Nghiên cứu hệ thống vận tải và phân phối thuốc curcumin của màng bacterial cellulose lên men từ nước vo gạo định hướng sử dụng qua da

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA SINH - KTNN

======

NGÔ THỊ DUYÊN

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG VẬN TẢI VÀ PHÂN PHỐI
THUỐC CURCUMIN CỦA MÀNG BACTERIAL
CELLULOSE LÊN MEN TỪ NƢỚC VO GẠO
ĐỊNH HƢỚNG SỬ DỤNG QUA DA

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Sinh lý ngƣời và động vật

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học
TS. LÊ NGỌC HOÀN

HÀ NỘI, 2016


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS. Lê Ngọc Hoàn và
các thầy cô trong Trung tâm Hỗ trợ nghiên cứu khoa học và chuyển giao công
nghệ Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2 đã tận tình giúp đỡ em để em hoàn
thiện đƣợc bài khóa luận này.
Em xin bày tỏ lời cảm ơn đến những thầy cô giáo đã giảng dạy em
trong bốn năm qua, những kiến thức mà em nhận đƣợc trên giảng đƣờng đại
học sẽ là hành trang giúp em vững bƣớc trong tƣơng lai.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh

nhất. Nhƣng do buổi đầu em đƣợc làm quen với công tác nghiên cứu khoa
học, cũng nhƣ hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi
những thiếu sót mà bản thân chƣa thấy đƣợc. Em rất mong đƣợc sự đóng góp
của quý thầy cô và các bạn để khóa luận của em đƣợc hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 28 tháng 04 năm 2016

Sinh viên

Ngô Thị Duyên


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của em trong suốt thời gian
qua, những kết quả và số liệu trong khóa luận đƣợc em thực hiện tại “Trung
tâm Hỗ trợ nghiên cứu khoa học và chuyển giao công nghệ Trƣờng Đại học
Sƣ phạm Hà Nội 2”.
Những số liệu đạt đƣợc không hề sao chép hay trùng lặp với bất kỳ tài
liệu nào và cũng chƣa từng đƣợc công bố trên bất kỳ phƣơng tiện truyền
thông nào.
Hà Nội, ngày 28 tháng 04 năm 2016

Sinh viên

Ngô Thị Duyên


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
1. Lí do chọn đề tài......................................................................................... 1

2. Mục đích nghiên cứu.................................................................................. 2
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ............................................................. 3
4. Nội dung nghiên cứu .................................................................................. 3
5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn ...................................................... 3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................... 5
1.1.Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc .............................................. 5
1.1.1.Tình hình nghiên cứu trên thế giới .................................................... 5
1.1.2.Tình hình nghiên cứu trong nƣớc ...................................................... 7
1.2. Tổng quan về đối tƣợng, lĩnh vực nghiên cứu. ....................................... 8
1.2.1. Đặc điểm phân loại của Acetobacter xylinum ................................. 8
1.2.1.1. Vị trí phân loại của A. xylinum ................................................... 8
1.2.1.2. Đặc điểm vi khuẩn Acetobacter xylinum ................................... 8
1.2.1.3. Nhu cầu dinh dưỡng của vi khuẩn A. xylinum............................ 9
1.2.2 . Cấu trúc đặc tính của màng BC tạo bởi Acetobacter xylinum ........ 9
1.2.2.1. Cấu trúc ...................................................................................... 9
1.2.2.2. Đặc tính của màng BC.............................................................. 10
1.2.2.3. Chức năng sinh lý của BC ........................................................ 11
1.2.2.4. Môi trường nuôi cấy A. xylinum ............................................... 11
1.2.3. Sơ lƣợc về Curcumin ...................................................................... 12
1.2.3.1. Tìm hiểu về Curcumin............................................................... 12
1.2.3.2. Dược tính của Curcumin .......................................................... 13
1.2.3.3. Hạn chế của Curcumin ............................................................. 14
1.2.4.Tình hình nghiên cứu về Curcumin ................................................. 15
1.2.4.1. Trên thế giới.............................................................................. 15


1.2.4.2. Tại Việt Nam ............................................................................. 16
CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 18
2.1. Vật liệu nghiên cứu ............................................................................... 18
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................... 18

2.2.1. Phƣơng pháp dựng đƣờng chuẩn .................................................... 18
2.2.2. Chuẩn bị màng BC .......................................................................... 20
2.2.3. Chuẩn bị môi trƣờng đệm PBS (Phosphat buffered saline)-PBS 1X
................................................................................................................... 22
2.3.4. Chế tạo màng BC nạp Curcumin .................................................... 22
2.3.5. Xác định lƣợng Curcumin nạp vào màng BC................................. 23
2.3.6. Xác định lƣợng thuốc giải phóng của màng BC đã nạp thuốc
Curcumin................................................................................................... 24
2.3.7. Phƣơng pháp thống kê và xử lý kết quả ......................................... 25
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ....................................................... 26
3.1. Nghiên cứu về độ dày màng ................................................................. 26
3.2. Tinh chế màng BC ................................................................................ 27
3.3. Thu màng BC nạp Curcumin ................................................................ 28
3.4. Giải phóng thuốc từ màng BC .............................................................. 30
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 38
1.Kết luận ..................................................................................................... 38
2.Kiến nghị: .................................................................................................. 38
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 39
PHỤ LỤC .......................................................................................................... 1


