Nghiên cứu khả năng hấp thụ thuốc curcumin của màng gellulose vi khuẩn lên men từ môi trường chuẩn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA SINH - KTNN ===o0o=== NGUYỄN THỊ THANH DUYÊN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ THUỐC CURCUMIN CỦA MÀNG CELLULOSE VI KHUẨN LÊN MEN TỪ MÔI TRƯỜNG CHUẨN K

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA SINH - KTNN

===o0o===

NGUYỄN THỊ THANH DUYÊN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ THUỐC CURCUMIN CỦA MÀNG CELLULOSE VI KHUẨN

LÊN MEN TỪ MÔI TRƯỜNG CHUẨN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Sinh lý học người và động vật

Người hướng dẫn khoa học

TS Nguyễn Xuân Thành

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy:

TS Nguyễn Xuân Thành, người đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình, giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu đã giúp em đật được kết quả này

Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường ĐHSP Hà Nội 2; các thầy, cô giáo trong khoa Sinh - KTNN và các thầy cô trong Viện Nghiên cứu Khoa học và Ứng dụng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình làm thực nghiệm hoàn thành khóa luận

Do lần đầu được tham gia nghiên cứu khoa học, kiến thức còn hạn chế

và còn nhiều bỡ ngỡ nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý quý báu của quý thầy cô và các bạn sinh viên để khóa luận tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn nữa

Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô!

Hà Nội, Ngày 25 tháng 04 năm 2017

Sinh viên

Nguyễn Thị Thanh Duyên

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài do chính tôi thực hiên và dưới sự hướng dẫn của TS Nguyễn Xuân thành Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong khóa luận này là trung thực, không trùng với kết quả đã công bố

Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, Ngày 25 tháng 04 năm 2017

Sinh viên

Nguyễn Thị Thanh Duyên

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 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 3

NỘI DUNG 4

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Cellulose Vi khuẩn (CVK) 4

1.1.1 Vi khuẩn sản sinh ra CVK 5

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

1.1.3 Đặc điểm cấu trúc của CVK 7

1.1.4 Tính chất lý hóa của CVK 8

1.1.5 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng màng CVK 8

1.2 Curcumin 10

1.2.1 Công thức cấu tạo 10

1.2.2 Tính chất hóa lý của Cur 12

1.2.3 Tác dụng và hạn chế của Cur 13

Chương 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17

2.1 Vật liệu nghiên cứu 17

2.1.1 Hóa chất và dung môi sử dụng trong nghiên cứu 17

2.1.2 Thiết bị được sử dụng trong nghiên cứu 17

2.1.3 Vật liệu làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật tạo màng CVK 17

2.2 Phương pháp nghiên cứu 18

2.2.1 Chuẩn bị màng CVK 18

2.2.2 Chế tạo màng CVK nạp thuốc Cur 20

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 24

3.1 Thu màng CVK và tinh chế màng 24

3.2 Màng CVK nạp thuốc Curcumin 26

3.3 Khối lượng thuốc nạp được vào màng CVK 27

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 31

1 Kết luận 31

2 Kiến nghị 31

TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 PHỤ LỤC

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng của cao nấm men 6

Bảng 1.2: Ảnh hưởng của pH lên màu và dạng tồn tại của Curcumin 12

Bảng 2.1: Thành phần môi trường tạo màng CVK 18

Bảng 2.2: Mật độ quang (OD) của dung dịch Curcumin ở các nồng độ 20

Bảng 2.3: Các trường hợp thí nghiệm 22

Bảng 3.1: Giá trị trung bình OD của dung dịch Cur khi ngâm màng CVK tại 2h (n = 3) 27

