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

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ 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 TRƢỜNG CHUẨN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Sinh lý học ngƣời và động vật
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học
TS. Nguyễn Xuân Thành

HÀ NỘI, 2017


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy:
TS. Nguyễn Xuân Thành, ngƣời đã hƣớng dẫn, chỉ bảo tận tình, giúp đỡ em
trong suốt quá trình nghiên cứu đã giúp em đật đƣợc kết quả này.
Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trƣờng 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 đƣợc 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 đƣợc sự góp ý quý báu của quý thầy cô và các bạn sinh viên để khóa
luận tốt nghiệp của em đƣợc 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 dƣới sự hƣớng
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


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Cur:

Curcumin

CVK:

Cellulose vi khuẩn

A. xylinum:

Acetobacter xylinum

HS:

Hestrin - Schramm

TH1:

Trƣờng hợp 1

TH2:

Trƣờng hợp 2


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
Chƣơng 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
Chƣơng 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG 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 đƣợc sử dụng trong nghiên cứu ....................................... 17
2.1.3. Vật liệu làm môi trƣờng nuôi cấy vi sinh vật tạo màng CVK ...... 17
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu...................................................................... 18
2.2.1. Chuẩn bị màng CVK ..................................................................... 18
2.2.2. Chế tạo màng CVK nạp thuốc Cur ............................................... 20


Chƣơng 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 lƣợng thuốc nạp đƣợc 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 dƣỡng của cao nấm men ....................................... 6
Bảng 1.2: Ảnh hƣởng của pH lên màu và dạng tồn tại của Curcumin ........... 12
Bảng 2.1: Thành phần môi trƣờng tạo màng CVK ......................................... 18
Bảng 2.2: Mật độ quang (OD) của dung dịch Curcumin ở các nồng độ ........ 20
Bảng 2.3: Các trƣờng 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: Lƣợng thuốc hấp thụ Cur qua màng CVK ở TH1 (n = 3)............... 28
Bảng 3.3: Lƣợng 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: Phƣơng trình đƣờng chuẩn Cur dung môi là etanol 96° ................. 21
Hình 3.1: Nuôi cấy màng CVK lên từ môi trƣờng 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 trƣờng hợp ........................................................... 26
Hình 3.6: CVK thu đƣợc sau khi hấp thụ thuốc.............................................. 27
Hình 3.7: Hiệu suất hấp thụ Cur ở 2 độ dày màng của 2 trƣờng 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 đƣợc báo cáo lần
đầu tiên vào năm 1886 bởi A. J. Brown và vào nửa sau của thế kỷ XX CVK
đƣợc chú ý nhiều hơn, đến nay CVK đang là đối tƣợng của nhiều nghiên cứu
ứng dụng của các nhà khoa học trong nƣớc cũng nhƣ nƣớc ngoài. Theo các

kết quả nghiên cứu cho thấy màng CVK có nhiều ƣu điểm hơn các vật liệu
sinh học khác nhƣ nguồn nguyên liệu, quy mô sản xuất, tính chất sinh học,…
đã đem lại tiềm năng khai thác ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nhƣ thực phẩm,
y học, mỹ phẩm,...
Đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ dƣợc phẩm đang mở rộng nhanh
chóng do sự gia tăng số lƣợng các phƣơng pháp phân phối thuốc. Sự phân
phối dƣợc phẩm thành công bị ảnh hƣởng 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 vƣợt trội so với các polyme tự nhiên và tổng hợp khác.
Curcumin (Cur) là sắc tố tạo nên màu vàng đặc trƣng 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 nhƣ một hoạt chất
của thời đại với số lƣợng trên 1000 nghiên cứu và trên 6000 bài báo viết về
tác dụng. Thƣ 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