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Thành phần dinh dƣỡng trong nƣớc vo gạo ................................... 12
Bảng 2.1. Nồng độ Curcumin và giá trị OD427nm (n = 3) ................................ 19
Bảng 2.2. Môi trƣờng lên men tạo màng BC .................................................. 20
Bảng 2.3. Môi trƣờng đệm PBS ...................................................................... 22
Bảng 3.1. Kết quả thu màng BC tƣơi .............................................................. 26
Bảng 3.2. Giá trị đo quang phổ UV-Vis khi hấp thụ thuốc (OD) (n = 3) ....... 28
Bảng 3.3. Lƣợng thuốc hấp thụ vào màng BC (n = 3) .................................... 29

Bảng 3.4. Nồng độ Curcumin và giá trị quang phổ (OD) thu đƣợc (n = 3): .. 32
Bảng 3.5. Gía trị đo quang phổ UV-Vis khi giải phóng thuốc (n = 3) ........... 33
Bảng 3.6. Tỉ lệ giải phóng thuốc (n = 3) ......................................................... 34
Bảng 3.7. Hệ số tƣơng quan (R2), tốc độ giải phóng (K) của hai độ dày màng
BC.................................................................................................................... 36


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc hóa học cơ bản của BC: chuỗi polime ß-1,4-glucopyranose
không phân nhánh ........................................................................................... 10
Hình 2.1. Đồ thị đƣờng chuẩn Curcumin ........................................................ 19
Hình 3.1. Màng BC khi lên men ..................................................................... 26
Hình 3.2. Màng BC tinh chế ........................................................................... 28
Hình 3.3. Màng BC khi cho vào dung dịch Curcumin 5% ............................. 30
Hình 3.4. Màng BC sau khi nạp thuốc Curcumin ........................................... 30
Hình 3.5. Màng BC sau 8 giờ giải phóng thuốc ............................................. 31
Hình 3.6. Màng BC sau 24 giờ giải phóng thuốc ........................................... 31
Hình 3.7. Đƣờng chuẩn hồi quy của Curcumin .............................................. 32
Hình 3.8. Đồ thị giải phóng thuốc của Curcumin của màng BC .................... 33
Hình 3.9. Đồ thị tỉ lệ giải phóng thuốc của màng BC ..................................... 35


DANH MỤC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 2.1. Quá trình tạo màng BC .................................................................. 20
Sơ đồ 2.2. Quy trình nuôi cấy thu nhận BC .................................................... 21
Sơ đồ 3.1. Quy trình tinh chế màng BC .......................................................... 27


BẢNG VIẾT TẮT

Tên viết tắt

Tên tiếng anh

Tên tiếng Việt

A. xylinum

Acetobacter xylinum

Acetobacter xylinum

BC

Bacterial cellulose

Cellulose vi khuẩn

E. coli

Escherichia coli

Vi khuẩn đại tràng

OD

Optical Density

Mật độ quang phổ

MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Hiện nay, Acetobacter xylinum (A. xylinum) cũng nhƣ bacterial
cellulose (BC) là đối tƣợng của nhiều nghiên cứu ứng dụng của các nhà khoa
học trong nƣớc cũng nhƣ nƣớc ngoài. Theo kết quả nghiên cứu cho thấy màng
BC đƣợc tạo nên từ các nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm, có thể sản xuất trên quy
mô công nghiệp. BC là sản phẩm của một số loài vi khuẩn, đặc biệt là chủng
A. xylinum. BC đƣợc tạo thành từ A. xylinum có cấu trúc hóa học rất giống
cellulose của thực vật nhƣng có một số tính chất lý hóa đặc biệt nhƣ: độ bền
cơ học và khả năng thấm hút nƣớc cao, sức căng lớn, trọng lƣợng thấp, ổn
định về kích thƣớc và hƣớng, đƣờng kính sợi nhỏ, độ tinh khiết cao và độ
polymer hóa lớn, có khả năng phục hồi độ ẩm ban đầu, có thể bị phân hủy bởi
enzyme [5], … Vì vậy BC là một loại nguyên liệu mới, đƣợc ứng dụng trong
nhiều lĩnh vực nhƣ thực phẩm, công nghệ giấy, mỹ phẩm, … đặc biệt trong
lĩnh vực y học.
Gần đây, một số nghiên cứu trên thế giới về việc ứng dụng màng BC
làm hệ thống phân phối và vận chuyển thuốc qua da với một số loại thuốc có
hiệu quả rõ rệt, khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của thuốc ở dạng thông thƣờng.
Việc sử dụng màng BC cho việc thẩm thấu qua da của hàng loạt các loại
thuốc đã đƣợc nghiên cứu, cụ thể là lidocaine, ibuprophen, caffeine,
diclofenac và sulfadiazine bạc cho kết quả tích cực. Các kết quả nghiên cứu
này đã chứng minh rằng các tính chất cơ học của BC có độ bền và trƣơng nở
tƣơng tự nhƣ da ngƣời; hỗ trợ sự phát triển, lây lan, và di chuyển của tế bào
da của con ngƣời
Lợi thế lớn nhất từ việc sử dụng màng BC nạp thuốc là khả năng chữa
lành vết thƣơng, đặc tính bảo vệ, khả năng hấp thu dịch tiết với việc giải
phóng các loại thuốc trị liệu có liên quan. Hầu hết các chế phẩm đắp qua da

