được sắp xếp theo cấu trúc hình dạng 3-D bao gồm các mạng lưới siêu mịn các sợi nano cellulose (3-8 nm). Câu trúc 3-D không tìm thấy trong cellulose thực vật, dẫn đến độ kết tỉnh cao (60-80%) và sức mạnh cơ học khổng lồ. Đặc biệt là kích thước của BC các sợi nhỏ hơn khoảng 100 lần so với cellulose thực vật.
Câu trúc nano độc đáo này trong một diện tích bề mặt lớn có thê chứa một lượng lớn nước (lên đến 200 lần khối lượng khô của nó) và ở cùng một thời gian hiển thị độ đàn hồi tuyệt vời, độ âm ướt cao và sự phù hợp. Kích thước nhỏ của các sợi BC có vẻ là yếu tố then chốt quyết định hiệu suất vượt trội của nó như một hệ thống chữa lành vết thương. Hơn nữa, cellulose vi khuẩn có độ xốp cao, vật liệu cho phép chuyển tiềm năng thuốc khang sinh hoặc các loại thuốc khác vào vết thương, đồng thời phục vụ như một rào cản vật lý hiệu quả chống lại bất kì nhiễm trùng bên ngoài. Cellulose vi khuẩn có thể tạo ra được hình dạng mong muốn tủy thuộc vào kĩ thuật lên men và điều kiện sử dụng.
Ở điều kiện nhiệt độ cao cho phép loại bỏ các tế bảo nhúng vào trong mạng cellulose, và có thê đạt được một vật liệu sinh học không độc hại và hoàn toàn sinh học [19], [24], [27]. Đặc tính của BC tổng hợp thay đổi tùy theo quy trình nuôi cấy, gồm có phương pháp nuôi cấy trong điều kiện nh và nuôi cấy trong điều kiện động [11]. Việc lựa chọn phương pháp nuôi cấy nào phụ thuộc vào ứng dụng cuối cùng của BC là vật lý, hình thái và cơ học. Ví dụ, thu được cellulose thông qua phương pháp nuôi cấy động có độ bền cơ học thấp hơn so với cellulose được tạo ra trong nuôi cấy tĩnh.
Hơn nữa, phương pháp nuôi cấy động tạo ra lượng BC ít hơn so với nuôi cấy tĩnh và có thể ảnh hưởng đến việc sản xuất BC [27]. Ứng dụng của vật liệu BC trong y học * Trên thế giới Vật liệu BC với những tính chất độc đáo và vượt trội của nó đã trở thành một vật liệu sinh học đầy thú vị cho các ứng dụng y sinh và dược phẩm. BC đã được dùng làm vật liệu dé giao thuốc cho vết thương với các đặc tính rào can vat lý hiệu quả của nó chống lại các nhiễm trùng bên ngoài [19]. Liều dùng thường xuyên, dao động nồng độ thuốc trong huyết tương và bệnh nhân không tuân thủ liều lượng thuốc liên quan với thời gian bán hủy ngắn hơn, làm tác dụng của thuốc, đòi hỏi phải có những loại thuốc được xây dựng thành các dạng bào chế có kiểm soát.
Thuốc có chu kì bán rã ngắn hơn phải được quản lý một cách có kiểm soát, bao gồm một số lợi thế của dạng bảo chế, chẳng hạn như giảm tần số liều, độ ổn định tương đối của thuốc nồng độ và hiệu quả điều trị. Vì vậy một số nghiên cứu đã thực hiện một số nỗ lực để kiểm soát việc phát hành thuốc dựa trên BC làm hệ thống [32], [33]. và Cs (2012) [16], mục đích là nghiên cứu tính chất phủ màng và phát hành thuốc của vật liệu sinh học BC. Viên nén paracetamol mô hình được phủ bằng BC, sử dụng kĩ thuật phun sơn và nghiên cứu phát hành thuốc trong ống nghiệm của những viên thuốc này.
