Nghiên cứu tiềm năng vận tải và phân phối thuốc curcumin của màng bacterial cellulose lên men từ nước dừa già định hướng sử dụng qua đường uống

Những năm gần đây, Curcumin nổi lên như một hoạt chất của thời đại với số lượng trên 1000 nghiên cứu và trên 6000 bài báo viết về tác dụng.. Từ năm 2008, đã có rất nhiều thử nghiệm lâm s

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Sinh lí học người và động vật

Người hướng dẫn khoa học

HÀ NỘI - 2016

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Sinh lí học người và động vật

Người hướng dẫn khoa học

Người hướng dẫn

TS Nguyễn Xuân Thành

HÀ NỘI - 2016

LỜI CẢM ƠN

Trong thực tế không có sự thành công nào là không gắn liền với sự hỗ

trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác Trong

suốt thời gian qua, em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của quý thầy cô giúp

em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp của mình

Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới Ban giám hiệu Trường ĐHSP Hà Nội 2;

các thầy, cô trong khoa Sinh kĩ thuật Nông Nghiệp; các thầy, cô ở Trung tâm

Hỗ trợ NCKH & CGCN Trường ĐHSP Hà Nội 2 đã tạo điều kiện và giúp đỡ

em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp của mình

Đặc biệt, em xin gửi lời biết ơn sâu sắc nhất tới TS Nguyễn Xuân

Thành là người đã theo sát và hướng dẫn em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp

của mình

Do bước đầu đi vào thực tế và sáng tạo trong nghiên cứu khoa học, kiến

thức của em còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ Do vậy, không tránh khỏi

những thiếu sót là điều chắc chắn, em rất mong nhận được sự góp ý quý báu

của quý thầy cô và các bạn sinh viên để đề tài khóa luận tốt nghiệp của em

được hoàn thiện hơn nữa

Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô!

Hà Nội, Ngày 05 tháng 05 năm 2016

Sinh viên

(Kí và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Thị Trang

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được

sự hướng dẫn khoa học của TS Nguyễn Xuân Thành Những số liệu kết quả

trong khóa luận này là trung thực, không có sự trùng lặp hoặc sao chép của

một đề tài khác

Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, Ngày 05 tháng 05 năm 2016

Sinh viên

(Kí và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Thị Trang

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 3

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 3

4 Vật liệu và phạm vi nghiên cứu 3

5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 3

6 Phương pháp nghiên cứu 4

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5

1.1 Bacterial cellulose (BC) 5

1.1.1 Vi khuẩn sản sinh ra BC 5

1.1.2 Nguyên liệu để nuôi A xylinum nhằm thu màng BC 5

1.1.3 Cấu trúc của màng BC 6

1.1.4 Đặc tính của màng BC 7

1.1.5 Ứng dụng của màng BC 7

1.2 Tổng quan về Curcumin 8

1.2.1 Công thức cấu tạo 8

1.2.2 Tính chất vật lý 9

1.2.3 Tính chất hóa học của Curcumin 10

1.2.4 Dược chất 14

1.2.5 Sinh khả dụng của Curcumin 15

1.2.6 Rủi do và tác dụng phụ 16

1.3 Một số công trình nghiên cứu về Curcumin 16

1.3.1 Trên thế giới 16

1.3.2 Ở Việt Nam 17

1.4 Một số chế phẩm chứa Curcumin trên thị trường 18

Chương 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19

2.1 Vật liệu nghiên cứu 19

2.1.1 Hóa chất và dung môi sử dụng trong nghiên cứu 19

2.1.2 Thiết bị được sử dụng trong nghiên cứu 19

2.1.3 Vật liệu làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật tạo màng BC: 19

2.2 Nội dung nghiên cứu 20

2.3 Phương pháp nghiên cứu 20

2.3.1 Tạo màng BC từ môi trường nước dừa già 20

2.3.2 Tạo màng BC nạp Curcumin 22

2.3.3 Chuẩn bị dung dịch chuẩn và tiến hành đo mẫu 22

2.3.4 Xác định lượng Curcumin nạp vào màng BC 24

2.3.5 Chuẩn bị môi trường đệm 25

2.3.6 Khảo sát lượng thuốc giải phóng của màng BC ở các độ dày màng 0,5cm và 1cm, trong các môi trường pH khác nhau 25

2.3.7 Phân tích thống kê 27

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 28

3.1 Màng BC được nuôi cấy từ môi trường nước dừa già 28

3.2 Màng BC nạp thuốc Curcumin 29

3.3 Khối lượng thuốc nạp được vào màng BC 30

3.4 Lượng thuốc giải phóng từ màng BC vào các môi trường pH khác nhau 31

3.4.1 Mật độ quang của Curcumin khi tiến hành giải phóng thuốc tại các thời điểm khác nhau trong các môi trường pH khác nhau 31