1

đƣợc sản xuất bởi các vật liệu khác nhau. Do đó, một hệ thống nạp thuốc có
khả năng giải phóng thuốc kéo dài có ít lớp, hoặc thậm chí một lớp duy nhất
có thể đơn giản hóa quy trình sản xuất và giảm chi phí.
Trong điều trị nhiễm khuẩn trên da không có triệu chứng toàn thân
đƣợc khuyến cáo tránh sử dụng các chế phẩm kháng sinh thƣờng đƣợc dùng
rộng rãi toàn thân nhƣ penicilin, sulfonamid, streptomycin, gentamicin, ... do
có khả năng gây mẫn cảm và tạo thuận lợi cho phát triển vi khuẩn kháng
thuốc. Để giảm thiểu phát triển vi khuẩn kháng thuốc, chỉ dùng các chế phẩm
chứa các loại kháng sinh bôi trên da.
Curcumin có nhiều tác dụng trong việc điều trị ung thƣ, đau dạ dày, có
khả năng mạnh mẽ giải độc và bảo vệ gan, bảo vệ và làm tăng hồng cầu, …
Ngoài ra Curcumin còn là một trong những chất chống viêm, chống oxi hóa
điển hình. Nó không chỉ điều trị đắc lực cho các bệnh ung thƣ, đau dạ dày, tá
tràng, … mà còn điều trị vừa nhẹ nhàng vừa hiệu quả cao các bệnh rối loạn hệ
miễn dịch nhƣ viêm toàn thân, viêm đa khớp, viêm lõi cầu khớp, bệnh đa sơ
cứng, bệnh cứng bì, loãng xƣơng, … Tuy nhiên, Curcumin cũng giống nhƣ
các chất oxi hóa khác, là con dao hai lƣỡi có nhiều tác dụng thì cũng có nhiều
hạn chế. Nhiều nghiên cứu đã thấy Curcumin có khả năng thẩm thấu qua da
thấp, nhanh bị khô trên bề mặt da [1, 2, 3], …
Từ các nghiên cứu về màng BC và một số hạn chế của Curcumin trong
điều trị kháng viêm trên da, xét thấy đây là hƣớng nghiên cứu mới và triển
vọng. Đó là lí do em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu hệ thống vận tải và phân
phối thuốc Curcumin của màng bacterial cellulose lên men từ nước vo gạo
định hướng sử dụng qua da”.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu quy trình nuôi cấy và thu sản phẩm BC từ A. xylinum từ đó
chế tạo hệ thống vận tải và phân phối thuốc dựa trên màng BC nhằm khắc

2


phục đƣợc hạn chế của thuốc, tạo hệ giải phóng thuốc kéo dài, có thể giúp
tăng lƣợng thuốc hấp thụ vào cơ thể để thuốc phát huy đƣợc hiệu quả tốt nhất
trong việc chữa trị bệnh và làm đẹp.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tƣợng nghiên cứu: Sự vận tải và phân phối thuốc Curcumin của màng
bacterial cellulose qua da.
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu invitro (nghiên cứu ngoài cơ thể).
- Địa điểm nghiên cứu: Phòng thí nghiệm sinh lý ngƣời và động vật trƣờng
ĐHSP Hà Nội 2; Trung tâm Hỗ trợ nghiên cứu khoa học và chuyển giao công
nghệ trƣờng ĐHSP Hà Nội 2.
4. Nội dung nghiên cứu
- Thiết kế, tạo màng BC, nạp Curcumin vào màng.
- Thử nghiệm tác dụng của màng BC nạp Curcumin trong quá trình phân phối
thuốc định hƣớng sử dụng qua da. Đánh giá sự vận tải và phân phối thuốc của
màng BC.
5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
 Ý nghĩa khoa học: Tăng thêm hiểu biết về ứng dụng của màng BC
Về mặt khoa học thì việc nghiên cứu ứng dụng màng BC vào việc khắc
phục hạn chế của thuốc Curcumin sẽ mở ra một hƣớng nghiên cứu mới không
chỉ dừng lại ở việc khắc phục hạn chế của thuốc này mà còn có thể ứng dụng
trên nhiều các loại thuốc khác nữa giúp cho ngành y học ngày một phát triển
hơn.
Bên cạnh đó ta cũng có thể tìm ra đƣợc những ƣu nhƣợc điểm của
màng BC để từ đó có những hƣớng nghiên cứu làm tăng các đặc tính cả màng
BC, hạn chế các yếu điểm của màng để ứng dụng màng trên nhiều các lĩnh
vực khác nhau.
 Ý nghĩa thực tiễn

3


+ Xây dựng đƣợc quy trình tạo màng BC từ chủng A. xylinum
+ Từ màng BC đã đƣợc tạo ra đƣợc dùng làm hệ thống vận tải và
phân phối thuốc
+ Từ kết quả nghiên cứu đƣợc có thể áp dụng vào thực tiễn.