Kết quả thấy rằng BC đã hình thành chất lượng cao, phim mềm có thể gập lại, linh hoạt và đồng đều mà không cần thêm bất kì chất làm dẻo nào. Họ có thê so sánh với Aquacoat BCD (với đẻo) trong độ bền cơ học, phan trăm độ dãn dai và mô đun đàn hồi. Nhiệt lượng quét vi sai (DSC) BC cho thấy giá trị T, cao cho thấy sự ổn định nhiệt của màng. Như vậy BC có thể dùng như một chất phủ màng, phủ nước mới với chỉ phí thấp hơn và tính chất tạo màng tốt hơn so với các chất phủ màng khác.
và Cs (2013) [21], nghiên cứu đã sử dụng hệ mạng lưới 3D-nano-cellulose của vật liệu BC làm chất mang cho berberin hydrochloride va berberine sulphate để sản xuất một hệ thống phát hành có kiểm soát mới. Nghiên cứu phát hành và thử nghiệm qua da thu hién in vitro. Vat ligu BC đóng băng khô 10 mm đã được tối ưu hóa đê phân phối thuốc. Các tỉ lệ phát hành thấp nhất là trong dạ dày mô phỏng (SGF) hoặc trong dung dịch H;SO¿, cao nhất trong mô phỏng chất lỏng ruột (SIF) và tỉ lệ trung gian được tìm thay trong điều kiện kiềm.
Kết quả sử dụng vật liệu BC giúp kéo dài đáng kê thời gian phát hành thuốc. và Cs (2014) [15], báo cáo cho thấy rõ ràng rằng BC là thành phần chính và duy nhất của một số sản phẩm được phê duyệt để thay băng vết thương, được xem như một tá dược dược phẩm phân phối thuốc hệ thống. Bài đánh giá này thực hiện các ứng dụng có thể và sửa đổi hóa học của BC cho việc phân phối thuốc diễn ra cho đến gần đây. Đây cũng là một nỗ lực để xem xét khi sử dụng BC làm một hệ thống vận chuyên và giao thuốc mới.
và Cs (2016) [32] đã đánh giá, khám phá những ứng dụng đa dạng của BC trong thực phẩm, mỹ phẩm và giao thuốc. Sử dụng BC để giao thuốc có kiểm soát, giao thuốc qua da, cung cấp thuốc nha khoa, phân phối protein, mô kĩ thuật giao thuốc. Trên cơ sở các nghiên cứu hiện tại, việc giao thuốc dựa trên BC có thể được tinh chỉnh thêm để có được sự kiểm soát tinh vi hơn đối với việc phát hành thuốc kích thích đáp ứng. Trong nghiên cứu gần đây của Badshah M.
và Cs (2017) [1§] đã sử dụng vật liệu BC (đường kính 12 mm) làm hệ vật liệu để phát hành thuốc trong ống nghiệm, sử dụng famotidin và tizanidine là thuốc mô hình. Trong nghiên cứu này các vật liệu BC đã được chuẩn bị và đánh giá cho tải thuốc ở những điều kiện khác nhau (ví dụ không bao giờ sấy khô, sấy khô một phần, đông khô), nồng độ thuốc, thời gian tái và thành phần dung môi. Các nghiên cứu giải thê izviro cho thấy hơn 80% phát hành thuốc trong 15 phút ban đầu cho tất các các công thức, phù hợp với tiêu chí phát hành ngay lập tức. Kết quả BC có thể được ứng dụng cho việc nạp thuốc qua đường uống.
Nghiên cứu của Ullah H. và Cs (2017) [33] đã nghiên cứu và đánh giá cellulose vi khuẩn (BC) làm vỏ viên nang cho việc phát hành thuốc. Nghiên cứu hiện tại cho thay BC là một triển vọng đầy hứa hẹn vật liệu sinh học để đóng gói thuốc đưới dạng vỏ nang như một thay thể cho viên nang gelatin.