Bảng 3.2: Lượng thuốc hấp thụ Cur qua màng CVK ở TH1 (n = 3) 28

Bảng 3.3: Lượng thuốc hấp thụ Cur qua màng CVK ở TH2 (n = 3) 28

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Màng CVK 4

Hình 1.2 Cấu trúc của màng CVK 7

Hình 1.3 Công thức cấu tạo của Cur 10

Hình 2.1: Quy trình tạo màng CVK tinh khiết 19

Hình 2.2: Phương trình đường chuẩn Cur dung môi là etanol 96° 21

Hình 3.1: Nuôi cấy màng CVK lên từ môi trường HS 24

Hình 3.2: Màng CVK thô và đã xử lý tinh khiết 24

Hình 3.3: Thí nghiệm đo độ dày của màng 25

Hình 3.4: Thí nghiệm kiểm tra độ tinh sạch của màng 25

Hình 3.5: Nạp thuốc ở các trường hợp 26

Hình 3.6: CVK thu được sau khi hấp thụ thuốc 27

Hình 3.7: Hiệu suất hấp thụ Cur ở 2 độ dày màng của 2 trường hợp 28

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Cellulose là chất biopolimer phổ biến nhất trên trái đất, là thành phần chính của sinh khối thực vật và cũng là một đại diện của các polyme ngoài tế bào vi sinh vật Cellulose vi khuẩn (CVK) là sản phẩm trao đổi chất sơ cấp,

chủ yếu tạo màng bảo vệ Việc tổng hợp CVK từ A xylinum được báo cáo lần

đầu tiên vào năm 1886 bởi A J Brown và vào nửa sau của thế kỷ XX CVK được chú ý nhiều hơn, đến nay CVK đang là đối tượng của nhiều nghiên cứu ứng dụng của các nhà khoa học trong nước cũng như nước ngoài Theo các kết quả nghiên cứu cho thấy màng CVK có nhiều ưu điểm hơn các vật liệu sinh học khác như nguồn nguyên liệu, quy mô sản xuất, tính chất sinh học,…

đã đem lại tiềm năng khai thác ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm,

y học, mỹ phẩm,

Đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ dược phẩm đang mở rộng nhanh chóng do sự gia tăng số lượng các phương pháp phân phối thuốc Sự phân phối dược phẩm thành công bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, một trong số đó là

sử dụng hợp lý các vật liệu nghiên cứu và kỹ thuật của các hệ thống phân phối thuốc mới CVK là một trong những loại biopolymer, linh hoạt về khả năng điều chế tại chỗ, sự thay đổi hóa học sau khi tổng hợp và ứng dụng trong lĩnh vực y sinh học, đáp ứng các tiêu chuẩn là một vật liệu phân phối thuốc Vật liệu này vượt trội so với các polyme tự nhiên và tổng hợp khác

Curcumin (Cur) là sắc tố tạo nên màu vàng đặc trưng và là một hợp chất polyphenolic tự nhiên có nguồn gốc từ củ nghệ (Curcuma longa L) thuộc họ Gừng (Zingiberaceae)… Những năm gần đây, Cur 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 Thư viện Pubmed (Tính đến ngày 1/9/2016) có tới 9273 bài báo nghiên cứu về tác dụng của hoạt chất Cur trên các bệnh mãn tính, nan y, trong

đó có tới 3510 bài báo nghiên cứu liên quan đến bệnh ung thư Kết quả các nghiên cứu khẳng định, Cur là một trong những tinh chất thiên nhiên tốt nhất cho sức khỏe Công dụng của Cur, đang thu hút được sự quan tâm của ngành

Y học trên toàn thế giới Tại Hoa Kỳ, Cur đã được cấp "Chứng nhận An toàn

"(GRAS) theo FDA Từ năm 2008, đã có rất nhiều thử nghiệm lâm sàng trên người để nghiên cứu về tác dụng của Cur Cur có tác dụng diệt 65 chủng lâm

sàng vi khuẩn Helicobacter pylori, ức chế chất gây viêm COX-2 [15], [41],

tăng tái tạo mạch máu chống thiếu máu cục bộ [42], tăng tiết chất nhày dạ dày, hỗ trợ điều trị nhiều loại ung thư khác nhau và khả năng ức chế được hoạt tính của các yếu tố trên nên có thể chống được các triệu chứng do ung thư và hóa trị - xạ trị gây ra Quan trọng hơn, Cur không độc hại với các tế bào khỏe mạnh

