ĐẶT VẤN ĐỀ Curcumin là một chất polyphenol được chiết xuất từ rễ cây nghệ (Curcuma longa) và có nhiều tác dụng sinh học như chống oxy hóa, chống viêm, chống ung thư [5],… Tuy nhiên, những nhược điểm như độ tan thấp, sinh khả dụng đường uống thấp, tốc độ chuyển hóa và thải trừ nhanh đã làm hạn chế ứng dụng của hoạt chất tiềm năng này [1]. Vì vậy, các hệ vận chuyển thuốc chứa curcumin có cấu trúc nano như liposome, micell, siêu vi cầu và siêu vi hạt đã được nghiên cứu để khắc phục những nhược điểm trên. Đặc biệt hệ tiểu phân nano đã cho thấy khả năng bảo vệ và vận chuyển hướng đích, làm tăng độ tan trong nước và cải thiện sinh khả dụng đường uống của curcumin. Tuy nhiên, những polyme sử dụng lại thường được tổng hợp nhân tạo và không thân thiện sinh học [22].
Trong một số nghiên cứu gần đây, zein – một loại protein trong ngô – đã được ứng dụng để tạo hệ vận chuyển cho curcumin. Zein được cấp phép bởi Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ US – FDA như một loại tá dược bao viên vào năm 1985. Đây là một nguyên liệu an toàn sinh học (GRAS – Generally Recognized As Safe) với những đặc tính như thân thiện sinh học, có khả năng phân hủy sinh học và độc tính thấp. Đặc biệt, nhờ đặc tính kỵ nước và tính chất tan, các tiểu phân nano/micro zein có thể dễ dàng được bào chế, tạo thành các hệ vận chuyển thuốc.
Các hệ vận chuyển này còn có khả năng ứng dụng cao trong đường uống do zein bị tiêu hóa chậm hơn những loại protein khác [19]. Hơn nữa, do zein là một protein giàu prolin, có ái lực mạnh với curcumin nên có thể sử dụng để bào chế hệ nano vận chuyển thuốc nhằm tăng sinh khả dụng và bảo vệ curcumin khỏi sự phân hủy ở đường tiêu hóa [22]. Các hệ vận chuyển curcumin sử dụng chất mang zein đang là hướng phát triển mới chưa từng được nghiên cứu ở Việt Nam. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu bào chế hệ nano curcumin sử dụng chất mang zein” được thực hiện với những mục tiêu sau: 1.
Bào chế được hệ nano zein – curcumin bằng phương pháp kết tủa do thay đổi dung môi. Sơ bộ đánh giá các đặc tính của hệ nano zein – curcumin. Tổng quan về zein 1. Nguồn gốc Zein là protein dự trữ chiếm 35 – 60% tổng các loại protein trong ngô, và chỉ nằm trong phần nội nhũ ngô [19].
Cấu trúc và phân loại zein Dựa theo tính chất tan, zein được xem như một prolamin. Zein chủ yếu chứa các amino acid không phân cực (VD: leucin, prolin, alanin, phenylalanin, isoleucin, valin) hoặc trung tính nhưng cũng có một vài amino acid phân cực (VD: glutamin) [19]. Căn cứ vào độ tan, điện tích và trọng lượng phân tử, zein được phân loại thành 4 nhóm: α-zein (19 và 22 kDa), β-zein (14 kDa), γ-zein (16 và 27 kDa), δ-zein (10 kDa). Trong 4 loại này, α-zein chiếm 75 – 85%, β-zein chiếm 10 – 15%, còn γ-zein chiếm 5 – 10% tổng lượng zein có trong ngô [19].
Tính chất của zein - Tính chất tan: Zein không tan trong nước nhưng tan trong các dung dịch alcol (VD: dung dịch EtOH nồng độ khoảng 55 – 90% [43]), dung dịch ure nồng độ cao, dung dịch kiềm nồng độ cao (pH > 11) có/ không có chất tẩy rửa anionic [30]. Tính chất tan đặc biệt này là do zein có chuỗi amino acid với hơn 50% ở dạng không phân cực [19]. - Điểm đẳng điện: Điểm đẳng điện của zein là 6,2. Zein tinh khiết thường có khuynh hướng kết tụ mạnh, đặc biệt trong dung dịch nước với pH trung tính hoặc trong pH sinh lý [22].
