Luận văn nghiên cứu điều chế hydrogel nhạy cảm với nhiệt độ cơ thể từ dẫn xuất gelatin để mang nhả chậm curcumin ứng dụng trong chữa lành vết thương

  • 28 trang
  • file .pdf
TÓM TẮT
Hydrogel nhạy nhiệt từ gelatin-pluronic F127 được tổng hợp thông qua việc
ghép pluronic F127 đã được hoạt hóa và gelatin. Curcumin được điều chế dạng nano
trong môi trường phân tán là hydrogel gelatin-pluronic F127 dưới tác dụng của sóng
siêu âm để cải thiện tính tan tốt trong nước của curcumin và tạo ra hiệu quả cộng hợp
dẫn truyền curcumin, góp phần tăng nhanh quá trình chữa lành vết thương. Cấu trúc
của hydrogel được xác định bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR, đặc tính
nhạy nhiệt của hydrogel được xác định bằng phương pháp đảo ngược ống nghiệm
(inversion tube) và nhiệt quét vi sai (DSC). Hydrogel tổng hợp có khả năng chuyển
đổi trạng thái sol-gel theo nhiệt độ, khi ở nhiệt độ thấp hydrogel gelatin–pluronic
F127 sẽ tồn tại ở trạng thái lỏng khi nâng nhiệt độ lên 35 oC (gần nhiệt độ cơ thể) sẽ
chuyển thành màng gel. Kích thước hạt nanocurcumin trong hydrogel được xác định
bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và tán xạ ánh sáng động học (DLS) cho
thấy hạt nano phân bố từ 7 đến 285 nm tùy hàm lượng curcumin sử dụng. Khả năng
mang nhả chậm nanocurcumin được xác định bằng phương pháp quang phổ tử ngoại
khả kiến UV-Vis, kết quả cho thấy hệ gel có khả mang nhả chậm nanocurcumin hiệu
quả. Tính chất nhạy nhiệt của hydrogel gelatin-pluronic F127 không thay đổi khi tải
thêm hạt nanocurcumin. Trong nghiên cứu in vitro cho thấy rằng ở khoảng nồng độ
nanocurcumin thích hợp hệ gel composite hỗ trợ tốt cho sự tăng sinh nguyên bào sợi.
Có thể kết luận rằng hydrogel gelatin-pluronic F127 nhạy nhiệt có khả năng mang
nhả chậm nanocurcumin và có tiềm năng ứng dụng trong việc chữa lành vết thương.
Từ khóa: Gelatin ghép pluronic F127, hydrogel nhạy nhiệt, nanocurcumin,
sóng siêu âm, trị lành vết thương.
-iii-
ABSTRACT
A temperature-responsive hydrogel composed of gelatin-grafting pluronic F127
was synthesized via grafting activated pluronic F127 and gelatin. The nanocurcumin
was created in the copolymer solution as dispersion to overcome its hydrophobicity
and utilize its synergitically pharmaceutical properties for further applications. The
grafting efficiency was characterized by 1HNMR, thermal-transition behavior study
was recorded via test Tube Inversion method and Differential Scanning Calorimetry
(DSC). The synthetic copolymer underwent the thermal-transition from free-flowing
sol at lower temperature and non-flowing gel when rising temperature to 35 oC
(approximately physiological condition). Size distribution of nanocurcumin in the
copolymer ranging from 7 to 285 nm by Transmission Electron Microscopy (TEM)
and Dynamic Light Scattering (DLS). Release study measured by UV-vis
spectroscopy, which showed sustainable release control of nanocurcumin in the
thermogel system. Thermal-sensitive characteristic of gelatin-pluronic F127 still
remain efficiently with incorporation of nanocurcumin. In vitro study suggested that
nanocurcumin supplement supporting for the fibroblast proliferation. In conclusion,
synthetic thermogel prepared from nanocurcumin loaded gelatin-pluronic F127
thermogel can be potential injectable controllable release bioactive curcumin
hydrogel applied for wound healing.
Keywords: Gelatin-grafting pluronic F127, thermo-induced hydrogel
composite, nanocurcumin, ultrasonication, burn wound healing.