Tuy nhiên, Cur cũng giống như các chất oxi hóa khác, là con dao hai lưỡi có nhiều tác dụng thì cũng có nhiều hạn chế Rào cản lớn khiến tinh chất nghệ Cur chưa được ứng dụng rộng rãi là do Cur tan rất ít trong nước (0.001%), sinh khả dụng thấp [30] Khi dùng theo đường uống, Cur hòa tan một phần rất nhỏ vào các dịch thể của ống tiêu hóa, chỉ 7 - 10% Cur được hấp thụ vào máu, lại bị chuyển hóa nhanh qua gan, làm cho sinh khả dụng thực tế của Cur chỉ đạt 2 - 3% [26] Thử nghiệm lâm sàng đã chỉ ra rằng chất Cur là

an toàn ngay cả ở liều cao (12g/ngày) ở người nhưng biểu hiện sinh khả dụng kém Nguyên nhân chính làm Cur hấp thụ vào huyết tương và mô thấp là do Cur kém hấp thu, chuyển hóa nhanh chóng, và loại bỏ hệ thống nhanh chóng [19] Ngoài đường uống Cur cũng có thể sử dụng qua da nhưng có khả năng thẩm thấu qua da thấp, nhanh bị khô trên bề mặt da [1] Vì vậy cần sử dụng phương pháp mới để tăng cường hấp thụ Cur

Vậy nên, dựa trên tiềm năng sử dụng của màng CVK có thể tạo ra hệ thống tăng cường khả năng hấp thụ thuốc Cur, từ đó có thể kéo dài thời gian

giải phóng của Cur Điều này có thể tạo ra hệ trị liệu mới khắc phục một số hạn chế của thuốc trong quá trình sử dụng, tăng hiệu quả chữa trị Đó là lí do

chúng tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp thụ thuốc Curcumin của màng Cellulose vi khuẩn lên men từ môi trường chuẩn”

2 Mục đích nghiên cứu

- Tạo màng CVK từ môi trường chuẩn Hestrin - Schramm (HS)

- Nghiên cứu hệ thống CVK được hấp thụ thuốc Cur từ đó nhằm tìm ra trường hợp khả năng hấp thụ thuốc Cur tối đa vào màng CVK

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Tạo được màng CVK từ môi trường HS và kiểm tra một số đặc tính hóa

lí của màng

- Thiết kế hệ thống hấp thụ thuốc Cur vào màng CVK trong một số

trường hợp khác nhau về kích thước, độ dày màng, nhiệt độ

- Khảo sát, đánh giá khả năng hấp thụ thuốc thông qua hệ thống trong 1

- Đánh giá những tiềm năng của màng CVK hấp thụ Cur để từ đó có thể

đề xuất hướng nghiên cứu trên các loại thuốc khác

NỘI DUNG Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Cellulose Vi khuẩn (CVK)

CVK là sản phẩm của một số loài vi khuẩn, đặc biệt là chủng

Acetobacter xylinum (A.J Brown, 1886) Cấu trúc của CVK phụ thuộc chặt

chẽ vào điều kiện nuôi cấy [28] Trong nuôi cấy tĩnh, CVK có những tính chất rất đặc biệt như: độ tinh sạch cao, khả năng đàn hồi tốt, độ kết tinh và độ bền

cơ học cao, có thể bị phân hủy sinh học, không độc và không gây dị ứng, có khả năng chịu nhiệt tốt, đặc biệt là khả năng cản khuẩn Với các tính chất này, CVK được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp khác nhau trong đó

có y học CVK là một polymer sinh học có tính năng vượt trội, là tác nhân tăng cường và là chất bọc ngoài cho các ứng dụng giải phóng loại thuốc đã được nghiên cứu [33], [38] Màng CVK và hình ảnh hiển vi điện tử quét của một mẫu CVK được thể hiển thị ở hình 1.1

Hình 1.2 Màng CVK (A) Màng CVK; (B) Hình ảnh hiển vi điện tử quét của một mẫu CVK

1.1.1 Vi khuẩn sản sinh ra CVK

CVK được tổng hợp từ một số loại vi khuẩn như: Aerobacter, Acetobacter, Achromobacter, Agrobecterium, Pseudomonas, Alacaligenes, Azotobacter, Rhizobium và Sarcina [35]

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 [11] Mỗi tế bào A xylinum có thể chuyển hóa tới 108

phân tử glucose và phân tử cellulose trong 1 giờ nên khả năng tổng hợp cellulose là rất lớn [5], [6], [10], [27]

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

khoảng 0.6 - 0.8µm, dài khoảng 2 - 3µm, 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 A xylinum thuộc

loại vi khuẩn hiếu khí bắt buộc vì thế chúng tăng trưởng ở bề mặt tiếp xúc giữa môi trường lỏng và môi trường khí và có khả năng tạo màng cellulose trên môi trường nuôi cấy [11]