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 41

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần của nước dừa già 6 Bảng 1.2: Ảnh hưởng của pH lên màu và dạng tồn tại của Curcumin 10 Bảng 2.1: Thành phần môi trường tạo màng BC 21 Bảng 2.2: Mật độ quang (OD) của dung dịch Curcumin ở các nồng độ (mg/ml) khác nhau (n = 3) 24 Bảng 3.1: Khối lượng Curcumin nạp vào màng BC (n = 3) 30 Bảng 3.2: Khối lượng Curcumin hấp thụ được trên 1 đơn vị thể tích màng (n=3) 31 Bảng 3.3: Mật độ quang của Curcumin tại các nồng độ (µg/ml) khác nhau (n=3) 31 Bảng 3.4: Mật độ quang khi tiến hành giải phóng thuốc tại các thời điểm khác nhau trong các môi trường pH khác nhau 32 Bảng 3.5: Tỉ lệ giải phóng dược chất của các màng ở các môi trường pH khác nhau trong các khoảng thời gian khác nhau (n = 3) 35 Bảng 3.6: Hệ số tương quan R2, tốc độ giải phóng thuốc (k) và trị số số mũ giải phóng (n) đối với các môi trường pH khác nhau 38

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Cấu trúc hóa học cơ bản của BC 7

Hình 1.2: Công thức cấu tạo của Curcumin 8

Hình 1.3: Các trạng thái của Curcumin thay đổi theo pH 11

Hình 1.4: Phản ứng của Curcumin với H2 11

Hình 1.5: Phản ứng phân hủy Curcumin trong môi trường kiềm 12

Hình 1.6: Phản ứng phân hủy của Curcumin dưới tác dụng của ánh sáng 13

Hình 1.7: Cấu trúc phức Cu - Curcumin (1:1) và (1:2) giữa đồng acetate và Curcumin 13

Hình 1.8: Sơ đồ biểu hiện hai hướng phản ứng của Curcumin với gốc tự do 14

Hình 1.9: Sơ đồ thống kê các nghiên cứu về Curcumin 17

Hình 2.1: Sơ đồ các bước thực hiện của đề tài 20

Hình 2.2: Sơ đồ tinh chế màng BC 21

Hình 2.3: Phổ UV - Vis của Curcumin (dung môi là etanol) 23

Hình 2.4: Phương trình đường chuẩn của Curcumin (n = 3) 24

Hình 3.1: Màng BC được nuôi cấy trong môi trường nước dừa già 28

Hình 3.2: Màng BC dày 1cm 28

Hình 3.3: Màng BC tinh chế 29

Hình 3.4: (a), (b) Nạp thuốc Curcumin vào màng BC (0,5cm và 1cm) 29

Hình 3.5: Màng BC nạp Curcumin sấy khô (a) 0,5cm; (b) 1cm 30

Hình 3.6: Phương trình hồi quy của mẫu Curcumin 32

Hình 3.7: Biểu đồ so sánh mật độ quang của lượng thuốc giải phóng ở màng 0,5cm và 1cm trong các môi trường pH khác nhau 33

Hình 3.8: Biểu đồ mật độ quang ở pH=2 36

Hình 3.9: Biểu đồ mật độ quang ở pH=12 36

Hình 3.10: Biểu đồ mật độ quang ở pH=6,8 37

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Nghệ (tên khoa học Curcuma longa) có tác dụng cho gan và tiêu hóa, rối

loạn kinh nguyệt và chuột rút, vàng da, và là một tác nhân chống viêm tốt Thành phần hoạt chất chính giúp Nghệ phát huy tác dụng chăm sóc sức khỏe toàn diện là Curcumin Những năm gần đây, Curcumin nổi lên như một hoạt chất của thời đại với số lượng trên 1000 nghiên cứu và trên 6000 bài báo viết

về tác dụng Kết quả các nghiên cứu khẳng định, Curcumin là một trong những tinh chất thiên nhiên tốt nhất cho sức khỏe Tại Hoa Kỳ, Curcumin đã được cấp "Chứng nhận An toàn "(GRAS) theo FDA Thư viện Pubmed có tới

5612 bài báo nghiên cứu về tác dụng của hoạt chất Curcumin Từ năm 2008,

đã có rất nhiều thử nghiệm lâm sàng trên người để nghiên cứu về tác dụng của Curcumin Curcumin đã được các nhà khoa học khẳng định hiệu quả trong việc hỗ trợ điều trị các bệnh mãn tính, nan y như: ung thư, viêm loét dạ dày

(Curcumin có tác dụng diệt 65 chủng lâm sàng vi khuẩn Helicobacter pylori,

ức chế chất gây viêm COX2 [7], tăng tái tạo mạch máu chống thiếu máu cục

bộ [29], tăng tiết chất nhày dạ dày) Tuy nhiên, rào cản lớn khiến tinh chất nghệ Curcumin chưa được ứng dụng rộng rãi là do Curcumin ít tan trong nước (độ tan 0,001%), sinh khả dụng thấp [28] Vì vậy, khi dùng theo đường uống, Curcumin hòa tan một phần rất nhỏ vào các dịch thể của ống tiêu hóa, chỉ 7 - 10% Curcumin được hấp thụ vào máu, lại bị chuyển hóa nhanh qua gan, làm cho sinh khả dụng thực tế của Curcumin chỉ đạt 2 - 3% [18] Cần thiết kế hệ thống vận tải và phân phối thuốc Curcumin để giúp thuốc giải phóng một cách kéo dài, từ đó có thể tăng khả dụng sinh học của thuốc