1


đó có tới 3510 bài báo nghiên cứu liên quan đến bệnh ung thƣ. 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 đƣợc sự quan tâm của ngành
Y học trên toàn thế giới. Tại Hoa Kỳ, Cur đã đƣợc cấp "Chứng nhận An toàn
"(GRAS) theo FDA. Từ năm 2008, đã có rất nhiều thử nghiệm lâm sàng trên
ngƣời 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 thƣ khác nhau và khả năng ức chế đƣợc
hoạt tính của các yếu tố trên nên có thể chống đƣợc các triệu chứng do ung
thƣ 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 nhƣ các chất oxi hóa khác, là con dao hai
lƣỡi có nhiều tác dụng thì cũng có nhiều hạn chế. Rào cản lớn khiến tinh chất
nghệ Cur chƣa đƣợc ứng dụng rộng rãi là do Cur tan rất ít trong nƣớc
(0.001%), sinh khả dụng thấp [30]. Khi dùng theo đƣờng uống, Cur hòa tan
một phần rất nhỏ vào các dịch thể của ống tiêu hóa, chỉ 7 - 10% Cur đƣợc 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 ngƣời nhƣng biểu hiện sinh khả dụng
kém. Nguyên nhân chính làm Cur hấp thụ vào huyết tƣơng và mô thấp là do
Cur kém hấp thu, chuyển hóa nhanh chóng, và loại bỏ hệ thống nhanh chóng
[19]. Ngoài đƣờng uống Cur cũng có thể sử dụng qua da nhƣng có khả năng
thẩm thấu qua da thấp, nhanh bị khô trên bề mặt da [1]. Vì vậy cần sử dụng
phƣơng pháp mới để tăng cƣờng hấp thụ Cur.
Vậy nên, dựa trên tiềm năng sử dụng của màng CVK có thể tạo ra hệ
thống tăng cƣờng khả năng hấp thụ thuốc Cur, từ đó có thể kéo dài thời gian

2


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 trƣờng chuẩn Hestrin - Schramm (HS).
- Nghiên cứu hệ thống CVK đƣợc hấp thụ thuốc Cur từ đó nhằm tìm ra

trƣờng hợp khả năng hấp thụ thuốc Cur tối đa vào màng CVK.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Tạo đƣợc màng CVK từ môi trƣờng 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
trƣờng hợp khác nhau về kích thƣớc, độ dày màng, nhiệt độ.
- Khảo sát, đánh giá khả năng hấp thụ thuốc thông qua hệ thống trong 1
số trƣờng hợp.
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
4.1. Ý nghĩa khoa học
- Tiếp tục nghiên cứu tiềm năng của màng CVK trong việc hấp thụ thuốc
tại chỗ. Việc nghiên cứu ứng dụng màng CVK có thể khắc phục hạn chế của
thuốc Cur dạng thƣơng mại sẽ mở ra một hƣớng sản xuất thuốc hiệu quả,
mang lại lợi ích cho việc điều trị.
- Đánh giá những tiềm năng của màng CVK hấp thụ Cur để từ đó có thể
đề xuất hƣớng nghiên cứu trên các loại thuốc khác.
4.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Sử dụng màng CVK làm hệ thống hấp thụ thuốc Cur định hƣớng tạo ra hệ
thống khắc phục những hạn chế trong việc điều trị của Cur dạng thƣơng mại.
- Định hƣớng nâng cao hiệu quả sử dụng Cur.

3


NỘI DUNG
Chƣơng 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 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, 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 đƣợc ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp khác nhau trong đó
có y học. CVK là một polymer sinh học có tính năng vƣợt trội, là tác nhân
tăng cƣờng và là chất bọc ngoài cho các ứng dụng giải phóng loại thuốc đã
đƣợc nghiên cứu [33], [38]. Màng CVK và hình ảnh hiển vi điện tử quét của
một mẫu CVK đƣợc thể hiển thị ở hình 1.1.