4


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1.Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
1.1.1.Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Trên thế giới màng Bacterial cellulose (BC) đã đƣợc ứng dụng rất
nhiều trong các lĩnh vực công nghệ khác nhau. Tác giả Brown (1989), dùng
màng BC làm môi trƣờng phân tách cho quá trình xử lí nƣớc, dùng làm chất
mang đặc biệt cho các pin và năng lƣợng cho tế bào. Brown (1989), Jonas và
Farad (1998) dùng màng nhƣ là một chất để chất biến đổi độ nhớt trong sản
xuất các sợi truyền quang, làm môi trƣờng cơ chất trong sinh học, thực phẩm
hay thay thế thực phẩm [9]. Đặc biệt trong lĩnh vực y học, màng BC đã đƣợc
ứng dụng làm da tạm thời thay thế da trong quá trình điều trị bỏng, loét da,
làm mạch máu nhân tạo điếu trị các bệnh tim mạch; làm mặt nạ dƣỡng da cho
con ngƣời [9].
Tính đến cuối năm 2014 trên thế giới chỉ có 18 nghiên cứu ứng dụng
BC trong vận tải và phân phối thuốc đã đƣợc báo cáo [6], 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. Nhƣ vậy, trong lĩnh vực này cần tiếp

tục đƣợc tiến hành nghiên cứu.
Một số nghiên cứu trên thế giới về việc ứng dụng màng BC làm hệ
thống phân phối và vận chuyển thuốc qua da với một số loại thuốc đã cho
thấy có hiệu quả rõ rệt, khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của thuốc ở dạng thông
thƣờng [9]. Nghiên cứu của Wei B. và cộng sự (2011) cho thấy màng khô BC
thu đƣợc 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 đƣợc tìm thấy là 0,116 kg/cm2, và tác dụng của
thuốc kéo dài ít nhất 24 giờ chống lại hoạt động của S.aureus và B.subtilis.
5


Sợi BC 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 [22]. Nghiên cứu khác cho thấy
việc sử dụng Nanocomposites bạc với BC đã cho hiệu quả kháng khuẩn cao
[16]. Các S-enantiomer của propranolol, một loại thuốc chống cao huyết áp,
có đƣợc giải phóng từ một lớp composite của BC với methacrylate, và đã thử
nghiệm invivo cho kết quả tốt [7, 10]. Một miếng dán có thể giải phóng thuốc
enantiomeric đã đƣợc chứng minh bằng cách sử dụng một bể chứa gel và
polyme in dấu phân tử (MIP) màng. Nghiên cứu về gel miếng dán gồm của
chitosan và poloxamer chứng minh rằng sau 8 giờ, Cmax của S-propranolol đã
đạt đƣợc (8,0 ± 1,0 ng/ml) từ một hồ chứa 1,5 mg propranolol racemic [13].
Tiềm năng vận tải và phân phối thuốc của màng BC qua da đã đƣợc nghiên
cứu bằng cách tải tetracycline trong chùm electron mẫu chiếu xạ và không
đƣợc chiếu xạ. BC không chiếu xạ cho phép giải phóng thuốc nhanh hơn so
với ảnh hƣởng của BC chiếu xạ. Kết quả nghiên cứu này cho thấy màng BC
không chỉ có khả năng vận tải mà còn đề xuất một mô hình cho giải phóng
thuốc qua màng [6]. Việc sử dụng màng BC cho việc thẩm thấu qua da của
nhiều thuốc, cụ thể là lidocaine [20, 21], ibuprophen [21], caffeine [18],
diclofenac [17] và sulfadiazine bạc [12] cho kết quả tích cực. Các kết quả

nghiên cứu cho thấy việc bổ sung glycerol vào màng BC giúp màng linh động
hơn và tạo điều kiện giữ ẩm cho bề mặt da. Tất cả 5 loại thuốc trên đã đƣợc
thử nghiệm invitro cho thẩm thấu qua da [13] và so sánh với cách thức thông
thƣờng. Kết quả cho thấy ibuprofen là chất ƣu mỡ thấm qua màng BC cao
hơn gần ba lần những quan sát trong gel hoặc các giải pháp PEG400;
lidocaine hydrochloride thẩm thấu qua màng chậm hơn ibuprofen, do màng
BC có cấu trúc mạng không gian ba chiều phức tạp đã làm cho sự khuếch tán
của thuốc đƣợc kéo dài và làm giảm tỷ lệ giải phóng thuốc khi so sánh với các
cách thức thông thƣờng, đây là một lợi thế cho việc điều trị dài hạn của thuốc