Uống là một trong những đường ưa thích nhất và truyền thống để phân phối thuốc So với đường tiêm hệ thống phân phối thuốc qua đường miệng nó

có nhiều lợi thế chính bao gồm an toàn nhất, đơn giản, tiện lợi, bệnh nhân dễ

dàng tuân thủ, tăng hiệu quả của thuốc uống Nó cũng ngăn chặn nguy cơ lây truyền bệnh, làm giảm chi phí và áp lực cho bệnh nhân Hiện nay, có rất nhiều các nhà nghiên cứu về các vật liệu ứng dụng để vận chuyển thuốc nhằm làm tăng sinh khả dụng của thuốc như chế tạo bao phim pellet metoprolol succinat trên hệ thống bao tầng sôi tạo chế phẩm phóng thích kéo dài, hay sử dụng vật liệu liposome làm vật liệu dẫn thuốc cũng đem lại rất nhiều những hiệu quả nhất định [26, 32]

Trong những năm gần đây, đã có sự chú ý đặc biệt về việc sử dụng các vật liệu sinh học trong các sản phẩm chăm sóc sức khỏe vì khả năng tái tạo, tương thích sinh học và phân hủy sinh học của chúng Một trong những vật liệu sinh học có những đặc tính trên được chú ý là cellulose Vật liệu này vượt trội so với các polyme tự nhiên và tổng hợp khác [19] Tuy nhiên, hình thái, đặc tính và các lĩnh vực ứng dụng cụ thể phụ thuộc nhiều vào nguồn gốc, tức

là "quá trình xây dựng" các loại cellulose

Bacterial cellulose (BC) được tạo thành từ Acetobacter xylinum (A

xylinum) có cấu trúc hóa học giống của cellulose thực vật nhưng có một số

tính chất hóa lý đặc biệt như: độ bền cơ học, khả năng thấm hút nước cao, đường kính sợi nhỏ, độ tinh khiết cao, độ polymer hóa lớn, có khả năng phục hồi độ ẩm ban đầu [1] Vì vậy, BC được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như: thực phẩm, công nghiệp dệt, công nghiệp giấy, mĩ phẩm, y học, , đáng chú ý nhất là trong sự kiểm soát các hệ thống vận chuyển thuốc BC đã được

sử dụng như trong một vài hệ thống để phân phối thuốc Aminetal et al [5] đã báo cáo việc sử dụng màng BC làm màng bọc cho paracetamol bằng cách sử dụng kĩ thuật phun phủ Kết quả cho thấy màng BC giúp cho thuốc được giải phóng một cách kéo dài làm tăng hiệu quả sử dụng của thuốc Gần đây hơn,

Lin Huang et al [24] nghiên cứu việc sử dụng màng BC cho việc kiểm soát in

vitro của Berberine Ngoài thẩm thấu qua da, thí nghiệm kiểm soát sự giải

phóng thuốc qua màng BC còn được thử nghiệm mô phỏng trong dạ dày, ruột Các kết quả thu được cho thấy rằng thuốc đã được giải phóng với một tốc độ chậm

Với mục đích thiết kế hệ thống vận tải và phân phối thuốc dựa trên màng

BC giúp Curcumin giải phóng một cách kéo dài, từ đó có thể làm tăng khả dụng sinh học của thuốc trong điều trị bệnh, chúng tôi đã lựa chọn đề tài:

“Nghiên cứu tiềm năng vận tải và phân phối thuốc Curcumin của màng Bacterial cellulose lên men từ nước dừa già định hướng sử dụng qua đường uống”

2 Mục đích nghiên cứu

Thiết kế hệ thống vận tải và phân phối thuốc nhằm giúp thuốc giải phóng kéo dài, từ đó có thể làm tăng sinh khả dụng của thuốc, tăng hiệu quả điều trị của thuốc

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Tạo màng và xử lí màng BC

- Thiết kế hệ thống vận tải và phân phối thuốc qua màng BC

- Khảo sát, đánh giá khả năng vận tải và phân phối thuốc Curcumin thông qua hệ thống vận tải được thiết kế

4 Vật liệu và phạm vi nghiên cứu

- Vật liệu nghiên cứu: Màng BC làm từ môi trường nước dừa già, thuốc Curcumin dạng tinh khiết 95%,

- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu tiềm năng vận tải và phân phối thuốc

Curcumin của màng BC định hướng sử dụng qua đường uống invitro

5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

5.1 Ý nghĩa khoa học

Tiếp tục mở rộng nghiên cứu tiềm năng của màng BC để áp dụng loại màng này vào nhiều các lĩnh vực khác nhau trong thực tiễn đời sống Từ kết

quả nghiên cứu trên, mở ra những hướng nghiên cứu mới về khả năng vận chuyển và phân phối thuốc của màng BC trên nhiều các loại thuốc khác nhau nhằm tăng khả dụng sinh học của các loại thuốc đó