A

B
Hình 1.2. Màng CVK

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

4


1.1.1. Vi khuẩn sản sinh ra CVK
CVK đƣợc tổng hợp từ một số loại vi khuẩn nhƣ: 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 thƣớc 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, 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. A. xylinum thuộc
loại vi khuẩn hiếu khí bắt buộc vì thế chúng tăng trƣởng ở bề mặt tiếp xúc
giữa môi trƣờng lỏng và môi trƣờng khí và có khả năng tạo màng cellulose
trên môi trƣờng nuôi cấy [11].
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 cà phê sữa rồi khô dần [11].
1.1.2. Nguyên liệu để nuôi A. xylinum nhằm thu màng CVK
Môi trƣờng nuôi cấy A. xylinum là môi trƣờng tổng hợp từ các nguồn
dinh dƣỡng cần thiết nhƣ nguồn cacbon, nitơ, nguồn sulfur và phospho, các
yếu tố tăng trƣởng và các yếu tố vi lƣợng.
Môi trƣờng chuẩn (Hestrin và Schramm (HS)) là môi trƣờng nuôi cấy
thƣờng đƣợc sử dụng để sản xuất CVK, dù là nuôi cấy tĩnh hoặc động, đƣợc
mô tả lần đầu tiên vào năm 1954 bởi Schramm và Hestrin [40].

5


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 đƣợc sử
dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm nhƣ là hƣơng liệu thực
phẩm, chất phụ gia và vitamin bổ sung cũng nhƣ nguồn dinh dƣỡng cho môi
trƣờng 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 thƣờng 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 đƣợc chứng

minh bằng nhiều nghiên cứu [31].
Thành phần dinh dƣỡng của cao nấm men [47], đƣợc thể hiện ở bảng 1.1.
Bảng 1.1: Thành phần dinh dƣỡng của cao nấm men
Giá trị dinh dƣỡng

100g

Calo

185kcal

Lipid

0.9g

Cholesterol

0g

Natri

2.962mg

Kali

2.100mg

Cacbohydrat

20g

Chất xơ

7g

Đƣờng

1.6g

Protein

24g

Vitamin A

0IU

Vitamin C

0mg

Canxi

67mg

Sắt

4mg

6

Vitamin D

0IU

Vitamin B6

0mg

Vitamin B12

0,5µg

Magie

180mg

1.1.3. Đặc điểm cấu trúc của CVK
Màng CVK cấu tạo bởi những chuỗi polimer β - 1,4 - glucopyranose
không phân nhánh (nhƣ 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 phƣơng pháp tĩnh (S - CVK: Static-Bacterial Cellulose), A.
xylinum tạo ra cellulose nhiều hơn và tạo thành màng dày trên bề mặt môi
trƣờng. Màng CVK thu đƣợc dẻo dai, dày, có màu trắng trong hơi ngả màu
vàng. Khi nuôi cấy động (A - BC: Agitated - Bacterial Cellulose), một lƣợng

nhỏ cellulose đƣợc hình thành dƣới dạng huyền phù phân tán trong đó chuỗi
β-1,4-glucan xếp một cách ngẫu nhiên. CVK đƣợc tạo ra bằng phƣơng pháp
nuôi cấy động dƣới dạng các hạt nhỏ, các sợi rối rắm, cong và không trật tự
do sự dao động của môi trƣờng nuôi cấy. Lƣợng CVK đƣợc sinh ra giữa hai

7


phƣơng pháp nuôi cấy động và tĩnh cũng khác nhau: khối lƣợng màng khô
của phƣơng 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 tƣơng đồng với các thành phần ngoại bào, đặc biệt với
collagen. Các sợi collagen và CVK có kích thƣớc tƣơng tự nhau khoảng
100nm. Một số nhà nghiên cứu đã chỉ ra CVK nhƣ một vật liệu collagen [29].
Trong y sinh ứng dụng, CVK đang đƣợc tìm hiểu về vai trò sử dụng nhƣ
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 đƣợc 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
lƣợng 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 nƣớc đáng kể. Màng CVK có khả năng giữ nƣớc rất lớn, nó
có thể hút khoảng 200 lần trọng lƣợng của nó. Bên cạnh đó CVK còn có khả
năng giải phóng nƣớc 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 trƣờng 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
đƣợc mở rộng trên nhiều lĩnh vực nhƣ: thực phẩm, y học, môi trƣờng, công
nghiệp và nhiều lĩnh vực khác. CVK đang dần trở thành vật liệu mới đang nổi

8


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 ngƣời.
Nghiên cứu của Wei B. và cộng sự (2011) cho thấy màng khô CVK 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 0.116kg/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 đƣợc nhƣợc điểm của thuốc ở dạng thông thƣờng
[25]. Các trƣờng hợp bị bỏng, các vết loét có thể đƣợc điều trị thành công với
Biofill [27], làm chất thay thế tạm thời cho da ngƣời. Gầy đây CVK còn đƣợc sử
dụng để sửa khiếm khuyết trên chuột [32], Tiềm năng hấp thu và giải phóng
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 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 nhƣ: trong lĩnh
vƣợc môi trƣờng CVK đƣợc sử dụng để củng cố cao su tự nhiên với xenluloza
vi khuẩn thông qua một quy trình xử lý nƣớc 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.