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 cà phê sữa rồi khô dần [11]

1.1.2 Nguyên liệu để nuôi A xylinum nhằm thu màng CVK

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

Môi trường chuẩn (Hestrin và Schramm (HS)) là môi trường nuôi cấy thường được sử dụng để sản xuất CVK, dù là nuôi cấy tĩnh hoặc động, được

mô tả lần đầu tiên vào năm 1954 bởi Schramm và Hestrin [40]

Chiết xuất nấm men (hay còn gọi là cao nấm men) là một sản phẩm đã qua chế biến, bao gồm các thành phần hòa tan của tế bào nấm men và được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm như là hương liệu thực phẩm, chất phụ gia và vitamin bổ sung cũng như nguồn dinh dưỡng cho môi trường nuôi cấy vi khuẩn sử dụng trong vi sinh học và công nghệ sinh học [31] Chúng gồm tế bào chất, nhân tế bào và các cơ quan tế bào và thường rất giàu axit amin, vitamin (vitamin B, glutathione), cacbon hydrat và muối Hơn nữa, tầm quan trọng của việc sử dụng chiết xuất nấm men trong quá trình lên men công nghiệp để tạo ra sinh khối vi sinh vật hoặc sản phẩm đã được chứng minh bằng nhiều nghiên cứu [31]

Thành phần dinh dưỡng của cao nấm men [47], được thể hiện ở bảng 1.1

Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng của cao nấm men

Vitamin D 0IU

1.1.3 Đặc điểm cấu trúc của CVK

Màng CVK cấu tạo bởi những chuỗi polimer β - 1,4 - glucopyranose không phân nhánh (như hình 1.2) Những nghiên cứu đã cho thấy cấu trúc hóa học cơ bản của CVK giống cellulose của thực vật, tuy nhiên chúng khác nhau

về cấu trúc đại thể [17], [20]

Hình 1.2 Cấu trúc của màng CVK

Đặc tính cấu trúc của CVK phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện nuôi cấy:

Khi nuôi cấy theo phương pháp tĩnh (S - CVK: Static-Bacterial Cellulose), A xylinum tạo ra cellulose nhiều hơn và tạo thành màng dày trên bề mặt môi

trường Màng CVK thu được dẻo dai, dày, có màu trắng trong hơi ngả màu vàng Khi nuôi cấy động (A - BC: Agitated - Bacterial Cellulose), một lượng nhỏ cellulose được hình thành dưới dạng huyền phù phân tán trong đó chuỗi β-1,4-glucan xếp một cách ngẫu nhiên CVK được tạo ra bằng phương pháp nuôi cấy động dưới dạng các hạt nhỏ, các sợi rối rắm, cong và không trật tự

do sự dao động của môi trường nuôi cấy Lượng CVK được sinh ra giữa hai

phương pháp nuôi cấy động và tĩnh cũng khác nhau: khối lượng màng khô của phương pháp nuôi cấy động nhỏ hơn so với nuôi cấy tĩnh [11], [44]

1.1.4 Tính chất lý hóa của CVK

Khả năng tương thích sinh học cao: cấu trúc sợi nano trong CVK mang

một số đặc điểm tương đồng với các thành phần ngoại bào, đặc biệt với collagen Các sợi collagen và CVK có kích thước tương tự nhau khoảng 100nm Một số nhà nghiên cứu đã chỉ ra CVK như một vật liệu collagen [29] Trong y sinh ứng dụng, CVK đang được tìm hiểu về vai trò sử dụng như collagen Tuy nhiên, CVK có thể có lợi thế so với collagen ở đặc điểm không gây dị ứng với hệ miễn dịch

Độ tinh khiết cao: CVK là cellulose sinh học duy nhất được tổng hợp

không có chứa lignin hay hemicellulose Do đó CVK có thể bị vi khuẩn phân hủy hoàn toàn và là nguồn nguyên liệu tái sinh [43]

Độ bền cơ học lớn: CVK có độ bền dai cao, chịu lực kéo cao, trọng

lượng nhẹ, độ bền đáng kể [17]

