Tài liệu Luận văn nghiên cứu chế tạo, xác định đặc trưng, tính chất tổ hợp polymer alginatechitosan mang hoạt chất ginsenoside rb1 và thuốc lovastatin.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH THẠCH THỊ LỘC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG, TÍNH CHẤT TỔ HỢP POLYMER ALGINATE/CHITOSAN MANG HOẠT CHẤT GINSENOSIDE RB1 VÀ THUỐC LOVASTATIN LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGHỆ AN - 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH THẠCH THỊ LỘC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG, TÍNH CHẤT TỔ HỢP POLYMER ALGINATE/CHITOSAN MANG HOẠT CHẤT GINSENOSIDE RB1 VÀ THUỐC LOVASTATIN Chuyên ngành: Hóa Hữu cơ Mã số: 9440114 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: 1. GS. TS. Thái Hoàng 2. PGS. TS. Lê Đức Giang NGHỆ AN - 2020 i LỜI CẢM ƠN Để thực hiện và hoàn thành đề tài "Nghiên cứu chế tạo, xác định đặc trưng, tính chất tổ hợp polymer alginate/chitosan mang hoạt chất ginsenoside Rb1 và thuốc lovastatin” không chỉ có sự nỗ lực của bản thân nghiên cứu sinh mà còn nhờ sự hướng dẫn tận tình và động viên của các thầy cô hướng dẫn, bạn bè và gia đình. Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành nhất đến GS. TS. Thái Hoàng và PGS. TS. Lê Đức Giang, những người Thầy đã giao đề tài cũng như tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình xây dựng và hoàn thiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Thúy Chinh đã truyền đạt kinh nghiệm và giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị công tác tại Phòng Hoá lý vật liệu phi kim loại, Viện Kỹ thuật nhiệt đới thuộc Viện Hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo công tác tại Viện Sư phạm Tự nhiên cũng như các thầy cô ở Phòng Đào tạo Sau Đại học, trường Đại học Vinh đã quan tâm và hỗ trợ tôi trong mọi công tác ở trường. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, chia sẻ và động viên tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận án. Nghệ An, tháng 2 năm 2020 Tác giả luận án Thạch Thị Lộc ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án là công trình do tôi thực hiện theo sự hướng dẫn của người hướng dẫn khoa học. Một số kết quả là thành quả của nhóm nghiên cứu đã được các cộng sự cho phép sử dụng và công bố. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình luận án tiến sĩ nào khác. Nghệ An, ngày 12 tháng 02 năm 2020 Tác giả luận án Thạch Thị Lộc iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................i LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................. vii DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................... viii MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài .....................................................................................................1 2. Đối tượng nghiên cứu.............................................................................................. 2 3. Nhiệm vụ nghiên cứu .............................................................................................. 2 4. Phương pháp nghiên cứu....................................... Error! Bookmark not defined. 5. Những đóng góp mới của luận án ......................... Error! Bookmark not defined. 6. Cấu trúc của luận án .............................................. Error! Bookmark not defined. Chương 1. TỔNG QUAN................................................................................................ 4 1.1. Tổng quan về chitosan .........................................................................................4 1.1.1. Giới thiệu sơ lược về chitosan ....................................................................4 1.1.2. Điều chế chitosan từ chitin .........................................................................4 1.1.3. Cấu tạo, cấu trúc của chitosan ....................................................................5 1.1.4. Các tính chất vật lý và hóa học của chitosan ..............................................6 1.1.5. Các ứng dụng chủ yếu của chitosan ...........................................................6 1.2. Tổng quan về alginate ..........................................................................................7 1.2.1. Giới thiệu sơ lược về alginate .....................................................................7 1.2.2. Phân loại, cấu trúc alginate .........................................................................8 1.2.3. Tính chất vật lý và hóa học của alginate ....................................................8 1.2.4. Ứng dụng chủ yếu của alginate ..................................................................9 1.3. Vật liệu tổ hợp polymer alginat/chitosan (AG/CS) mang dược chất .................10 1.3.1. Vật liệu màng tổ hợp AG/CS mang dược chất .........................................10 1.3.2. Vật liệu tổ hợp dạng hạt AG/CS mang dược chất ....................................11 1.4. Tổng quan về lovastatin .....................................................................................12 1.4.1. Giới thiệu chung về lovastatin ..................................................................12 1.4.2. Tình hình nghiên cứu tổ hợp polymer mang lovastatin (LOV) trên thế giới ..14 iv 1.5. Cây Tam thất và hoạt chất ginsenoside Rb1 ......................................................21 1.5.1. Giới thiệu chung về cây Tam thất và ginsenoside Rb1 ............................ 21 1.5.2. Tình hình nghiên cứu vật liệu tổ hợp mang ginsenoside trên thế giới .....23 1.6. Tình hình nghiên cứu vật liệu tổ hợp polymer mang thuốc ở Việt Nam ...............29 Chương 2. THỰC NGHIỆM .........................................................................................33 2.1. Nguyên liệu, hóa chất và dụng cụ ......................................................................33 2.1.1. Nguyên liệu, hóa chất ...............................................................................33 2.1.2. Dụng cụ, thiết bị thực nghiệm ..................................................................33 2.1.3. Thiết bị nghiên cứu ...................................................................................33 2.2. Chế tạo vật liệu tổ hợp alginate/chitosan (AG/CS) mang thuốc LOV...............34 2.2.1. Chế tạo màng tổ hợp alginate/chitosan/lovastatin (AG/CS/LOV) bằng phương pháp dung dịch ......................................................................................34 2.2.2. Chế tạo hạt tổ hợp AG/CS/LOV bằng phương pháp vi nhũ.....................36 2.3. Chế tạo vật liệu tổ hợp AG/CS mang đồng thời LOV và ginsenoside Rb1 (Rb1) ..................................................................................................................37 2.3.1. Chế tạo màng tổ hợp alginate/chitosan/lovastatin/ginsenoside Rb1 (AG/CS/LOV/Rb1) bằng phương pháp dung dịch .............................................37 2.3.2. Chế tạo hạt tổ hợp AG/CS/LOV/Rb1 bằng phương pháp vi nhũ .............38 2.4. Các phương pháp và thiết bị nghiên cứu............................................................ 39 2.4.1. Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) ............................ 39 2.4.2. Phương pháp xác định phân bố kích thước hạt ........................................40 2.4.3. Phương pháp khảo sát hình thái, cấu trúc vật liệu ....................................40 2.4.4. Phương pháp nhiệt lượng quét vi sai (DSC) ............................................40 2.4.5. Phương pháp phổ tử ngoại - khả kiến (UV-Vis) ......................................40 2.5. Thử nghiệm giải phóng LOV và ginsenoside Rb1 từ vật liệu tổ hợp trong các dung dịch pH khác nhau ............................................................................41 2.5.1. Xây dựng đường chuẩn của LOV và ginsenoside Rb1 trong các dung dịch đệm pH khác nhau .............................................................................................. 41 2.5.2. Xác định hiệu suất mang thuốc của vật liệu tổ hợp mang thuốc ..............43 v 2.5.3. Thử nghiệm giải phóng LOV và Rb1 từ vật liệu tổ hợp AG/CS mang LOV và ginsenoside Rb1 theo thời gian ............................................................ 43 2.5.4. Xây dựng phương trình động học giải phóng LOV và ginsenoside Rb1 từ tổ hợp AG/CS/LOV và AG/CS/LOV/Rb1 trong các dung dịch đệm pH khác nhau.....................................................................................................................44 2.6. Thử nghiệm độc tính của hạt vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV ............................... 