6


mà không gây tình trạng quá mẫn [21]. Luan J. et al. (2012) [12], đã nghiên
cứu màng BC cho băng vết thƣơng nạp sulfadiazine bạc, một loại thuốc phổ
biến đƣợc sử dụng trong điều trị vết thƣơng nhiễm khuẩn do bỏng. Nó đã
đƣợc chứng minh rằng sau khi sử dụng màng BC ngâm tẩm bạc sulfadiazine,
hoạt động kháng khuẩn đối với P. aeruginosa, E. coli và S. aureus đạt hiệu
quả tốt hơn dạng kem bôi thông thƣờng.
1.1.2.Tình hình nghiên cứu trong nước
Ở Việt Nam, việc nghiên cứu và ứng dụng màng BC còn ở mức độ
khiêm tốn, các nghiên cứu ứng dụng mới chỉ dừng lại bƣớc đầu nghiên cứu.
Các kết quả ứng dụng của màng BC hầu nhƣ mới chỉ dừng lại ở điều kiện thí
nghiệm.
Trong những năm gần đây phòng thí nghiệm Thực vật-Vi sinh Trƣờng
Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2 phân lập tuyển chọn đƣợc chủng A. xylinum có
khả năng tạo màng BC và những nghiên cứu bƣớc đầu cho thấy màng BC từ
chủng A. xylinum có khả năng ứng dụng cho trị bỏng cho thỏ là cơ sở để tạo
ra màng trị bỏng cho ngƣời [5].
Tại Đại học Y dƣợc Thành phố Hồ Chí Minh, Nguyễn Văn Thanh

cùng nhóm nghiên cứu đã thành công với đề tài “Nghiên cứu chế tạo màng
cellulose trị bỏng từ Acetobacter xylinum”.
Nguyễn Văn Thanh và cộng sự (2006) [5] đã tiến hành nuôi cấy, tinh
chế và thu màng BC từ A. xylinum đạt hiệu quả cao. Đồng thời nhóm nghiên
cứu trên cũng đã tiến hành thử nghiệm invivo trong ứng dụng màng BC điều
trị bỏng với 2 loại màng BC 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.
Mong muốn khắc phục đƣợc một số tác dụng phụ của thuốc Curcumin
trong việc làm đẹp, nâng cao tối đa hiệu quả của thuốc mà tiết kiệm đƣợc chi

7


phí. Màng BC có thể tự sản xuất trong nƣớc từ những nguồn nguyên liệu dễ
kiếm và giá thành thấp, có những đặc tính phù hợp trong việc thiết kế, chế tạo
hệ thống vận tải và phân phối thuốc Curcumin.
1.2. Tổng quan về đối tƣợng, lĩnh vực nghiên cứu.
1.2.1. Đặc điểm phân loại của A. xylinum
1.2.1.1. Vị trí phân loại của A. xylinum
A. xylinum thuộc nhóm vi khuẩn Acetic, chi Acetobacter, họ
Pseudomonadaceae [15].
Là loại hiếu khí bắt buộc, có chu mao và sản xuất cellulose ngoại bào.
Theo khóa phân loại của Bergey, A. xylinum thuộc [15]:
 Lớp: Schizomycetes
 Bộ: Pseudomonadales
 Bộ phụ: Pseudomonadieae
 Họ: Pseudomonadaceae
1.2.1.2. Đặc điểm vi khuẩn A. xylinum
A. xylinum có dạng hình que, thẳng hay hơi cong, kích thƣớc 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, nhƣng khi tế bào
già hay do điều kiện môi trƣờng nuôi cấy, hình dạng có thể bị biến đổi: tế bào
dài hơn, phình to ra, phân nhánh hoặc không phân nhánh [15].
Trong môi trƣờng nuôi cấy rắn, sau khoảng từ 3-7 ngày nuôi cấy, sẽ thu
đƣợc khuẩn lạc nhỏ rồi lớn dần, đƣờng kính hạt từ 2-5 mm, tròn, nhày, rìa
mép trơn, có màu kem, hơi trong. Nhƣng sau một tuần khuẩn lạc to, đục, có
màu cafe sữa rồi khô dần [15].

8


1.2.1.3. Nhu cầu dinh dƣỡng của vi khuẩn A. xylinum
A. xylinum là loài vi khuẩn hiếu khí. Nhiệt độ tối ƣu cho vi khuẩn phát
triển từ 25-30°C. Ở nhiệt độ 37°C tế bào sẽ bị suy thoái hoàn toàn. Nhiệt độ
thích hợp nhất là 25°C [11].
Vi khuẩn tăng trƣởng trong khoảng pH từ 3-8, pH tối ƣu để sản xuất
cellulose là 5,5 .
Nghiên cứu gần đây của Maccormick và cộng sự cho rằng A. xylinum
có khả năng chịu đƣợc hàm lƣợng EtOH lên đến 10%. A. xylinum sử dụng
cacbon từ nhiều loại đƣờng khác nhau, tùy thuộc vào chủng mà lƣợng đƣờng
có thể thay đổi, nhƣng đƣờng hay đƣợc sử dụng và cho hiệu suất cao là:
glucose, fructose, manitol, sorbitol, nguồn đƣờng cho hiệu suất thấp hơn là
glycerol, galactose, sucrose, maltose [11].
A. xylinum có thể tích tụ acid acetic trong môi trƣờng nuôi cấy. Các tế
bào vi khuẩn kháng lại đƣợc sự thay đổi pH của môi trƣờng. Trong lúc nuôi
cấy môi trƣờng có thể giảm đi từ 1-2 đơn vị do sự tạo ra acid acetic, acid
gluconic, do đó khi nuôi cấy, để tránh nhiễm các loài vi khuẩn lạ, ngƣời ta
thƣờng bổ sung acid acetic vào môi trƣờng [11].
Trong môi trƣờng nuôi cấy lỏng, vi khuẩn sử dụng đƣờng để chuyển