Khả năng hút nước cao ở trạng thái ẩm: CVK có cấu trúc dạng xốp nên

có khả năng giữ nước đáng kể Màng CVK có khả năng giữ nước rất lớn, nó

có thể hút khoảng 200 lần trọng lượng của nó Bên cạnh đó CVK còn có khả năng giải phóng nước từ từ Đây cũng là đặc tính của CVK mà các nhà khoa học nghiên cứu ứng dụng CVK trong lĩnh vực giải phóng thuốc [17], [23]

Tính chất của CVK có thể thay đổi ở mỗi quá trình tổng hợp trong những môi trường khác nhau [34]

1.1.5 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng màng CVK

1.1.5.1 Trên thế giới

Trong những thập kỷ gần đây, tình hình nghiên cứu về CVK ngày càng được mở rộng trên nhiều lĩnh vực như: thực phẩm, y học, môi trường, công nghiệp và nhiều lĩnh vực khác CVK đang dần trở thành vật liệu mới đang nổi

lên và có tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau về sinh học và phi sinh học của thế giới hiện đại

Trong lĩnh vực y sinh học, CVK với các ứng dụng rộng rãi trong phẫu thuật

và cấy ghép nha khoa và thực tế trong ngành chăm sóc sức khoẻ con người Nghiên cứu của Wei B và cộng sự (2011) cho thấy màng khô CVK thu được sau khi ngâm trong benzalkonium chloride (một tác nhân kháng khuẩn; Merck KGaA, Darmstadt, Đức) có khả năng giải phóng thuốc trên mỗi đơn vị diện tích

bề mặt đã được tìm thấy là 0.116kg/cm2 và tác dụng của thuốc kéo dài ít nhất 24

giờ chống lại hoạt động của S aureus và B subtilis Sợi CVK với các hạt nano bạc đã sản xuất thành công lên đến 99.99% hoạt tính kháng khuẩn chống lại E coli và S aureus [48] Một số nghiên cứu trên thế giới về việc ứng dụng màng

CVK làm hệ thống phân phối và vận chuyển với một số loại thuốc đã cho thấy

có hiệu quả rõ rệt, khắc phục được nhược điểm của thuốc ở dạng thông thường [25] Các trường hợp bị bỏng, các vết loét có thể được điều trị thành công với Biofill [27], làm chất thay thế tạm thời cho da người Gầy đây CVK còn được sử dụng để sửa khiếm khuyết trên chuột [32], Tiềm năng hấp thu và giải phóng thuốc của màng BC qua da đã được nghiên cứu bằng cách tải tetracycline trong chùm electron mẫu chiếu xạ và không được chiếu xạ BC không chiếu xạ cho phép giải phóng thuốc nhanh hơn so với ảnh hưởng của BC chiếu xạ Kết quả nghiên cứu này cho thấy màng BC không chỉ có khả năng hấp thu mà còn đề xuất một mô hình cho giải phóng thuốc qua màng [17]

Không chỉ trong lĩnh y học mà còn trong các lĩnh vực khác như: trong lĩnh vược môi trường CVK được sử dụng để củng cố cao su tự nhiên với xenluloza

vi khuẩn thông qua một quy trình xử lý nước thải Latex [45],…

1.1.5.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Tác giả Huỳnh Thị Ngọc Lan, Nguyễn Văn Thanh và cộng sự (2006) [11]

đã tiến hành nuôi cấy, tinh chế và thu màng CVK từ A xylinum đạt hiệu quả cao

Đồng thời nhóm nghiên cứu trên cũng đã tiến hành thử nghiệm in vivo trong ứng

dụng màng CVK điều trị bỏng da với 2 loại màng CVK gồm cho thêm hoạt chất tái sinh mô và hoạt chất kháng khuẩn Kết quả cho thấy tác dụng của màng có thêm hoạt chất tái sinh mô tốt hơn hẳn dạng màng thông thường

Tác giả Đinh Thị Kim Nhung và cộng sự (2012) [10], [11] đã nghiên cứu

và chế tạo thành công chế phẩm màng CVK trị bỏng có tẩm dung dịch berberin clorid 0.1% có tác dụng kháng khuẩn và tái tạo mô tốt, không gây đau, dị ứng hoặc kích ứng da, không gây rối loạn toàn thân