9


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 thƣờng.
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
nƣớc 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, đƣợc sử dụng hỗ trợ
điều trị và phòng ngừa nhiều bệnh nhƣ: bệnh tim mạch, tiểu đƣờng, viêm khớp,
bệnh thần kinh, bệnh Corhn và đặc biệt trong hỗ trợ điều trị ung thƣ,…
1.2.1. Công thức cấu tạo
Công thức cấu tạo của Cur đƣợc trình bày trong nhiều nghiên cứu [8],
[3], [22].

CURCUMIN

Hình 1.3. Công thức cấu tạo của Cur

10


- 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 ngƣời ta tìm thấy Cur tồn tại ở 4 dạng hợp chất:
 Cur chính thức (còn gọi là Cur I) chiếm 60% tổng lƣợng Cur (hình 1.3).

Curcumin
 Demethoxycurcumin (Cur II) chiếm 24% tổng lƣợng Cur.

Demethoxycurcumin

 Bis-demethoxycurcumin (Cur III) chiếm 14% tổng lƣợng Cur.

Bis-demethoxycurcumin

11


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

cyclocurcumi
n

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 trƣng của củ nghệ.
- Cur là một hợp chất kỵ nƣớc, 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 bƣớc
sóng khoảng từ 420 - 430nm.
Tính chất hóa học:
- Sự điện ly [26]:
Bảng 1.2: Ảnh hƣởng của pH lên màu và dạng tồn tại của Cur
pH

Màu của dung dịch

Dạng ion tồn tại

<1

Đỏ

H4A+

1-7

Huyền phù màu vàng

H3A

>7.5

Đỏ

H2A- , HA-2, A3-

- Phản ứng với H2: Do có nối đôi ở mạch cacbon nên Cur có khả năng
phản ứng cộng với H2 với xúc tác PtO2.
- Phản ứng phân hủy trong môi trƣờng kiềm: Cur tƣơng đối bền ở pH
acid, nhƣng lại nhanh chóng bị phân hủy ở pH kiềm.

12


- Phân hủy dƣới 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 dƣợc động học, tính an toàn và khả năng cho hiệu quả điều trị với
nhiều loại bệnh của Cur.
- Cur đã đƣợc nghiên cứu ứng dụng nhiều trong lĩnh vực y sinh học với
các định hƣớng tác dụng nhƣ: chống oxy hoá, ức chế con đƣờng truyền tín
hiệu tế bào, ảnh hƣởng 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
chƣơng trình (apoptosis). Một số khả năng tác dụng khác cũng đƣợc nghiên
cứu nhiều nhƣ: chống viêm, kháng khuẩn, chống bệnh sốt rét, chống ung thƣ,
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 nhƣ các chất
chống oxy hóa khác, là con dao hai lƣỡi. Các nghiên cứu lâm sàng trên ngƣời
với 2 - 12g Cur 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.
Cur là một hợp chất kỵ nƣớCVKà tan rất ít trong nƣớc (0.001%), độ hoà
tan ở pH sinh lý rất thấp (khoảng 11 ng/mL). Cur có tốc độ chuyển hoá và

13


thải trừ nhanh, bị thuỷ phân trong môi trƣờng 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 hƣởng chuyển hóa của các enzym.
Nghiên cứu đánh dấu phóng xạ đã cho thấy hầu hết liều uống đƣợc bài tiết trong
phân và một phần ba Cur vẫn không thay đổi cấu trúc [37].
Rất nhiều phƣơng pháp đã đƣợc 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 đƣợc đƣa ra nhằm chứng minh vai trò của
Cur, cũng nhƣ những nghiên cứu nhằm cải thiện sinh khả dụng của Cur, khắc
phục hạn chế của thuốc.