hóa thành cellulose tạo lớp màng dày trên bề mặt của môi trƣờng. Sau 36-48
giờ lớp màng dày, trong và đạt đến độ dày nhất định sau 7-10 ngày [11].
1.2.2 . Cấu trúc đặc tính của màng BC tạo bởi A. xylinum
1.2.2.1. Cấu trúc
Cellulose vi khuẩn cấu tạo bởi những chuỗi polimer ß-1,4glucopyranose không phân nhánh. Những nghiên cứu đã cho thấy cấu trúc
hóa học cơ bản của BC giống cellulose của thực vật (plant cellulose-PC), tuy
nhiên chúng khác nhau về cấu trúc đại thể [19].

9


Hình 1.1. Cấu trúc hóa học cơ bản của BC: chuỗi polime ß-1,4glucopyranose không phân nhánh
Theo AJ. Brown (1886), BC gồm nhiều sợi siêu nhỏ có bản chất là
hemicellulose, đƣờng kính 1,5 nm, kết hợp với nhau thành bó, nhiều bó hợp
thành dãy, mỗi dãy dài khoảng 100 nm, rộng khoảng 3-8 nm [19].
Đặc tính cấu trúc của BC phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện nuôi cấy.
(Watanabe et al.,1998a; Yamanaka et al.,2000).
Khi nuôi cấy theo phƣơng pháp tĩnh, A. xylinum tạo ra cellulose nhiều
hơn và tạo thành màng dày trên bề mặt môi trƣờng. Màng BC thu đƣợc dẻo
dai, dày, có màu trắng trong hơi ngả màu vàng. BC đƣợc tạo ra từ phƣơng
pháp nuôi cấy tĩnh gọi là S-BC (S-BC: Static-Bacterial cellulose) trong đó
chuỗi ß-1,4-glucogan xếp song song quanh trục. Các sợi cellulose sơ cấp
đƣợc đẩy ra từ các lỗ nằm trên bề mặt của tế bào vi khuẩn, các sợi sơ cấp này
kết tinh lại thành các vi sợi đƣợc đẩy ra bên ngoài môi trƣờng nuôi cấy và các
dãy cellulose tạo nên các mặt phẳng song song có vai trò chống đỡ cho tế bào
A. xylinum [19].
1.2.2.2. Đặc tính của màng BC
Trong nuôi cấy tĩnh, BC tích lũy trên bề mặt môi trƣờng dinh dƣỡng
lỏng thành lớp màng mỏng nhƣ da, sau khi tinh chế và làm khô tạo thành sản
phẩm tƣơng tự nhƣ giấy da với độ dày 0,01-0,5 nm. Sản phẩm này có những

tính chất rất đặc biệt nhƣ: 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, bề mặt tiếp xúc lớn hơn gỗ
10


thƣờng, 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 BC đƣợc ứng dụng rất nhiều
trong các ngành công nghiệp khác nhau trong đó có y học [5].
1.2.2.3. Chức năng sinh lý của BC
A. xylinum là vi khuẩn tổng hợp polysaccharide ngoại bào, những tế
bào vi khuẩn này nằm trong mạng lƣới polymer giúp tế bào bám chặt vào bề
mặt môi trƣờng và thu nhận chất dinh dƣỡng dễ dàng hơn so với tế bào vi
khuẩn không nằm trong mạng lƣới polymer [5].
Cellulose có các đặc tính nhƣ độ bền cơ học cao, tính thấm và hút cao,
trạng thái kết tinh giúp A. xylinum kháng lại sự thay đổi của môi trƣờng nhƣ
việc thay đổi xuống 1 hay 2 đơn vị pH trong thời gian nuôi cấy hay do lƣợng
nƣớc bị giảm đi, các chất chuyển hóa đƣợc sinh ra [5].
1.2.2.4. Môi trƣờng nuôi cấy A. xylinum
Môi trƣờng nuôi cấy A. xylinum là môi trƣờng tổng hợp từ các nguồn
dinh dƣỡng cần thiết nhƣ nguồn cacbon, nito, nguồn sulfur và phospho, các
yếu tố tăng trƣởng và các yếu tố vi lƣợng [11].
A. xylinum là loài có khả năng tổng hợp cellulose từ nguồn
cacbonhydrat. Nguồn cacbonhydrat mà A. xylinum sử dụng là glucose,
fructose, manitol, sorbitol nếu sử dụng glycerol, glactose, lactose, sucrose cho
hiệu suất thấp hơn, không nên sử dụng mannose, cellobiose, erythriol, acetate.
Việc sử dụng các loại đƣờng cũng nhƣ nồng độ các loại đƣờng trong môi
trƣờng còn phụ thuộc vào những chủng A. xylinum khác nhau [11].
Nhu cầu sử dụng đƣờng 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 nhƣ: rỉ đƣờng,

nƣớc dừa già, nƣớc mía, ... để làm nguyên liệu trong nuôi cấy A. xylinum.