Không chỉ trong lĩnh vực y học, năm 2013 Võ Công Danh và Nguyễn Thúy đã nghiên cứu màng Bacterial celluose cố định bạc Nano làm màng lọc nước uống nhiễm khuẩn [3]

1.2 Curcumin

Cur - một hợp chất thiên nhiên, diphenolic, có nhiều trong rễ củ cây Nghệ (Curcuma longa L.) Cur có tác dụng sinh học phong phú, được sử dụng hỗ trợ điều trị và phòng ngừa nhiều bệnh như: bệnh tim mạch, tiểu đường, viêm khớp, bệnh thần kinh, bệnh Corhn và đặc biệt trong hỗ trợ điều trị ung thư,…

1.2.1 Công thức cấu tạo

Công thức cấu tạo của Cur được trình bày trong nhiều nghiên cứu [8], [3], [22]

Hình 1.3 Công thức cấu tạo của Cur

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

- Hiện tại người ta tìm thấy Cur tồn tại ở 4 dạng hợp chất:

 Cur chính thức (còn gọi là Cur I) chiếm 60% tổng lượng Cur (hình 1.3)

 Demethoxycurcumin (Cur II) chiếm 24% tổng lượng Cur

 Và một hợp chất mới xuất hiện là cyclocurcumin chiếm khoảng 1%

1.2.2 Tính chất hóa lý của Cur

Tính chất vật lý:

- Nhiệt độ nóng chảy: 183°C (361K)

- Cur là một polyphenol và là sắc tố tạo nên màu vàng đặc trưng của củ nghệ

- Cur là một hợp chất kỵ nước, tan trong dầu, ethanol, methanol, dichloromethane, acetone, etyl acetate Độ hoà tan ở pH sinh lý rất thấp (khoảng 11ng/mL)

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

Tính chất hóa học:

- Sự điện ly [26]:

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

pH Màu của dung dịch Dạng ion tồn tại

- Phân hủy dưới tác dụng ánh sáng: Cur không bền với ánh sáng, đặc biệt

ở trạng thái dung dịch Cur 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

- Phản ứng tạo phức với kim loại

- Phản ứng của nhóm phenolic OH

1.2.3 Tác dụng và hạn chế của Cur

Tác dụng sinh học của Cur:

- Cur có tác dụng diệt 65 chủng lâm sàng vi khuẩn Helicobacter pylori, ức

chế chất gây viêm COX-2, tăng tái tạo mạch máu, tăng tiết chất nhày dạ dày

- Các nghiên cứu in vitro, in vivo và trên lâm sàng đã chứng minh các

đặc điểm dược động học, tính an toàn và khả năng cho hiệu quả điều trị với nhiều loại bệnh của Cur

- Cur đã được nghiên cứu ứng dụng nhiều trong lĩnh vực y sinh học với các định hướng tác dụng như: chống oxy hoá, ức chế con đường truyền tín hiệu tế bào, ảnh hưởng đến hoạt động của các enzym trong tế bào, khả năng thay đổi quá trình phiên mã gen và kích hoạt cơ chế làm tế bào chết theo chương trình (apoptosis) Một số khả năng tác dụng khác cũng được nghiên cứu nhiều như: chống viêm, kháng khuẩn, chống bệnh sốt rét, chống ung thư, bảo vệ gan, thận, chống huyết khối, bảo vệ thành tim, chống thấp khớp [27]

Hạn chế của Cur:

Theo Sharma et al (2005) [41], Cur cũng giống như các chất chống oxy hóa khác, là con dao hai lưỡi Các nghiên cứu lâm sàng trên người với 2 - 12g Cur 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

Cur là một hợp chất kỵ nướCVKà tan rất ít trong nước (0.001%), độ hoà tan ở pH sinh lý rất thấp (khoảng 11 ng/mL) Cur có tốc độ chuyển hoá và

thải trừ nhanh, bị thuỷ phân trong môi trường kiềm và phân huỷ khi gặp ánh sáng, nhiệt độ cao và điều kiện oxi hoá [21]

Khả năng hấp thụ Cur kém ở ruột có thể do độ tan thấp, ngoài ra còn bị phân huỷ ở pH trung tính hoặc kiềm và bị ảnh hưởng chuyển hóa của các enzym Nghiên cứu đánh dấu phóng xạ đã cho thấy hầu hết liều uống được bài tiết trong phân và một phần ba Cur vẫn không thay đổi cấu trúc [37]