Tổng quan về các hệ vận chuyển thuốc sử dụng chất mang zein 1. Tính chất mang và hình thái của các hệ vận chuyển thuốc sử dụng chất mang zein Các hệ vận chuyển thuốc sử dụng chất mang zein thường dùng nhất là vi hạt và vi nang với đường kính từ nanomet đến micromet [41]. Phân loại và hình thái của các hệ vận chuyển thuốc sử dụng chất mang zein [41] 1. Vi hạt Vi hạt sử dụng chất mang zein là một hệ đồng nhất [41].
Trong đó, các phân tử DC có thể được phân tán vật lý hoặc liên hợp cộng hóa trị với zein [14], [33]. Vi hạt sử dụng chất mang zein chứa các DC kỵ nước thể hiện hiệu quả bẫy thuốc (EE) và tỷ lệ nạp thuốc cao hơn các DC ưa nước, điều này liên quan chặt chẽ đến đặc tính kỵ nước của phân tử zein [32], [33]. Tuy nhiên, các vi hạt zein thường không bền về mặt vật lý do khuynh hướng tự kết tụ của các tiểu phân [23]. Một vài nguyên liệu bao (VD: NaCas và D-α- tocopheryl polyethylen glycol 1000 succinat [TPGS]) đã được nghiên cứu cho thấy khả năng cải thiện độ ổn định, độ thấm qua màng của các hạt nano zein, do vậy cải thiện sinh khả dụng đường uống của DC được nạp [3], [18], [23].
Vi nang Các vi nang sử dụng chất mang zein là một hệ tiểu bào với phần vỏ tách biệt và một khoang lõi có thể chứa DC. Các nang micro cũng có thể là một hệ các hạt nano được sắp xếp liên tục và có khoảng trống kích cỡ micromet bên trong [42]. Những vi nang này thường được nghiên cứu để giải phóng chậm hoặc kiểm soát vận chuyển DC [38]. Phương pháp phun sấy và kỹ thuật dùng đối dung môi siêu tới hạn có thể tạo nang micro với bề mặt mịn và hình dạng cầu, nhưng vỏ nang thường nhăn do bị tách dung môi nhanh và thiếu lõi dịch lỏng bên trong [38].
Không giống nang micro, nang nano thu được bằng phương pháp kết tủa do thay đổi dung môi cho hình thái tương tự các tiểu phân nano zein và có kích thước nhỏ hơn 100 nm [39]. Micell Các micell zein có khả năng hình thành một cách tự nhiên kết cấu lõi – vỏ hình cầu nhờ sự tự tập hợp các phân tử zein tương tự chất diện hoạt trong dung môi thích hợp. Chúng có thể tách ra thành các đơn vị tự do và giải phóng tất cả DC được nạp bằng cách pha loãng sao cho nồng độ của đơn vị thấp hơn nồng độ tới hạn của micell [41]. Hệ micell zein có thể ổn định hơn và tăng khả năng phân hủy sinh học bằng cách gắn một phần ưa nước của PEG vào phân tử zein, với PEG là phần vỏ ưa nước và zein là phần lõi kỵ nước [24].
Nhũ tương Pickering ổn định bởi zein Nhũ tương Pickering là một loại nhũ tương không dùng chất diện hoạt thông thường mà được tạo bởi các vi hạt zein. Nó có kích thước và độ ổn định liên kết lớn nhờ cấu trúc lõi – vỏ như hình 1. Lớp vỏ không có kết cấu nguyên vẹn mà chỉ là một lớp màng đơn tạo bởi các hạt nano nguyên chất. Kết cấu đặc biệt này rất tiềm năng trong việc vận chuyển nhiều DC, bởi cả vỏ lẫn lõi của nó đều có thể chứa DC.