11


Trong đó nƣớc gạo đƣợc xem là môi trƣờng kinh điển trong nuôi cấy A.
xylinum.
Nƣớc vo gạo là môi trƣờng thích hợp để nuôi cấy vi khuẩn vì trong
nƣớc gạo có chứa rất nhiều chất dinh dƣỡng và các vitamin nhƣ cacbonhydrat,
sắt, vitamin C, vitamin B, ... Vì vậy A. xylinum rất thích hợp phát triển trong
môi trƣờng nƣớc gạo, thành phần dinh dƣỡng của nƣớc gạo đƣợc thể hiện ở
bảng 1.1:
Bảng 1.1. Thành phần dinh dƣỡng trong nƣớc vo gạo
Thành phần

Hàm lƣợng

Vitamin nhóm B ( B1, B2,B5,B6)

30% - 60%

Protein

15,7%

Đƣờng

2%

Kháng chất

Fe ( 7% - 8%) , Zn ( 12% -13%)

Axitamin

leucine , valine , lysine

1.2.3. Sơ lƣợc về Curcumin
1.2.3.1. Tìm hiểu về Curcumin
Tên IUPAC: (1E, 6E)-1,7-bis(4-hydroxy-3-metoxyphenyl)-1,6heptadien-3,5-dion.
Công thức phân tử: C21H20O6
Phân tử khối: 368,38 g/mol.
Curcumin là tinh thể nâu đỏ ánh tím, không tan trong nƣớc, tan trong
rƣợu, ete, clorofoc, dung dịch có huỳnh quang màu xanh. Hiện tại ngƣời ta
tìm thấy Curcumin tồn tại ở 4 dạng hợp chất:

12


+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 số hợp chất mới phát hiện là xiclocurcumin chiếm khoảng
1%:

Xiclocurcumin
1.2.3.2. Dƣợc tính của Curcumin
Curcumin có tác dụng chống viêm, kháng khuẩn, chống oxy hóa dọn
sạch gốc tự do điển hình gấp 300 lần vitamin E. Curcumin tốt cho tiêu hóa,
não bộ, thần kinh, viêm khớp, hỗ trợ ngăn ngừa ung thƣ, giảm lipit máu, tiểu

13


đƣờng, … Hiện nay, trong y học Curcumin đƣợc sử dụng nhiều nhất trong
điều trị viêm loét dạ dày, tá tràng, phòng chống ung thƣ, làm đẹp cho phụ nữ
sau sinh [1, 2, 3].
Curcumin là chất hủy diệt ung thƣ vào loại mạnh nhất theo cơ chế hủy
diệt từng bƣớc các tế bào ác tính. Chúng làm vô hiệu hóa tế bào ung thƣ và
ngăn chặn không cho hình thành các tế bào ung thƣ mới. Trong khi đó các tế
bào lành tính không bị ảnh hƣởng. Curcumin đƣợc coi là chất tiêu biểu nhất
cho thế hệ mới các chất chống ung thƣ vừa rất hiệu lực vừa an toàn [1, 2, 3].
Curcumin có khả năng mạnh mẽ giải độc và bảo vệ gan, bảo vệ 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 cƣờng sắc đẹp, ...
Curcumin là một trong những chất chống viêm, chống ôxi hóa điển
hình. Nó không chỉ góp phần vào điều trị ung thƣ, loét dạ dày, hành tá tràng,
đại tràng, yếu gan mật, ... mà còn điều trị vừa nhẹ nhàng vừa hiệu quả các
bệnh rối loạn hệ miễn dịch nhƣ viêm toàn thân, viêm đa khớp, viêm lõi đầu
khớp, đau hệ tiêu hóa, rối loạn tuyến giáp, ... hỗ trợ điều trị bệnh Parkison,
nhũn não [1, 2, 3].
Curcumin có khả năng kháng nấm, kháng khuẩn nhƣ virus HP, viêm
gan B, ... rất cao [1, 2, 3].

1.2.3.3. Hạn chế của Curcumin
Theo Kawanishi et al. (2005), Curcumin cũng giống nhƣ các chất
chống oxy hóa khác, là con dao hai lƣỡi. Các nghiên cứu lâm sàng trên ngƣời
với 2-12 g Curcumin cho thấy các tác dụng phụ nhƣ 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.

