MỞ ĐẦU Trà hoa vàng (Camellia chrysantha) là một loài thực vật hạt kín trong họ Theaceae. Cây được tìm thấy ở Việt Nam (Tam Đảo, Quảng Ninh, Lâm Đồng, Tuyên Quang, Yên Bái, Cúc Phương) và Trung Quốc. Trong trà hoa vàng có hơn 400 thành phần hoá học, không có độc và tác dụng phụ, trong đó phải kể tới hàm lượng chính là các hợp chất phenolic, amino acid, folic acid, protein, vitamin B1, B2, C, E, acid béo… cùng rất nhiều các thành phần dinh dưỡng tự nhiên. Ngoài ra, trong trà hoa vàng còn có vài chục loại amino acid và rất nhiều các nguyên tố vi lượng Ge, Se, Mo, Zn, V… có tác dụng bảo vệ sức khoẻ, nâng cao sức đề kháng, ngăn ngừa bệnh tật.
Gần đây, áp dụng các phương pháp nghiên cứu hiện đại, các nhà khoa học đã tìm thấy tác dụng sinh học của dịch chiết từ lá và hoa trà hoa vàng chủ yếu là nhờ các polyphenol. Các nghiên cứu chỉ ra rằng hợp chất polyphenol trà có đặc tính chống oxy hóa, kháng viêm và hỗ trợ chống ung thư, chống lại sự phá hủy nội tạng. Chitosan (CS) và dẫn xuất đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong y sinh và hóa dược, CS được sử dụng làm màng chữa vết thương, chất giúp tái tạo mô xương, thuốc chữa bệnh.
Vật liệu nano trên cơ sở CS cũng được nghiên cứu ứng dụng trong y sinh do có tính ổn định tương đối cao mà vẫn duy trì được một số tính chất của chitosan ban đầu. Do có kích thước nhỏ, cấu trúc xốp nên CS có khả năng hấp phụ cao, nano - CS được sử dụng làm chất hấp phụ các chất khác nhau, đặc biệt là các loại thuốc dùng trong y học. Vai trò thông thường của alginate trong dược phẩm là chất làm đặc, tạo gel, chất ổn định và trong các sản phẩm thuốc có kiểm soát quá trình giải phóng. Các dạng thuốc uống có sử dụng alginate rất phổ biến trong các ứng dụng liên quan đến dược phẩm.
Cả CS và AG đều là các polymer tự nhiên, không độc hại, có khả năng phân hủy sinh học, tương thích sinh học cao và nhạy pH. Chúng được kết hợp sử dụng rộng rãi trong việc hình thành các vi hạt thông qua lực hút tĩnh điện giữa các nhóm chức amino và acid trong cấu tạo của CS và AG. Lựa chọn bào chế thuốc dưới dạng nano tiểu phân để kiểm soát giải phóng 2 dược chất là một hướng nghiên cứu đầy tiềm năng của ngành hóa dược. Dựa trên các ưu điểm như: kiểm soát giải phóng dược chất ổn định hơn, giảm thiểu các nguy cơ quá liều, thuận lợi để bào chế các dạng thuốc khác nhau.
Nhược điểm của các polyphenol trong trà là kém bền với nhiệt độ và ánh sáng. Chính vì vậy, một trong những hướng nghiên cứu mới là tổ hợp các polymer thiên nhiên mang dược chất và kiểm soát giải phóng tốt các dược chất với polyphenol trà hoa vàng nhằm ứng dụng trong hỗ trợ điều trị các bệnh khác nhau và chống oxi hóa, ung thư. Trong số các poymer nguồn gốc thiên nhiên được sử dụng làm chất mang polyphenol trà hoa vàng, nổi bật nhất là AG và CS nhờ các đặc tính tốt của chúng: các liên kết hydro và tương tác lưỡng cực giữa AG - CS góp phần kiểm soát tốc độ giải phóng thuốc cũng như phát huy hoạt tính sinh học vốn có của AG và CS. Các công trình đã công bố cho thấy vấn đề nghiên cứu, chế tạo vật liệu tổ hợp AG/CS chứa các hợp chất quý như các polyphenol trong trà hoa vàng định hướng hỗ trợ điều trị một số bệnh như phòng chống ung thư, ức chế sinh trưởng của các tế bào ung thư, chống oxi hóa và nghiên cứu quá trình giải phóng thuốc mới chỉ bắt đầu.