45 2.6.1. Thử nghiệm độc tính cấp ..........................................................................45 2.6.2. Thử nghiệm độc tính bán trường diễn ......................................................47 Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................................47 3.1. Khảo sát điều kiện chế tạo vật liệu tổ hợp alginate/chitosan/lovastatin ............47 3.2. Đặc trưng, tính chất của vật liệu tổ hợp 3 thành phần alginate/ chitosan/lovastatin (AG/CS/LOV) ............................................................................49 3.2.1. Đặc trưng, tính chất của màng vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV ...................49 3.2.2. Đặc trưng, tính chất của hạt vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV .......................59 3.3. Đặc trưng, tính chất của vật liệu tổ hợp 4 thành phần alginate/ chitosan/ lovatstain/ginsenoside Rb1 (AG/CS/LOV/Rb1) .......................................................67 3.3.1. Đặc trưng, tính chất của màng vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV/Rb1 ............67 3.3.2. Đặc trưng, tính chất của hạt vật liệu tổ hợp AG/CS/LOVRb1 .................73 3.4. Nghiên cứu in vitro giải phóng và động học giải phóng LOV và ginsenoside Rb1 từ vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV và AG/CS/LOV/Rb1 trong các dung dịch đệm pH khác nhau .............................................................................83 3.4.1. Nghiên cứu giải phóng LOV và ginsenoside Rb1 từ màng vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV và AG/CS/LOV/Rb1 ....................................................................83 3.4.2. Động học giải phóng LOV và Rb1 từ màng vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV và AG/CS/LOV/Rb1...........................................................................................89 3.4.3. Nghiên cứu giải phóng LOV và ginsenoside Rb1 từ hạt vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV và AG/CS/LOV/Rb1 .....................................................................96 3.4.4. Động học giải phóng LOV và Rb1 từ hạt vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV và AG/CS/LOV/Rb1 .............................................................................................100 3.5. Nghiên cứu độc tính của hạt vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV trên chuột .............105 vi 3.5.1. Độc tính cấp ............................................................................................105 3.5.2. Độc tính bán trường diễn ........................................................................105 KẾT LUẬN .................................................................................................................109 DỰ KIẾN KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU THỜI GIAN TỚI ........................................112 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ...................................................113 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................115 vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt AC82Lx Nội dung Màng tổ hợp alginate/chitosan (tỉ lệ 8:2) mang các hàm lượng lovastatin khác nhau AG Alginate AG/CS Tổ hợp alginate/chitosan AG/CS/LOV Tổ hợp alginate/chitosan chứa lovastatin AG/CS/LOV/PEO Tổ hợp alginate/chitosan/lovastatin có chất tương hợp polyethylenoxit AG/CS/LOV/PCL Tổ hợp alginate/chitosan/lovastatin có chất tương hợp polycaprolactone AG/CS/LOV/Rb1 Tổ hợp alginate/chitosan chứa lovastatin và ginsenoside Rb1 CS Chitosan DSC Phương pháp phân tích nhiệt lượng quét vi sai FESEM Hiển vi điện tử quét phân giải cao FTIR Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier LOV Lovastatin PCL Poly caprolacton PCL-PEG-PCL Poly (ε-caprolactone) - poly (ethylene glycol) - poly (εcaprolactone) PDI Chỉ số đa phân tán PLA/CS Tổ hợp polylactic acid/chitosan PLGA Poly (lactic-co-glycolic) acid PVA Polyvinyl alcohol Rb1 Ginsenoside Rb1 SEM Kính hiển vi điện tử quét STPP Sodium triphotphate hay natri triphotphate UV – Vis Phương pháp phổ tử ngoại - khả kiến viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Cấu trúc của chitosan....................................................................................... 5 Hình 1.2. Rong nâu .......................................................................................................... 9 Hình 1.3. Cấu tạo của alginate......................................................................................... 