5.2 Ý nghĩa thực tiễn

Sử dụng màng BC làm hệ thống vận tải và phân phối thuốc nhằm khắc phục tối đa những hạn chế của Curcumin, từ đó có thể làm tăng sinh khả dụng của thuốc

6 Phương pháp nghiên cứu

- Tạo màng BC từ môi trường nước dừa già

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Bacterial cellulose (BC)

1.1.1 Vi khuẩn sản sinh ra BC

BC được tổng hợp từ một số loại vi khuẩn như: Acetobacter,

Achromobacter, Agrobecterium, Pseudomonas

A xylinum thuộc nhóm vi khuẩn Acetic, chi Acetobacter, họ Pseudomonadaceae Là loại hiếu khí bắt buộc, có chu mao và sản xuất

cellulose ngoại bào [1]

A xylinum có dạng hình que, thẳng hay hơi cong, kích thước ngang

khoảng 0,6 - 0,8 µm, dài khoảng 2 - 3 µm, vi khuẩn không sinh bào tử, gram

âm, không di động, sắp xếp riêng rẽ đôi khi xếp thành chuỗi, nhưng khi tế bào già hay do điều kiện môi trường nuôi cấy, hình dạng có thể bị biến đổi: tế bào dài hơn, phình to ra, phân nhánh hoặc không phân nhánh

Trong môi trường nuôi cấy rắn, sau khoảng từ 3 - 7 ngày nuôi cấy, sẽ thu được khuẩn lạc nhỏ rồi lớn dần, đường kính hạt từ 2 - 5 mm, tròn, nhày, rìa mép trơn, có màu kem, hơi trong Nhưng sau một tuần, khuẩn lạc to, đục, có màu cafe sữa rồi khô dần [1]

1.1.2 Nguyên liệu để nuôi A xylinum nhằm thu màng BC

Môi trường nuôi cấy A xylinum là môi trường tổng hợp từ các nguồn

dinh dưỡng cần thiết như nguồn cacbon, nitơ, nguồn sulfur và phospho, các yếu tố tăng trưởng và các yếu tố vi lượng

Nhu cầu sử dụng đường của A xylinum là rất lớn và giữ vai trò quan

trọng trong quá trình tổng hợp BC nên có rất nhiều nghiên cứu và đề nghị sử dụng các sản phẩm thứ cấp trong các ngành công nghiệp khác như: rỉ đường,

nước dừa già, nước mía, để làm nguyên liệu trong nuôi cấy A xylinum Trong đó, nước dừa già được xem là môi trường kinh điển trong nuôi cấy A

xylinum Thành phần môi trường của nước dừa già [1] được trình bày ở bảng

1.1 dưới đây:

Bảng 1.1: Thành phần của nước dừa già

Nước (%) 94,99 Đồng (mg/100g) 0,04 Protein (%) 0,72 Mangan (mg/100g) 0,142 Chất béo toàn phần (%) 0,2 Selenium (µg/100g) 1 Carbonhydrat (%) 3,17 Vitamin C (mg/100g) 2,4 Đường (%) 2,16 Thiamin (mg/100g) 0,03 Calcium (mg/100g) 24 Riboflavin (mg/100g) 0,057 Sắt (mg/100g) 0,29 Niacin (mg/100g) 0,08 Magie (mg/100g) 25 Acid Panthenic (mg/100g) 0,043 Phosphorus (mg/100g) 20 Vitamin B6 (mg/100g) 0,032Kali (mg/100g) 250 Folate (µg/100g) 3 Natri (mg/100g) 105

Kẽm (mg/100g) 0,1

Nước dừa già là môi trường thích hợp để nuôi cấy vi khuẩn vì trong nước dừa chứa rất nhiều chất dinh dưỡng và chất kích thích tố tăng trưởng

như 1,3 - diphenyllurea, hexitol, cytolunin, myoinositol, sorbitol, … Vì vậy,

A xylinum rất thích hợp phát triển trong môi trường này [15]

Nước dừa sau khi thu hoạch được sử dụng không quá 3 ngày, tránh để lâu làm cho đường và các chất dinh dưỡng khác giảm đi dẫn đến cho hiệu suất kém [1, 15]

1.1.3 Cấu trúc của màng BC

Cấu trúc hóa học cơ bản của BC giống với cellulose có nguồn gốc thực

vật (plant cellulose - PC ), tuy nhiên chúng khác nhau về cấu trúc đại thể Các

sợi mới sinh ra của BC kết lại với nhau để hình thành nên các sợi sơ cấp (subfibril), có chiều rộng khoảng 1,5 nm Các sợi sơ cấp này kết lại thành các

vi sợi, các vi sợi nằm trong các bó, cuối cùng hình thành các dải Các dải có chiều dày 3 - 4 nm, chiều rộng 70 - 80 nm; 3,2x133 nm Cấu trúc của BC phụ thuộc chặt chẽ vào điều kiện nuôi cấy [19]