Vì vậy, nghiên cứu sinh lựa chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo và đặc trưng vật liệu tổ hợp chitosan/alginate chứa các polyphenol trong trà hoa vàng (Camellia chrysantha)”. Mục tiêu của đề tài luận án: 1. Chế tạo thành công tổ hợp AG/CS chứa cao trà hoa vàng bằng phương pháp dung dịch và vi nhũ tương. Đánh giá được các đặc trưng, tính chất và hình thái cấu trúc của tổ hợp AG/CS chứa cao trà hoa vàng.
Xây dựng được mô hình/phương trình động học giải phóng thuốc thích hợp, từ đó thăm dò khả năng ức chế tế bào, chống oxi hóa, ung thư của tổ hợp AG/CS chứa cao trà hoa vàng. Các nội dung nghiên cứu chính của đề tài luận án: 1. Chế tạo tổ hợp AG/CS/ chứa cao trà hoa vàng bằng phương pháp dung dịch và vi nhũ tương. Nghiên cứu các đặc trưng tính chất của tổ hợp AG/CS mang cao trà hoa vàng.
Nghiên cứu sự giải phóng thuốc từ tổ hợp AG/CS chứa cao trà hoa vàng. Nghiên cứu thăm dò khả năng ức chế tế bào, chống oxi hóa của tổ hợp polymer thiên nhiên AG/CS chứa cao trà hoa vàng. Giới thiệu về chitosan Chitosan (CS) là dẫn xuất deacetyl hoá của chitin, là polysaccharide tự nhiên phong phú [1, 2]. CS được tìm thấy trong thành phần của vỏ giáp xác, côn trùng, động vật thân mềm và màng tế bào của một số loại nấm… [3, 4].
Sản lượng phế thải được tách ra từ các loại côn trùng và động vật này hàng năm được ước tính 109 - 1010 tấn/năm [2]. Một trong những đặc tính quan trọng nhất của CS là khả năng kháng khuẩn. Nhóm amine có thêm proton trong CS có khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn [5]. CS có nhiều đặc tính độc đáo như không độc hại, tương hợp sinh học và phân hủy sinh học [6].
CS nhận được nhiều sự quan tâm vì các hoạt tính sinh học của chúng như tính kháng khuẩn, chống ung thư và tăng sức đề kháng [7, 8]. CS được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như: công nghệ sinh học, dược phẩm, xử lý nước thải, mỹ phẩm. Cấu tạo của chitosan Chitin là một polysaccharide gồm các đơn vị N-acetyl-D-glucosamine liên kết với nhau bằng liên kết β-1,4-glucoside (Hình 1. Chitin được phân loại như một dẫn xuất celluloso [5].
Một đoạn cấu trúc hóa học của chitin [5] CS là một polysaccharide mạch thẳng được cấu tạo từ các D-glucosamine (đơn vị đã deacetyl hóa) và N-acetyl-D-glucosamine (đơn vị chứa nhóm acetyl) liên kết tại vị trí β-(1-4) (Hình 1. Cấu trúc hóa học của chitosan [5] 1. Các đặc trưng, tính chất của chitosan Tính chất vật lí CS là chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy hoặc dạng bột, màu trắng hay vàng nhạt, không mùi vị, độ nhớt tương đối cao phụ thuộc vào quá trình chế tạo [9 -11]. CS có khối lượng phân tử khác nhau ứng với các nguồn chitin khác nhau.
Sản phẩm CS có khối lượng phân tử từ 100,000 Da đến 1,200,000 Da phụ thuộc vào quá trình xử lý. CS thường được phân loại dựa vào khối lượng phân tử [12, 13]. Mức độ deacetyl hoá Độ deacetyl hóa được sử dụng để phân biệt chitin và chitosan. Khi độ deacetyl hóa của chitin lớn hơn hoặc bằng 50% (phụ thuộc vào nguồn gốc của polymer), nó trở nên tan trong môi trường acid và được gọi là chitosan [14, 15].