8 Hình 1.4. Cấu trúc của LOV. ......................................................................................... 13 Hình 1.5. Phổ FTIR của LOV, PCL-PEG-PCL và PCL-PEG-PCL/LOV . .................. 16 Hình 1.6. Ảnh TEM các hạt PLGA mang 0,1% LOV (a) và 1% LOV (b) . ................. 17 Hình 1.7. Giản đồ DSC của LOV, copolymer PCL-PEG-PCL và PCL-PEG-PCL mang thuốc LOV . ..................................................................................... 17 Hình 1.8. Quá trình giải phóng thuốc của copolymer có chứa LOV trong các môi trường khác nhau ...................................................................................... 19 Hình 1.9. Các mức ALP trong nuôi cấy tế bào có nguồn gốc từ tủy xương ở môi trường cơ thể có và không có chứa hạt nano PLGA-LOV ....................... 20 Hình 1.10. X quang đại diện của chuột sau khi điều trị bằng: (a) 1 mg PLGA có chứa lovastatin, (b) 3 mg PLGA chứa lovastatin, (c) gelform, (d) 1 mg PLGA và (e) 3 mg PLGA ở 3 , 6, 9 và 12 tuần . ................................. 21 Hình 1.11. Cấu trúc của ginsenoside Rb1. .................................................................... 22 Hình 1.12. Ảnh SEM của hạt AG/CS/Rg1 ................................................................... 23 Hình 1.13. Ảnh FESEM của GMS (A) và tổ hợp CC-GMS (B) . ................................. 24 Hình 1.14. Hình ảnh hiển vi đảo ngược của vi hạt (X400) .......................................... 25 Hình 1.15. Quá trình giải phóng ginsenoside Rg1 từ tổ hợp CC-GMS và GMS với các hàm lượng ginsenoside Rg1 ban đầu khác nhau trong dung dịch đệm pH = 7,4 .................................................................................... 26 Hình 1.16. Đường cong giải phóng in vitro của Rg3 từ vi hạt PLA mang ginsenoside Rg3 dung dịch đệm pH = 7,4 ................................................ 27 Hình 2.4. Sơ đồ chế tạo màng vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV/Rb1 ................................. 38 Hình 3.3. Phổ FTIR của AG, CS và LOV. .................................................................... 50 Hình 3.4. Phổ FTIR của các màng tổ hợp AC82Lx. ..................................................... 50 Hình 3.5. Phổ FTIR của các màng tổ hợp AG/CS/LOV/PEO. ..................................... 52 Hình 3.6. Phổ FTIR của các màng tổ hợp AC82L10, PCL3, PCL5, PCL10. ............... 53 ix Hình 3.7. Mô hình giả thiết liên kết hydro giữa AG, CS, LOV và PCL trong màng tổ hợp AG/CS/LOV/PCL. ................................................................ 53 Hình 3.8. Ảnh FESEM của màng .................................................................................. 56 Hình 3.9. Ảnh FESEM của LOV tổ hợp AC82 ............................................................ 55 Hình 3.10. Ảnh FESEM của các màng tổ hợp AC82L10 (A) và AC82L30 (B). ......... 55 Hình 3.11. Ảnh FESEM của các màng tổ hợp AC82L10, PEO3, PEO5, PEO10. ....... 56 Hình 3.12. Ảnh FESEM của các màng tổ hợp AC82L10, PCL3, PCL5, PCL10. ........ 56 Hình 3.13. Giản đồ DSC của các màng tổ hợp AC82L10 (1), PCL3 (2), PCL5 (3), PCL10 (4). ........................................................................................... 57 Hình 3.14. Giản đồ DSC của các màng tổ hợp AC82L10 và AG/CS/LOV/PEO. ........ 58 Hình 3.15. Phổ FTIR của các hạt vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV với hàm lượng LOV khác nhau. ......................................................................................... 60 Hình 3.16. Các mô hình giả thiết tương tác tĩnh điện giữa AG và CS (a) và liên kết hidro giữa AG, CS và LOV (b) .......................................................... 60 Hình 3.17. Phân bố kích thước của hạt vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV chế tạo ở các tỷ lệ AG/CS khác nhau. ............................................................................. 62 Hình 3.18. Phân bố kích thước hạt vật liệu tổ hợp AG/CS. .......................................... 63 Hình 3.19. Phân bố kích thước hạt của hạt vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV. .................... 64 Hình 3.20. Ảnh FESEM của hạt vật liệu tổ hợp AG/CS mang và không mang LOV: AC6,5/3 (a); AC6,5/3-L10 (b); AC6,5/3-L20(c); AC6,5/3-L30 (d). .............................................................................................................. 65 Hình 3.21. Giản đồ DSC của hạt vật liệu tổ hợp AC6,5/3. ........................................... 