Hình 1.1: Cấu trúc hóa học cơ bản của BC

1.1.4 Đặc tính của màng BC

Màng BC sản xuất bởi các chủng A xylinum có độ tinh sạch cao so với

màng PC như hemicellulose, pectin và lignin (Kurosumi et al 2009) [20] Nó thể hiện tính độc nhất và cấu trúc đặc tính sinh hóa như sợi nano siêu mịn với cấu trúc mạng (1,5 - nm chiều rộng) (Patel & Suresh 2008) [27], trơ, có thể bị phân hủy sinh học, không độc, không gây dị ứng và ổn định về hóa học (Amin et al 2010; Grzegorczyn & Slezak 2007; Moreira et al 2009) [12] BC thể hiện độ hấp thụ nước tốt do cấu trúc mặt lưới của nó cung cấp một diện tích bề mặt lớn đảm bảo cho nó hấp thụ nước một cách tốt nhất (khoảng 200 lần trọng lượng của nó) (Patel & Suresh 2008; Wippermann et al 2009) [34] Ngoài ra, nghiên cứu cho thấy BC có độ kết tinh và độ bền cơ học cao, khả năng đàn hồi tốt và độ bền ướt cao do cấu trúc mạng lưới xơ thống nhất và siêu mịn của nó Đặc biệt, nó có khả năng cản khuẩn mà không làm thay đổi cấu trúc hay tính chất (Czaja et al 2007; Hu et al 2009; Wan et al 2009) [11,

14, 35] Với các đặc tính trên, BC rất phù hợp để chọn lựa cho ứng dụng vận tải và phân phối thuốc

1.1.5 Ứng dụng của màng BC

Hiện nay, trên thế giới đã có rất nhiều những công trình nghiên cứu ứng dụng màng BC trên nhiều các lĩnh vực khác nhau như: lĩnh vực thực phẩm (màng bảo quản trái cây, chất ổn định thực phẩm, …) Gần đây, người ta sử dụng màng BC làm vật liệu mang thuốc Curcumin để nhận biết sự thay đổi

pH của sản phẩm thủy sản bằng cách đánh giá cảm quan sự thay đổi màu sắc của Curcumin [10] Trong lĩnh vực y học người ta ứng dụng màng BC để: tạo ruột giả, màng trị bỏng, mạch máu nhân tạo trong điều trị các bệnh tim mạch, làm mặt nạ dưỡng da [1], … Tính đến cuối năm 2014 trên thế giới chỉ có 18 nghiên cứu ứng dụng BC trong vận tải và phân phối thuốc đã được báo cáo [20], trong đó có 9 nghiên cứu với màng BC tinh khiết, 2 nghiên cứu với thể chất biến đổi màng BC và 7 với các vật liệu nanocomposite Như vậy, trong lĩnh vực này cần tiếp tục được tiến hành nghiên cứu

1.2 Tổng quan về Curcumin

1.2.1 Công thức cấu tạo

Hình 1.2 Công thức cấu tạo của Curcumin

- Tên IUPAC: (1E, 6E) - 1,7 - bis (4 - hydroxy - 3 - metoxyphenyl) - 1,6 - heptadien - 3,5 - dion

- Công thức phân tử: C21H20O6

- Phân tử khối: 368,38 g/mol

- Curcumin là tinh thể màu nâu đỏ, là hoạt chất được chiết ra từ củ nghệ vàng thuộc họ gừng Hiện tại, người ta tìm thấy Curcumin tồn tại ở 4 dạng hợp chất [9]:

+ Curcumin là hợp chất chính chiếm 60%:

Curcumin + Demetoxy - curcumin chiếm 24% có công thức cấu tạo sau:

Demetoxy - curcumin + Bis - demetoxy - curcumin chiếm 14%:

Bis - demetoxy curcumin + Và một hợp chất mới phát hiện là xiclocurcumin chiếm khoảng 1%:

và trung tính, tan trong môi trường kiềm

- Dung dịch Curcumin trong dung môi hữu cơ có độ hấp thụ cực đại ở bước sóng khoảng từ 420 - 430 nm

- Curcumin có thể phản ứng được với acid boric tạo nên hợp chất có màu đỏ cam nên được ứng dụng dùng để nhận biết muối của nguyên tố Bo

- Chính vì Curcumin là sắc tố tạo nên màu vàng sáng nên Curcumin được dùng làm chất phụ gia thực phẩm Trong chất phụ gia thực phẩm Curcumin được kí hiệu dưới ám số E100 [21]

1.2.3 Tính chất hóa học của Curcumin

a Sự điện ly

Trong môi trường pH < 1, Curcumin có màu đỏ thể hiện trạng proton hóa H4A+ Ở pH từ 1 - 7, hầu hết các diferulolylmethane đều ở dạng trung hòa H3A, có khả năng hòa tan rất thấp và dung dịch có màu vàng Ở pH