Các hạt nhũ tương này không tan nhưng có thể phân tán một phần trong cả dầu và nước [10]. Một số phương pháp tạo vi hạt/vi nang sử dụng chất mang zein Nhiều phương pháp đã được nghiên cứu để tạo ra các hệ vận chuyển nano/micro sử dụng chất mang zein nhằm thay đổi các đặc tính lý hóa của hệ. Những phương pháp này thông thường gồm nhiều giai đoạn và dựa trên nhiều cơ chế khác nhau, nhưng đều liên quan chặt chẽ đến các đặc tính lý hóa và cấu trúc của zein [41].2 tóm tắt khoảng kích thước của vi hạt/ vi nang sử dụng chất mang zein được tạo ra từ mỗi phương pháp và các cơ chế tương ứng. Phương pháp tạo liên kết chéo nhờ tác nhân hóa học Nhờ tác nhân hóa học glutaraldehyd, zein có thể tạo liên kết chéo nội phân tử với nhiều thuốc chống ung thư, như polysaccharid-K, mitomycin, daunomycin hay peplomycin, hoặc với chính các phân tử zein khác [33].
Do tính kỵ nước đặc biệt của zein và sự ra tăng trọng lượng phân tử, phản ứng liên kết chéo nội phân tử giúp cho hệ zein – DC tăng khuynh hướng kết tập và thường tạo thành các hạt micro khi tiếp xúc với dung dịch nước [41]. Khoảng KTTP thu được và cơ chế chính để tạo vi hạt/vi nang sử dụng chất mang zein của một số phương pháp. Biểu đồ tròn thể hiện xu hướng lựa chọn phương pháp của các nghiên cứu gần đây [41] 1. Phương pháp nhũ hóa bốc hơi dung môi Phương pháp này dựa trên cơ sở nhũ tương hóa dung dịch alcol của zein và DC vào pha dầu chứa chất diện hoạt, tạo thành nhũ tương nước trong dầu, sau đó bốc hơi dung môi pha nội để hệ zein – DC hóa rắn thành các hạt micro.
Phương pháp nhũ tương hóa – kết tủa và nhũ tương hóa – kết tủa – gel hóa - Phương pháp nhũ tương hóa – kết tủa: zein và DC được hòa tan trong nước có tính kiềm. Sau đó, dung dịch này được nhũ tương hóa vào pha dầu chứa chất diện hoạt, tạo thành nhũ tương nước trong dầu. Cuối cùng, một acid tan trong dầu (VD acid acetic băng) được dùng để điều chỉnh pH của pha nội về gần trung tính (6,0), hệ zein – DC sẽ kết tủa và tập hợp thành các hạt với kích thước khác nhau [9]. - Phương pháp nhũ tương hóa – kết tủa – gel hóa: là sự kết hợp của phương pháp nhũ tương hóa/ kết tủa và nhũ tương hóa/ gel hóa pha nội, dùng để tạo các hạt micro 5 zein phức tạp.
Ở đây, acid acetic băng có hai vai trò: một là để trung hòa pH của pha nội nhằm kết tủa các phân tử zein, và hai là để giải phóng các ion calci giúp khởi đầu quá trình gel hóa polyme. Do vậy, muối calci và các polyme có thể bị liên kết chéo bởi ion calci (VD alginat hay SPI biến tính bởi nhiệt) phải được kết hợp trong công thức [8]. Phương pháp phun sấy Quá trình phun sấy nhìn chung bao gồm 3 giai đoạn: a) phun để phân tán dung dịch chứa zein và DC, b) sấy để bốc hơi dung môi và tạo hạt, và c) thu hạt. Sau khi phân tán, do dung môi liên tục bay hơi khỏi các giọt, hệ zein – DC sẽ giảm dần độ tan, tạo nhân và hình thành các hạt rắn.
Kích thước và hình thái của sản phẩm có thể đạt từ hạt cầu nano đến hạt kích cỡ micro [32].