65 Hình 3.22. Giản đồ DSC của hạt vật liệu tổ hợp AC6,5/3-Lx. ..................................... 66 Hình 3.23. Phổ FTIR của AG, CS, LOV và Rb1 .......................................................... 67 Hình 3.24. Phổ FTIR của các màng tổ hợp AC82L10Rx. ............................................ 68 Hình 3.25. Phổ FTIR của các màng tổ hợp AC82-Lx-R5. ............................................ 69 Hình 3.26. Ảnh FESEM của màng tổ hợp AC82L10Rx. .............................................. 70 Hình 3.27. Ảnh FESEM của các màng tổ hợp: AC82(a), AC82R5(b), AC82L5R5(c), AC82L10R5(d), AC82L15R5(e) và AC82L20R5(f). ...... 71 Hình 3.28. Giản đồ DSC của các màng tổ hợp AC82L10Rx. ....................................... 72 Hình 3.29. Giản đồ DSC của các màng tổ hợp AC82-Lx-R5. ...................................... 72 Hình 3.30. Mô hình liên kết ngang giữa STPP và CS. .................................................. 74 x Hình 3.31. Phổ FTIR của hạt vật liệu tổ hợp AC11L10Rx. .......................................... 75 Hình 3.32. Mô hình liên kết hidro giữa polymer – polymer, polymer – LOV, ginsenoside Rb1 trong vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV/Rb1 ......................... 75 Hình 3.33. Ảnh FESEM của hạt vật liệu tổ hợp AC11L10R0. ..................................... 77 Hình 3.34. Ảnh FESEM của hạt vật liệu tổ hợp AC11L10R1. ..................................... 77 Hình 3.35. Ảnh FESEM của hạt vật liệu tổ hợp AC11L10R3. ..................................... 78 Hình 3.36. Ảnh FESEM của hạt vật liệu tổ hợp AC11L10R5. ..................................... 78 Hình 3.37. Giản đồ phân bố kích thước hạt của các hạt vật liệu tổ hợp AC11L10Rx. .............................................................................................. 79 Hình 3.38. Giản đồ DSC của các hạt vật liệu tổ hợp AC11L10Rx. .............................. 80 Hình 3.39. Hàm lượng LOV giải phóng từ các màng tổ hợp AC82Lx trong dung dịch pH = 2,0. ............................................................................................ 84 Hình 3.40. Hàm lượng LOV giải phóng từ các màng tổ hợp AC82Lx trong dung dịch pH = 7,4. ............................................................................................ 84 Hình 3.41. Ảnh hưởng của bản chất và hàm lượng chất tương hợp đến khả năng giải phóng LOV từ các màng tổ hợp AC82L10 trong dung dịch pH = 2,0. .......................................................................................................... 86 Hình 3.42. Ảnh hưởng của bản chất và hàm lượng chất tương hợp đến khả năng giải phóng LOV từ các màng tổ hợp AC82L10 trong dung dịch pH = 7,4. .......................................................................................................... 86 Hình 3.43. Ảnh hưởng của hàm lượng ginsenoside Rb1 đến khả năng giải phóng LOV từ các màng tổ hợp AC82L10Rx trong dung dịch pH=2. ............... 88 Hình 3.44. Ảnh hưởng của hàm lượng ginsenoside Rb1 đến khả năng giải phóng LOV từ các màng tổ hợp AC82L10Rx trong dung dịch pH = 7,4. ........... 88 Hình 3.45. Ảnh hưởng của hàm lượng ginsenoside Rb1 đến khả năng giải phóng ginsenoside Rb1 từ các màng tổ hợp AC82L10Rx trong dung dịch pH = 2,0. .................................................................................................... 89 Hình 3.46. Các mô hình động học giải phóng LOV từ màng tổ hợp AG/CS/LOV chứa 3% PEO trong dung dịch đệm pH=2,0. ............................................ 90 Hình 3.47. Ảnh hưởng của hàm lượng LOV đến khả năng giải phóng LOV từ các hạt vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV trong dung dịch pH = 2,0....................... 97 xi Hình 3.48. Ảnh hưởng của hàm lượng LOV đến khả năng giải phóng LOV từ các hạt vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV trong dung dịch pH = 7,4....................... 97 Hình 3.49. Ảnh hưởng của hàm lượng ginsenoside Rb1 đến khả năng giải phóng LOV từ các hạt vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV/Rb1 trong dung dịch pH = 2,0. .......................................................................................................... 98 Hình 3.50. Quá trình giải phóng ginsenoside Rb1 từ các hạt vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV/Rb1 trong dung dịch pH =7,4. ............................................. 