>7,5; màu dung dịch chuyển sang đỏ Giá trị hằng số phân ly pKa của 3 proton dạng acid của Curcumin (dạng H2A - , HA2, A - 3) được xác định tương ứng là 7,8; 8,5 và 9,0

Curcumin không tan ở môi trường nước ở pH acid và trung tính, nhưng tan tốt trong pH kiềm Nghiên cứu ở kĩ thuật HPLC cho kết quả điện li theo

pH của Curcumin [18] được trình bày ở bảng 1.2

Bảng 1.2: Ảnh hưởng của pH lên màu và dạng tồn tại của Curcumin

Hình 1.3: Các trạng thái của Curcumin thay đổi theo pH

Trong đó tetrahydrocurcumin (THC) cũng là một chất có hoạt tính chống oxy hóa có khả năng loại bỏ gốc tự do như gốc tert - butoxyl và peroxyl [17]

c Phản ứng phân hủy trong môi trường kiềm

Curcumin tương đối bền ở pH acid, nhưng lại nhanh chóng bị phân hủy

ở pH kiềm Đầu tiên ferulic acid và ferulolymethane được tạo thành Sau đó, eruolylmethane nhanh chóng tạo thành sản phẩm ngưng tụ có màu vàng đến vàng nâu Tiếp theo, eruolylmethane tiếp tục thủy phân tạo ra vanillin và acetone và lượng các chất này tăng theo thời gian ủ [17]

Hình 1.5: Phản ứng phân hủy Curcumin trong môi trường kiềm

d Phân hủy dưới tác dụng ánh sáng

Curcumin không bền ánh sáng, đặc biệt ở trạng thái dung dịch Curcumin bị phân hủy khi tiếp xúc với ánh sáng ngay cả ở dạng rắn Sản phẩm phân hủy là vanillin, vanillin acid, ferulic aldehyde và ferulic acid [33] Khi bị chiếu xạ, Curcumin bị đóng vòng hoặc phân hủy thành vanillin acid, vanillin và ferulic acid (Sasaki et al, 1998) [17]

Khi có mặt của oxy và ánh sáng, Curcumin bị phân hủy tạo thành 4 - vinyl guaialcol và vanillin:

Hình 1.6: Phản ứng phân hủy của Curcumin dưới tác dụng của ánh sáng

e Phản ứng tạo phức với kim loại

Curcumin là hợp chất β - diketone nên cũng có tính chất hóa học của một

β - diketone Protone của nhóm methyl ở dạng keto và proton của nhóm hydroxyl ở dạng enol của hợp chất β - diketone có tính acid Khi các hydro này bứt ra, diketone sẽ tạo thành anion 1,3 - diketoneate Diketone anion này

có thể tạo phức vòng càng với các kim loại chuyển tiếp và những nguyên tố phân nhóm chính Muối kim loại thường được sử dụng cho phản ứng tạo phức

là muối acetate, clorua, nitrate, sunfate, carbonate của các kim loại chuyển tiếp như: Cu, Fe, Mn, Zn, V, Ga, In, Ni, Co, Pd, Hg [22] Các phức này cũng

có hoạt tính loại bỏ gốc tự do được ứng dụng trong ngành dược

Hình 1.7: Cấu trúc phức Cu - Curcumin (1:1) và (1:2) giữa đồng acetate

và Curcumin

f Phản ứng của nhóm phenolic OH

Một trong những hoạt tính đáng chú ý của Curcumin là khả năng loại bỏ gốc oxygen hoạt động và các gốc nitrogen tự do Đó là do Curcumin có 2

nhóm o - methoxy phenolic OH đính vào mạch hetadience - dione Các electron chưa liên kết của nhóm OH liên hợp với vòng benzen làm cho H của nhóm này linh động hơn Điều đó giải thích cho tính acid và khả năng phản ứng với các gốc tự do của Curcumin [22]

Hình 1.8: Sơ đồ biểu hiện hai hướng phản ứng

của Curcumin với gốc tự do

1.2.4 Dược chất

- Curcumin có tác dụng diệt 65 chủng lâm sàng vi khuẩn Helicobacter

pylori, ức chế chất gây viêm COX2, tăng tái tạo mạch máu, tăng tiết chất

nhày dạ dày

- Curcumin là chất hủy diệt ung thư vào loại mạnh nhất theo cơ chế hủy diệt từng bước các tế bào ác tính Chúng làm vô hiệu hóa tế bào ung thư và ngăn chặn không cho hình thành các tế bào ung thư mới Trong khi đó, các tế bào lành tính không bị ảnh hưởng Curcumin được coi là chất tiêu biểu nhất

cho thế hệ mới các chất chống ung thư vừa rất hiệu lực, vừa an toàn, không gây tác dụng phụ Curcumin có khả năng loại bỏ các loại men gây ung thư như COX - 1, COX - 2 có trong thức ăn, nước uống, vô hiệu hóa các gốc tự

do hình thành trong quá trình tự vệ của cơ thể, do bức xạ độc hại cũng như do các loại sốc thần kinh, thể lực, …, các độc tố hóa học (dioxin, furan …) [8]