Mức độ deacetyl hoá của CS được xác định theo một số các phương pháp: phổ FT-IR, phổ UV-Vis, phổ 1H-NMR, phổ 13C-NMR trạng thái rắn, sắc ký thẩm thấu gel, các phương pháp chuẩn độ, hấp phụ màu thuốc nhuộm, phân tích thành phần. Khối lượng phân tử trung bình Khối lượng phân tử trung bình (KLPTTB) của CS phụ thuộc vào nguồn gốc và các thông số của quá trình deacetyl hóa như: nhiệt độ, thời gian và nồng độ NaOH. CS có thể thu được từ quá trình deacetyl hóa chitin phần lớn có KLPTTB nằm trong khoảng 200 - 500 kDa, thậm chí có thể có khối lượng phân tử lớn tới 1000 kDa. Sau đó, để thuận lợi trong quá trình sử dụng, CS cần được làm giảm KLPTTB bằng các phương pháp hóa học hoặc enzyme xuống tới KLPT thấp hơn [14, 15].
Như các loại polymer hữu cơ khác, KLPTTB của CS được xác định theo các phương pháp sau: sắc ký thẩm thấu, tán xạ ánh sáng và đo độ nhớt [16]. Tính chất hóa học CS là dẫn xuất amine polysaccharide mạch thẳng với hàm lượng nitrogen 5 cao, với cấu trúc là bộ khung D-glucosamine. Cấu trúc CS bao gồm các nhóm chức –NH2, –OH dễ dàng tạo liên kết hydro giữa các phân tử và hình thành muối trong các phản ứng hóa học với các acid hữu cơ và vô cơ [17]. CS hòa tan nhiều trong dung dịch acid loãng (pH < 6,0) [18, 19].
Ở pH thấp, CS được proton hóa thành chất mang điện tích dương nên tăng khả năng hòa tan trong nước. Khi pH ≥ 6, các nhóm amine của CS bị đề proton hóa khiến phân tử CS trở nên không tan. Quá trình chuyển hóa giữa hòa tan - không hòa tan xảy ra xung quanh độ pH từ 6 đến 6,5. CS và một số dẫn xuất của CS có chứa các nhóm chức trong đó các nguyên tử oxygen và nitrogen của nhóm chức còn cặp electron chưa sử dụng.
Vì vậy, chúng có khả năng tạo phức phối trí với hầu hết các kim loại nặng và các kim loại chuyển tiếp như: Hg22+, Cd2+, Zn2+, Cu2+, Ni2+, Co2+. Tùy nhóm chức trên mạch polymer mà thành phần và cấu trúc của phức sẽ khác nhau. Hơn nữa, CS tạo phức với các kim loại như Ag+, Cu2+, Ni2+… sẽ sẽ hình thành các liên kết ngang trong mạch phân tử CS làm tăng cường hoạt tính kháng khuẩn [20]. Dược lý/hoạt tính sinh học CS có khả năng kích thích làm tăng cường hệ thống miễn dịch cơ thể, hạn chế sự phát triển của các tế bào u bướu, ung thư, HIV/AIDS, chống tia tử ngoại, chống ngứa dị ứng… [21, 22].
Ngoài ra, CS có thể hấp thụ các chất có hại trong đường ruột, phòng chống bệnh tiểu đường, hạ huyết áp, phòng bệnh xơ cứng động mạch, đào thải độc tố và hấp thụ kim loại nặng, cải thiện cơ năng tiêu hóa [23 - 25]. CS có khả năng thúc đẩy làm lành da, phục hồi vết thương, cầm máu, thấm máu ở vị trí bị xuất huyết [26]. CS có hoạt tính kháng khuẩn cao, an toàn với cơ thể người. Hoạt tính kháng khuẩn của CS phụ thuộc vào nồng độ và KLPT.
CS có tính thấm khí, kháng khuẩn và chống nấm mốc tốt. Bản chất là một polymer thiên nhiên nên CS bị phân hủy bởi các enzyme như lysozyme, chitosanate… tạo thành các oligome và tiếp tục phân hủy thành N-glucosamine, một hợp chất nội sinh có trong cơ thể người. Tuy nhiên, một trong những nhược điểm của CS là không hòa tan trong môi trường trung tính bởi vì CS có cấu trúc tinh thể phức tạp, cũng như sự hiện diện của nhóm amine và bị chi phối bởi độ deacetyl hóa dẫn tới làm giảm tính ứng dụng của CS [27, 28].