99 Hình 3.51. Ảnh hưởng của hàm lượng ginsenoside Rb1 đến khả năng giải phóng ginsenoside Rb1 từ các hạt vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV/Rb1 trong dung dịch pH=2,0. ................................................................................... 100 Hình 3.52. Sự thay đổi mô học ở gan chuột sau thời gian thử nghiệm 28 ngày. ........ 105 Hình 3.53. Thay đổi mô học ở thận của chuột sau thời gian điều trị 28 ngày bằng hạt vật liệu tổ hợp AC82L10. .................................................................. 108 xii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Ứng dụng của CS trong các lĩnh vực .............................................................. 6 Bảng 1.2. Thông số động học giải phóng LOV trong các dung dịch có pH khác nhau ............................................................................................................. 19 Bảng 1.3. Phương trình và hệ số hồi quy của quá trình giải phóng ginsenoside Rg3 theo các mô hình khác nhau ................................................................. 27 Bảng 2.1. Tên và kí hiệu các mẫu màng vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV ......................... 36 Bảng 2.2. Tên và kí hiệu các mẫu màng vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV................. ........ 37 Bảng 2.3. Tỉ lệ các thành phần và kí hiệu các mẫu hạt tổ hợp AG/CS/LOV ................ 38 Bảng 2.4. Khối lượng các thành phần và kí hiệu mẫu màng AG/CS/LOV/Rb1 ........... 38 Bảng 2.5. Mật độ quang (A) ứng với các nồng độ pha loãng (C) của LOV trong các dung dịch pH khác nhau ........................................................................ 41 Bảng 2.6. Phương trình đường chuẩn của LOV trong các môi trường pH khác nhau và hệ số hồi quy tương ứng ................................................................. 42 Bảng 2.7. Phương trình đường chuẩn của ginsenoside Rb1 trong các môi trường pH khác nhau và hệ số hồi quy tương ứng................................................... 42 Bảng 3.1. Thống kê các đỉnh đặc trưng của AG, CS và tổ hợp polymer AG/CS với các tỉ lệ khác nhau ................................................................................. 50 Bảng 3.2. Số sóng ứng với pic của các nhóm chức đặc trưng trong màng tổ hợp AC82Lx ........................................................................................................ 51 Bảng 3.3. Số sóng ứng với pic các nhóm đặc trưng trong phổ FTIR của các màng tổ hợp AG/CS/LOV có các chất tương hợp PCL, PEO ............................... 54 Bảng 3.4. Nhiệt độ nóng chảy và entanpy nóng chảy của AG, CS, LOV, các màng tổ hợp AC82L10 có các chất tương hợp PCL, PEO .......................... 59 Bảng 3.5. Các liên kết hidro giả định giữa AG, CS và LOV ........................................ 60 Bảng 3.6. Số sóng ứng với pic các nhóm đặc trưng trong phổ FTIR của các hạt vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV với hàm lượng LOV khác nhau .................... 61 Bảng 3.7. Kích thước hạt trung bình của hạt vật liệu tổ hợp AG/CS mang và không mang LOV ......................................................................................... 64 xiii Bảng 3.8. Nhiệt độ nóng chảy và entanpy nóng chảy của hạt vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV ................................................................................................. 66 Bảng 3.9. Nhiệt độ nóng chảy và entanpy nóng chảy của AG, CS, LOV và màng tổ hợp AG/CS/LOV/Rb1.............................................................................. 73 Bảng 3.10. Các kiểu liên kết hidro xảy ra giữa AG, CS, LOV và ginsenoside Rb1 trong vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV/Rb1 ....................................................... 76 Bảng 3.11. Kích thước hạt trung bình của các hạt vật liệu tổ hợp AC11L10Rx .......... 79 Bảng 3.12. Nhiệt độ tương ứng với các pic thu nhiệt, pic tỏa nhiệt của AG, CS, LOV, ginsenoside Rb1 và các hạt vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV/Rb1 có hàm lượng ginsenoside Rb1 khác nhau ....................................................... 81 Bảng 3.13. Hiệu suất mang LOV trong hạt vật liệu tổ hợp AC11L10Rx ..................... 82 Bảng 3.14. Hiệu suất mang ginsenoside Rb1 trong hạt vật liệu tổ hợp AC11L10Rx ................................................................................................. 