- Curcumin có khả năng mạnh mẽ giải độc và bảo vệ gan, bảo vệ và làm tăng hồng cầu, loại bỏ cholesterol xấu, điều hòa huyết áp, hạ mỡ máu, ngăn chặn béo phì, xóa bỏ tàn nhang, đồi mồi, trứng cá chống rụng tóc giúp mau chóng mọc tóc, làm cho da dẻ hồng hào, tăng cường sắc đẹp, sức lực và cả tuổi thọ …

- Curcumin là một trong những chất chống viêm, chống oxy hóa điển hình Nó không chỉ điều trị đắc lực cho các bệnh ung thư, loét dạ dày, hành

tá tràng, đại tràng, yếu gan mật, viêm gan B, C, sơ gan cổ chướng, … mà còn điều trị vừa nhẹ nhàng vừa hiệu quả cao các bệnh rối loạn hệ miễn dịch như viêm toàn thân, viêm đa khớp, viêm lõi cầu khớp, bệnh đa sơ cứng, bệnh cứng bì, loãng xương, viêm cơ, vảy nến, ban đỏ hệ thống, đau hệ tiêu hóa, rối loạn tuyến giáp, u máu, suy giảm trí nhớ, … hỗ trợ điều trị bệnh Parkison, nhũn não [16]

- Curcumin có khả năng kháng nấm, kháng khuẩn như virút HP, viêm gan B, C, … rất cao

- Curcumin ở nhiều nước trên thế giới được coi như vừa là thuốc vừa là thực phẩm điều trị gần 20 loại ung thư khác nhau Riêng đối với ung thư máu các nhà khoa học cho biết Curcumin có tác dụng tăng hồng cầu, chống suy kiệt sức lực [18] …

1.2.5 Sinh khả dụng của Curcumin

Một phần rất nhỏ Curcumin được hấp thụ sau khi ăn Curcumin không bền vững trong ruột và một lượng rất nhỏ đi qua đường tiêu hóa và nhanh chóng bị thoái hóa hoặc liên hợp thành glucuronidation

Nghiên cứu của Shoba G., Joy D., Joseph T và các cộng sự tại khoa Dược, đại học Y St John, Bangalore, Ấn Độ đã cho thấy, hoạt chất Piperine chiết xuất từ hạt tiêu đen có tác dụng tăng hấp thu và giảm đào thải của Curcumin trong máu lên rõ rệt Một nghiên cứu của nhóm này được đăng tải trên tạp chí Pubmed của Thư viện y khoa quốc gia và Viện Sức khỏe quốc gia Hoa Kỳ tháng 5 năm 1998 đã chứng minh được sinh khả dụng của Curcumin trên cơ thể người khi được kết hợp với Piperine từ hạt tiêu theo tỷ lệ 1% đã tăng lên tới 2000% so với không dùng Piperine [30, 28]

1.2.6 Rủi do và tác dụng phụ

Theo Kawanishi et al (2005) [43], Curcumin cũng giống như các chất chống oxy hóa khác, là con dao hai lưỡi Các nghiên cứu lâm sàng trên người với 2 - 12g Curcumin cho thấy các tác dụng phụ như buồn nôn, tiêu chảy, rối loạn chuyển hóa sắt và chặn protein hepcidin, có khả năng gây ra thiếu sắt ở các bệnh nhân mẫn cảm

1.3 Một số công trình nghiên cứu về Curcumin

1.3.1 Trên thế giới

Bằng sáng chế đầu tiên về Curcumin dạng nano được mang mã số EP

103266 A2 ngày 30/5/2001 (Ib - 8), và tài liệu nghiên cứu đầu tiên về nano Curcumin dành cho mục đích y học được công bố vào năm 2005

Kể từ đó là sự bùng nổ các nghiên cứu và bằng phát minh về nano Curcumin (năm 2005 có 18 bằng thì đến năm 2010 đã lên đến gần 100) Để đánh giá tiềm năng ứng dụng của Curcumin dạng nano trong lĩnh vực y học,

254 bằng phát minh có liên quan đã được phân tích, cho thấy 24% bằng liên quan đến điều trị ung thư, sau đó là các bệnh tim mạch 13%, các chứng viêm 12%, bệnh tiểu đường 11%, bệnh khớp 10% và bệnh tiêu hóa 9% [6], …

Sơ đồ hình 1.9 dưới đây cho thấy sự bùng nổ của các bài báo khoa học

và các bằng phát minh về Curcumin trên thế giới từng 5 năm một, từ 1965 cho tới 2011