Công dụng của Cur đã đƣợc chứng minh trong nhiều nghiên cứu nhƣ:
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 thƣ 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

14


liposome, hạt nano polyme, hạt nano lipid rắn, mixen, nanosuspensions, dạng
nhũ tƣơng 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 đƣợc thực hiện trong tƣơng lai để giải quyết các vấn đề
dƣợc phẩm và ngộ độc [46],…
Tuy nhiên Cur cũng đã có nhiều nghiên cứu để khắc phục đƣợc những
nhƣợc điểm và nâng cao hiệu quả trong sử dụng nhƣ: 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 tƣơng 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 đƣợc thực hiện trong tƣơng
lai để giải quyết các vấn đề dƣợc phẩm và ngộ độc. Đồng thời tìm ra ra các
con đƣờng mới để sử dụng Cur qua đƣờng uống [46].
1.2.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Tại Việt Nam cũng đã có những công trình nghiên cứu Cur nhƣng 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 hƣớng phát triển khoa học và công
nghệ vật liệu tiên tiến tại Đại học Quốc gia Hồ Chí Minh”, TS. Dƣơng 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 nƣớc
(nồng độ 8% khối lƣợng) nhằm hƣớng tới ứng dụng trong thực phẩm chức
năng [5].

15


Nhóm các nhà nghiên cứu gồm Dƣơng Thị Hồng Ánh, Phạm Văn Giang,
Nguyễn Trần Linh Trƣờng Đại học Dƣợc Hà Nội đã tiến hành nghiên cứu bào
chế tiểu phân nano Cur bằng phƣơng pháp nghiền bi kết hợp với đồng nhất
hóa tốc độ cao [2].
Hiện nay, vẫn chƣa có nghiên cứu nào có liên quan tới hƣớng ứng dụng
sử dụng màng CVK để làm tăng sinh khả dụng của Cur. Các nghiên cứu về
Cur trên thế giới và ở Việt Nam hầu nhƣ hƣớng tới nghiên cứu về nano Cur
và ứng dụng trong điều trị các bệnh về ung thƣ là chủ yếu. Do đó, đề tài mở ra
một hƣớng đi mới trên cơ sở sử dụng màng CVK làm vật liệu hấp thụ Cur,
nhằm tạo ra hệ trị liệu mới có thể khắc phục các yếu điểm trong điều trị các
bệnh nan y, mãn tính.

16


Chƣơng 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG 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 Ân Độ.
- Dung môi là etanol 96° và chất phản ứng khác đƣợc cung cấp từ Viện

Nghiên cứu Khoa học và Ứng dụng - Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2.
- Màng CVK (99% hàm lƣợng nƣớc) đƣợc sản xuất bằng cách sử dụng vi

khuẩn A. xylinum (Phòng thí nghiệm Vi sinh, Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2) lên
men trong môi trƣờng chuẩn (HS).
2.1.2. Thiết bị được sử dụng trong nghiên cứu
- Buồng cấy vô trùng (Haraeus);
- Cân kỹ thuật (Sartorius - TE612);
- Cân phân tích (Sartorius - Thụy sỹ);
- Khuấy từ gia nhiệt (IKA - Đức);
- Kính hiển vi quang học (Carl Zeiss - Đức);
- Máy đo quang phổ UV - 2450 (Shimadzu - Nhật Bản);
- Máy lắc tròn tốc độ chậm (Orbital Shakergallenkump - Anh);
- Nồi hấp khử trùng HV - 110/HIRAIAMA;
- Tủ lạnh Daewoo, tủ lạnh sâu;
- Tủ sấy, tủ ấm (Binder - Đức);
- Và nhiều dụng cụ hóa sinh thông dụng khác.
2.1.3. Vật liệu làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật tạo màng CVK

Đƣờng glucose, peptone, chiết cao nấm men, Disodium phosphate hydro

(Na2HPO4), axit citric, NaOH, HCl,… đạt tiêu chuẩn phân tích.

17