82 Bảng 3.15. Hiệu suất mang LOV, ginsenoside Rb1 của hạt vật liệu tổ hợp AC11Lx-R5 ........................................................................................................... 83 Bảng 3.16. Hệ số hồi quy (R2) các mô hình động học giải phóng (GP) LOV từ các màng tổ hợp AG/CS/LOV/Rb1 ............................................................. 92 Bảng 3.17. Hệ số hồi quy (R2) các mô hình động học giải phóng (GP) ginsenoside Rb1 từ các màng tổ hợp AG/CS/LOV/Rb1 ............................. 94 Bảng 3.18. Hệ số hồi quy (R2) của các phương trình động học phản ánh giải phóng LOV từ các hạt vật liệu tổ hợp AC6,5/3-L10 trong các dung dịch pH khác nhau ...................................................................................... 101 Bảng 3.19. Các thông số động học giải phóng LOV từ các hạt vật liệu tổ hợp AC11L10Rx trong các dung dịch pH = 2,0 và pH = 7,4 .......................... 103 Bảng 3.20. Các thông số động học giải phóng (GP) ginsenoside Rb1 từ các hạt vật liệu tổ hợp AC11L10Rx trong các dung dịch pH = 2,0 và pH = 7,4 ............................................................................................................... 104 Bảng 3.21. Trọng lượng cơ thể trung bình của chuột sau 28 ngày điều trị với hạt vật liệu tổ hợp AC82L10............................................................................ 106 xiv Bảng 3.22. Các thông số huyết học của chuột sau 28 ngày điều trị bằng hạt vật liệu tổ hợp AC82L10 ................................................................................. 106 Bảng 3.23. Chỉ số sinh hóa của chuột sau 28 ngày điều trị bằng hạt vật liệu tổ hợp AC82L10 .................................................................................................... 107 Bảng 3.24. Trọng lượng trung bình của nội tạng chuột sau 28 ngày điều trị bằng hạt vật liệu tổ hợp AC82L10 ...................................................................... 107 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Alginate (AG) và chitosan (CS) là hai polymer tự nhiên không có độc tính, có khả năng tương thích sinh học nên được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống, đặc biệt là trong y học và thực phẩm. AG là muối của acid hữu cơ được tìm thấy trong thành tế bào của 265 chi tảo nâu. AG được Stanford phát hiện vào cuối thế kỷ XIX. AG tan trong nước tạo ra dung dịch có độ nhớt cao nên chủ yếu sử dụng AG trong thực phẩm để tăng thời gian bảo quản mà vẫn giữ được chất lượng thực phẩm ban đầu. Ngoài ra, AG cũng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp giấy, y sinh… CS là sản phẩm deacetyl hóa chitin. CS có tên khoa học là poly (1,4)-2amino-2-deoxy-β-D-glucose hoặc poly (1,4)-2-amino-2-deoxy-β-D-glucopyranose. Nó có thể được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm, nông nghiệp, mỹ phẩm, kỹ thuật xử lý nước, chế tạo vật liệu y sinh và dược phẩm. Đặc biệt, CS cũng là nguyên liệu để điều chế glucosamine. Tuy nhiên, nhược điểm của CS rất nhạy cảm với độ ẩm, điều này hạn chế việc sử dụng polymer tự nhiên này. Để khắc phục nhược điểm của nó, CS thường được kết hợp với các polymer chống ẩm tương đối ổn định như alginate (AG), poly lactic acid (PLA), polyethylene glycol fumarate, poly (vinyl) alcohol … Do đó, nghiên cứu về sản xuất và ứng dụng vật liệu tổ hợp polymer AG/CS mang các dược chất khác nhau là hướng nghiên cứu đã và đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học trong nước và trên thế giới. Lovastatin (LOV) là một hợp chất lên men tự nhiên được tìm ra đầu tiên vào năm 1970 trong gạo men đỏ và nấm sò. LOV ứng dụng chính để phòng ngừa các bệnh tim mạch và điều trị rối loạn lipid máu. Tuy nhiên, LOV có thời gian bán hủy trung bình khoảng 3-4 giờ nên bệnh nhân phải uống nhiều lần trong ngày để duy trì nồng độ thuốc tối thiểu trong cơ thể. Để khắc phục nhược điểm này, LOV được mang bởi các polymer có khả năng kiểm soát sự phóng thích thuốc thông qua các tương tác vật lý giữa các polyme và thuốc, giúp hạn chế thời gian sử dụng thuốc cho người dùng [98]. Tam thất cũng như nhân sâm là những loại cây thân thảo có rễ được sử dụng làm thuốc để tạo ra những thứ quý hiếm và bổ dưỡng nhất trong Đông y. Chúng không chỉ được sử dụng ở các nước châu Á như Việt Nam, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc 2 mà còn được sử dụng rộng rãi trong dược phẩm