Hình 1.9: Sơ đồ thống kê các nghiên cứu về Curcumin

Theo các tài liệu trước đã thống kê [32, 23, 25], có thể viện dẫn ra đây những tác giả đầu tiên đã nghiên cứu trên thực nghiệm để chứng minh tác dụng điều trị của Curcumin, đó là tác dụng chống tăng đường huyết (Srinivasan, M 1972), tác dụng chống viêm (Srimal, R.C 1973), tác dụng chống oxy hóa (Sharma, O.P 1976), tác dụng chống thấp khớp (Deodhar, S.D 1980), tác dụng bảo vệ gan (Kiso, Y 1983), tác dụng chống ung thư (Kuttun R 1985), tác dụng ức chế tắc mạch (Srivastava, R 1995), tác dụng phòng nhồi máu cơ tim (Dikshit, M 1995), tác dụng kháng khuẩn (Jordan, W.C 1996), tác dụng bảo vệ thận (Venkatesan, N 2000), tác dụng chống viêm loét dạ dày (Ronita De, 2009), v.v…

1.3.2 Ở Việt Nam

Tại Việt Nam, rất nhiều các nhà khoa học tại các trung tâm nghiên cứu lớn cũng đang tiến hành thử nghiệm để chế tạo vật liệu Nano Curcumin từ củ nghệ vàng như Viện hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (Viện HLKHVCNVN), Trung tâm nghiên cứu triển khai Khu công nghệ cao Thành phố Hồ Chí Minh, Đại học Dược Hà Nội Trong đó, Nano Curcumin của viện hóa học là đề tài đầu tiên được ứng dụng công nghệ nano

vào bào chế các dược phẩm và thực phẩm chức năng, giúp phòng ngừa và

điều trị hiệu quả các bệnh mãn tính, nan y

Trịnh Hoàng Dương, Hà Diệu Ly,Viện Kiểm nghiệm Thuốc TP Hồ Chí

Minh đã nghiên cứu chiết xuất curcumin từ củ nghệ vàng và xây dựng bộ dữ

liệu chuẩn của curcumin để thiết lập chất chuẩn chiết từ dược liệu [2] Hay

nhóm các nhà nghiên cứu Dương Thị Hồng Ánh, Phạm Văn Giang, Nguyễn

Trần Linh Trường Đại học Dược Hà Nội đã tiến hành nghiên cứu bào chế tiểu

phân nano Curcumin bằng phương pháp nghiền bi kết hợp với đồng nhất hóa

tốc độ cao [3]

Hiện nay, vẫn chưa có bằng sáng chế nào có liên quan tới hướng ứng

dụng sử dụng màng BC để làm tăng sinh khả dụng của Curcumin Các nghiên

cứu về Curcumin trên thế giới và ở Việt Nam hầu như hướng tới nghiên cứu

về nano Curcumin và ứng dụng trong điều trị các bệnh về ung thư là chủ yếu

Do đó, đề tài mở ra một hướng đi mới trên cơ sở sử dụng màng BC làm vật

liệu vận tải làm tăng sinh khả dụng của Curcumin, khắc phục các yếu điểm

của nó trong điều trị các bệnh nan y, mãn tính

1.4 Một số chế phẩm chứa Curcumin trên thị trường

Hiện nay, nguồn nguyên liệu Nano Curcumin đã được chuyển giao cho

công ty dược trung ương sản xuất thành công viên nang mềm CumarGold và

được Bộ Y tế cấp Giấy phép đủ điều kiện lưu hành tại Việt Nam

Ngoài ra, trên thị trường cũng có rất nhiều các sản phẩm được làm từ

Curcumin như thực phẩm chức năng Cumasen, Nanocurcumin - tam thất -

xạ đen, BKA Cumin 95, …

Chương 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu nghiên cứu

2.1.1 Hóa chất và dung môi sử dụng trong nghiên cứu

- Curcumin (95%) xuất sứ từ Ấn Độ

- Dung môi là etanol 96° và chất phản ứng khác được cung cấp từ Trung tâm Hỗ trợ NCKH & CGCN Trường ĐHSP Hà Nội 2

- Màng BC (99% hàm lượng nước) được sản xuất bằng cách sử dụng vi

khuẩn A xylinum (Phòng thí nghiệm Vi sinh, Trường ĐHSP Hà Nội 2) lên

men trong môi trường dinh dưỡng

2.1.2 Thiết bị được sử dụng trong nghiên cứu

- Máy đo quang phổ UV - 2450 (Shimadzu - Nhật Bản);

- Cân phân tích (Sartorius - Thụy sỹ);

- Nồi hấp khử trùng HV - 110/HIRAIAMA;

- Buồng cấy vô trùng (Haraeus);

- Tủ sấy, tủ ấm (Binder - Đức);

- Khuấy từ gia nhiệt (IKA - Đức);

- Kính hiển vi quang học (Carl Zeiss - Đức);

- Máy lắc tròn tốc độ chậm (Orbital Shakergallenkump - Anh);

- Tủ lạnh Daewoo, tủ lạnh sâu;

- Và nhiều dụng cụ hóa sinh thông dụng khác

2.1.3 Vật liệu làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật tạo màng BC:

- Đường glucose; - Peptone

- Disodium phosphate; - HCl;

- Nước dừa già; - NaOH

- Acid acetic;