Rất nhiều phương pháp đã được ứng dụng để làm tăng sinh khả dụng của Cur thông qua làm tăng độ tan, độ ổn định và tính thấm qua màng tế bào bằng các kỹ thuật hoá học, kỹ thuật bào chế phân tử [27]

1.2.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2.4.1 Trên thế giới

Các nghiên cứu không ngừng được đưa ra nhằm chứng minh vai trò của Cur, cũng như những nghiên cứu nhằm cải thiện sinh khả dụng của Cur, khắc phục hạn chế của thuốc

Công dụng của Cur đã được chứng minh trong nhiều nghiên cứu như: Guy Laroche (1933) và H Leclerc (1935) đã chứng minh Cur có tác dụng điều trị thông túi mật, kích thích sự bài tiết mật của các tế bào gan, phá cholesterol trong máu; Cur có tác dụng ngăn cản sự phát triển của vi trùng lao

Mycobacterium, Salmonella paratyphi, Staphyllocơccus [8] Năm 2009,

Aggarwal B.B và Harikumar K.B đã chứng minh tác dụng của Cur là tác nhân chống viêm, chống lại các chứng thoái hóa thần kinh, tim mạch, phổi, tự miễn dịch và tự miễn dịch [16] Cur còn có tác dụng làm giảm sự kích hoạt NF-kB gây khói thuốc lá và biểu hiện COX-2 trong tế bào ung thư miệng [41] Nghiên cứu năm 2012 của Min Sun, Xun Su, Buyun Ding, Xiuli He, Xiuju Liu, Aihua Yu, Hongxiang Lou, Guangxi Zhai về những tiến bộ trong

hệ thống phân phối cho chất CUR dựa trên công nghệ nano Bài viết này đánh giá các hệ thống phân phối thuốc mới tiềm năng cho Cur bao gồm các

liposome, hạt nano polyme, hạt nano lipid rắn, mixen, nanosuspensions, dạng nhũ tương nano, cụm, trong đó cung cấp các kết quả đầy hứa hẹn cho Cur để cải thiện hoạt động sinh học của nó Tóm lại, hệ thống phân phối thuốc mới làm sáng tỏ về sự phát triển của các công thức mới, trong khi đó, nghiên cứu sâu rộng hơn nên được thực hiện trong tương lai để giải quyết các vấn đề dược phẩm và ngộ độc [46],…

Tuy nhiên Cur cũng đã có nhiều nghiên cứu để khắc phục được những nhược điểm và nâng cao hiệu quả trong sử dụng như: sử dụng chất phụ gia piperine; nghiên cứu năm 2012 của Xiuli He, Xiuju Liu và cộng sự về những tiến bộ trong hệ thống phân phối cho chất Cur dựa trên công nghệ nano [46] Bài viết này đánh giá các hệ thống phân phối thuốc mới tiềm năng cho Cur bao gồm các liposome, hạt nano polyme, hạt nano lipid rắn, mixen, nanosuspensions, dạng nhũ tương nano, cụm, trong đó cung cấp các kết quả đầy hứa hẹn cho CUR để cải thiện hoạt động sinh học của nó Tóm lại, hệ thống phân phối thuốc mới làm sáng tỏ về sự phát triển của các công thức mới, trong khi đó, nghiên cứu sâu rộng hơn nên được thực hiện trong tương lai để giải quyết các vấn đề dược phẩm và ngộ độc Đồng thời tìm ra ra các con đường mới để sử dụng Cur qua đường uống [46]

1.2.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam cũng đã có những công trình nghiên cứu Cur nhưng chủ yếu là các công trình nghiên cứu liên quan đến tách chiết và chế tạo vật liệu Nano Cur Tại Hội thảo khoa học “Định hướng phát triển khoa học và công nghệ vật liệu tiên tiến tại Đại học Quốc gia Hồ Chí Minh”, TS Dương Minh Tâm cho biết Trung tâm Nghiên cứu triển khai Khu Công nghệ cao TP.HCM

đã chế tạo thành công vật liệu nano Cur ở dạng hòa tan trong dung dịch nước (nồng độ 8% khối lượng) nhằm hướng tới ứng dụng trong thực phẩm chức năng [5]