ở Mỹ và Nga trong vài thập kỷ qua. Hoạt chất ginsenoside Rb1 (Rb1) có trong cây Tam thất được sử dụng chủ yếu như một loại dược phẩm để điều trị suy nhược của thận, rối loạn điều tiết của cơ thể, giúp xương và cơ bắp mạnh mẽ, thúc đẩy lưu thông máu... Theo các tài liệu tổng quan, việc sử dụng tổ hợp polymer AG/CS mang thuốc đã có hiệu quả nhất định nên hướng nghiên cứu này đã và đang thu hút được sự quan tâm của một số nhà khoa học trên thế giới. Tuy nhiên, cho đến nay, chưa có công trình nào công bố về các đặc trưng, tính chất của tổ hợp polyme AG/CS mang đồng thời ginsenoside Rb1 và LOV định hướng ứng dụng làm thuốc tác dụng kéo dài (giảm cholesterol, điều trị bệnh tim mạch). Vì vậy, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo, xác định đặc trưng, tính chất tổ hợp polymer alginate/chitosan mang hoạt chất ginsenoside Rb1 và thuốc lovastatin” 2. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các vật liệu tổ hợp AG/CS mang hoạt chất ginsenoside Rb1 có trong bột củ Tam thất và thuốc giảm cholesterol, điều trị bệnh tim mạch là lovastatin với các đặc điểm, đặc trưng, tính chất, ứng dụng của chúng. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Chế tạo tổ hợp polymer thiên nhiên AG/CS/LOV và AG/CS/LOV/Rb1 với kích thước micromet và nanomet. - Xác định được các đặc trưng, tính chất của tổ hợp AG/CS mang LOV hoặc mang đồng thời LOV và ginsenoside Rb1. - Thu thập các số liệu định lượng về đặc trưng, tính chất của tổ hợp polymer thiên nhiên AG/CS/LOV và AG/CS/LOV/Rb1, giải phóng LOV và ginsenoside Rb1 từ các tổ hợp trong nhiều dung dịch đệm pH khác nhau. - Xây dựng các mô hình động học khác nhau cho quá trình giải phóng thuốc từ vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV và AG/CS/LOV/Rb1 trong nhiều dung dịch đệm khác nhau. - Xác định được độc tính của hạt vật liệu tổ hợp AG/CS/LOV trên chuột. 4. Cấu trúc của luận án Luận án gồm 125 trang, trong đó có 24 bảng số liệu, 53 hình vẽ và 142 tài liệu tham khảo. Cấu trúc của luận án gồm: Phần mở đầu: 4 trang 3 Phần tổng quan: 29 trang Phần thực nghiệm nghiên cứu: 14 trang Phần kết quả và thảo luận: 63 trang Phần danh mục các công trình đã công bố: 2 trang Tài liệu tham khảo: 16 trang Ngoài ra còn có phần phụ lục là các phổ, giản đồ đo được về đặc trưng, tính chất của các vật liệu tổ hợp với 11 trang. 4 Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về chitosan 1.1.1. Giới thiệu sơ lược về chitosan Chitosan (CS) là sản phẩm deacetyl hóa chitin, một polymer có nhiều trong vỏ các loài giáp xác như: tôm, cua, ghẹ, mực, … Hàng năm, động vật thân mềm, động vật giáp xác, côn trùng, nấm, tảo và các sinh vật có liên quan sản xuất được xấp xỉ 10 tỷ tấn chitin. Ngày nay, chitin và CS được sản xuất thương mại ở Na Uy, Ấn Độ, Nhật Bản, Ba Lan, Mỹ và Úc… Chitin, CS và các dẫn xuất carboxymethyl của chúng đã và đang thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học trong nhiều thập kỉ qua vì những tính chất đặc biệt của chúng. Các thông số như độ acetyl hóa (DA), mức độ thay thế (DS) và khối lượng phân tử trung bình (MW) của chitin, CS và dẫn xuất carboxymethyl quyết định đến các tính chất đặc trưng của chúng như tính tan, khả năng phản ứng cũng như khả năng phân hủy sinh học [61]. 1.1.2. Điều chế chitosan từ chitin Nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin và CS là lớp biểu bì của các loài giáp xác khác nhau, chủ yếu là cua và tôm. Trong động vật giáp xác, cụ thể hơn là động vật có vỏ, chitin được tìm thấy như một thành phần của một mạng lưới phức tạp với các protein mà trên đó calci carbonat tạo thành lớp vỏ cứng. Do đó, quá trình phân lập chitin từ động vật có vỏ đòi hỏi phải loại bỏ 2 thành phần chính của vỏ là protein và calci carbonat bằng cách khử protein và khử khoáng, cùng với một lượng nhỏ sắc tố và lipide đã được loại bỏ trong 2 bước trước đó. Trong một số trường hợp, phải bổ sung thêm bước khử màu để loại bỏ các sắc tố còn sót lại. Nhiều phương pháp đã được đề xuất và sử dụng trong nhiều năm để điều chế chitin nguyên chất; tuy nhiên, không có phương pháp tiêu chuẩn nào được áp dụng. Cả deprotein hóa và khử khoáng đều có thể được thực hiện bằng phương pháp xử lý hóa học hoặc enzyme. Thứ tự của 2 bước có thể được đảo ngược, đặc biệt là khi xử lý bằng enzyme. Lên men vi sinh vật cũng được sử dụng; trong trường hợp đó, các bước deprotein hóa và khử khoáng được xử lý đồng thời [46].