14


1.2.4.Tình hình nghiên cứu về Curcumin
1.2.4.1. Trên thế giới
Năm 2007 Marín YE và cộng sự đã công bố Curcumin có khả năng
điều hòa giảm khả năng biểu hiện gen NF-kB và COX2, các gen này mất
kiểm soát là nguyên nhân dẫn đến ung thƣ, ung thƣ di căn, thoái hóa thần
kinh, viêm khớp, hen phế quản, dị tật bẩm sinh, tác nhân gây viêm và đau.
Một nghiên cứu khác của J.Duan và cộng sự năm 2010 đã chứng minh tác
dụng làm giảm kích thƣớc khối u thực nghiệm gây trên chuột bằng dòng tế
bào gan của Nanochitosan với kích thƣớc < 250, kết quả trên hình cho thấy
kích thƣớc khối u giảm đáng kể so với đối chứng.
Nghiên cứu năm 2007, tại Đại học Y khoa MaryLand khẳng định
Curcumin giúp trị các rối loạn về da, mụn trứng cá, phát ban, mụn cóc nhờ cơ
chế chống viêm, dọn sạch các tế bào gốc tự do. Tiếp đó, năm 2010 theo tạp
chí những tiến bộ trong y học thực nghiệm và nghiên cứu Đại học Y tế
Bethesda, Mỹ chứng minh Curcurmin tác động lên lớp bề mặt da và sâu hơn
giúp giảm tích tụ sắc tố, tăng đào thải hắc sắc tố melanin sinh ra nám và ngăn
cản tác hại của tia tử ngoại, đồng thời kích thích quá trình trao đổi chất ở các
mạch máu dƣới da, nuôi dƣỡng và đẩy nhanh quá trình tái tạo tế bào da tăng
lắng đọng collagen giúp da căng mịn, hồng hào, tƣơi trẻ, trắng sáng hơn và
xóa mờ vết nám một cách tự nhiên.

Năm 2009 J. Shaikh và cộng sự đã nghiên cứu so sánh khả năng hấp
thu của các dạng Curcumin nhƣ Curcumin thƣờng, Curcumin Nano,
Curcumin kết hợp với piperin. Ở liều sử dụng Nano Curcumin 100 mg/kg thể
trọng chuột; 250 mg/kg Curcumin thƣờng và 250 mg/kg Curcumin + 10
mg/kg piperin kết quả là nồng độ Curcumin trong máu của lô dùng Nano
Curcumin đạt cao nhất sau 2 giờ và đạt 260 ng/ml; Curcumin thƣờng chỉ đạt
90,3 ng/msl, và Curcumin kết hợp piperin đạt 121,2 ng/ml sau 0,5-0,75 giờ.

15


Thời gian tồn tại Curcumin trong máu của lô chuột dùng Nano Cucumin duy
trì sau 48 giờ.
Năm 2011 Hiroki Sasaki và cộng sự đã nghiên cứu xác định nồng độ
Curcumin trong máu của ngƣời dùng Nano Curcumin và Curcumin thƣờng ở
cùng liều lƣợng là 30 mg. Kết quả cho thấy sau 1 giờ nhóm ngƣời dùng Nano
Curcumin có nồng độ Curcumin trong máu là 30 ng/ml, trong khi đó nhóm
ngƣời dùng Curcumin thƣờng chỉ đạt nồng độ cao nhất là 1,8 ng/ml. Đặc biệt
nồng độ Curcumin cao trong máu của nhóm ngƣời dùng Nano Curcumin duy
trì một thời gian dài trong khoảng 24 giờ. Điều này đã chứng minh đặc điểm
vƣợt trội của Nano Curcumin trong điều trị.
Nhiều tài liệu đã công bố về hoạt tính sinh học của Curcumin đặc biệt
là hoạt tính hủy diệt tế bào ung thƣ theo nhiều cơ chế khác nhau. Do vậy
Curcumin có hiệu quả trị liệu ung thƣ ở các giai đoạn khác nhau của bệnh.
Theo Ornchuma Naksuriya và cộng sự năm 2014 đã công bố kết quả
nghiên cứu tác dụng làm giảm kích thƣớc khối u gây mô hình động vật thực
nghiêm khi cho uống ở liều 20 mg/kg chuột sau 16 tuần theo dõi. Cũng công
trình này tác giả đã chứng minh khi phối hợp Nano Curcumin và các hoạt chất
chữa ung thƣ khác nhƣ paclitaxel đã làm giảm liều sử dụng và làm tăng hiệu
quả chữa trị ung thƣ đáng kể.

1.2.4.2. Tại Việt Nam
Theo phó giáo sƣ Phạm Hữu Lý, nghiên cứu viên cao cấp, phó chủ tịch
hội đồng khoa học, Viện Hóa học, Viện Hàn lâm khoa học và Công nghệ Việt
Nam cho biết, bằng sáng chế đầu tiên trên thế giới về Nano Curcumin đƣợc
công bố từ năm 2000, từ đó đến nay Nano Curcumin đã trở thành tâm điểm
nghiên cứu của các nhà khoa học với 254 bằng phát minh. 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 nhƣ Viện

16