-iv-
MỤC LỤC
Trang tựa
Quyết định giao đề tài
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii
TÓM TẮT ................................................................................................................ iii
ABSTRACT ............................................................................................................. iv
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .....................................................................x
DANH SÁCH CÁC HÌNH...................................................................................... xi
DANH SÁCH CÁC BẢNG ................................................................................... xiv
PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................1
2. Lịch sử nghiên cứu vật liệu hydrogel chữa lành vết thương ..............................3
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................8
4. Mục tiêu nghiên cứu ...........................................................................................9
5. Nhiệm vụ nghiên cứu ..........................................................................................9
6. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................10
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ..........................................................11
8. Bố cục của luận văn ..........................................................................................11
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................12
1.1. Pluronic F127 .................................................................................................12
1.1.1. Giới thiệu pluronic F127 ........................................................................12
1.1.2. Tính chất của pluronic ............................................................................12
1.1.3. Ứng dụng của pluronic ...........................................................................15
1.2. Tổng quan về gelatin......................................................................................15
1.2.1. Nguồn gốc của gelatin trong tự nhiên ....................................................15
1.2.2. Phân loại gelatin .....................................................................................16
1.2.3. Tính chất vật lý .......................................................................................16
-v-
1.2.4. Tính chất hóa học ...................................................................................17
1.2.4.1. Cơ chế gel gelatin ............................................................................17
1.2.4.2. Độ bền gel .......................................................................................17
1.2.4.3. Độ nhớt ............................................................................................17
1.2.4.4. Điểm đẳng điện (pI) ........................................................................17
1.2.4.5. Tính lưỡng tính ................................................................................18
1.2.4.6. Tính hòa tan .....................................................................................18
1.2.5. Ứng dụng của gelatin trong y sinh .........................................................18
1.3. Hydrogel ........................................................................................................19
1.3.1. Giới thiệu về hydrogel ............................................................................19
1.3.2. Phân loại hydrogel ..................................................................................20
1.3.3. Các tính chất đặc trưng của hydrogel .....................................................20
1.3.3.1. Tính trương nở ................................................................................20
1.3.3.2. Tính phân hủy sinh học ...................................................................21
1.3.3.3. Tính tương hợp sinh học .................................................................22
1.3.4. Hydrogel nhạy nhiệt [8], [13] .................................................................22
1.3.5. Ứng dụng của hydrogel ..........................................................................24
1.3.5.1. Truyền tải thuốc ..............................................................................24
1.3.5.2. Hệ thống chứa [8], [13] ...................................................................24
1.3.5.3. Hệ thống nền ...................................................................................25
1.3.5.4 Chữa lành vết thương [8], [34] .........................................................26
1.4. Curcumin .......................................................................................................27
1.4.1. Tổng quan về curcumin [1], [4], [46] .....................................................27
1.4.2. Một số tính chất lý hóa của curcumin [1] ...............................................28
1.4.3. Hoạt tính sinh học của curcumin ............................................................29
1.5. Cấu tạo của da [48] ........................................................................................30
1.5.1. Lớp biểu bì của da (Epidermis) ..............................................................31
1.5.2. Lớp trung bì (Dermis).............................................................................31
1.5.3. Lớp hạ bì (hypodermis) ..........................................................................31
-vi-
1.6. Vết thương do bỏng [47]................................................................................32
1.7. Cơ chế lành vết thương [49] ..........................................................................32
1.7.1. Giai đoạn cầm máu .................................................................................33
1.7.2. Giai đoạn sưng viêm ...............................................................................33
1.7.3. Giai đoạn tái tạo ......................................................................................33
1.7.4. Giai đoạn tu sửa ......................................................................................33
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM .............................................................................34
2.1. Phương tiện nghiên cứu .................................................................................34
2.1.1. Hóa chất ..................................................................................................34
2.1.2. Dụng cụ và thiết bị .................................................................................34
2.2. Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sẽ sử dụng ..............................................34
2.2.1. Tổng hợp hydrogel nhạy nhiệt trên cơ sở gelatin và pluronic F127 [12],
[18], [34] ...........................................................................................................34
2.2.2. Quy trình tổng hợp gelatin-pluronic F127 nhạy nhiệt ............................35
2.2.3. Thuyết minh quy trình tổng hợp gelatin-pluronic F127 nhạy nhiệt .......35
2.3. Tổng hợp nanocurcumin trong dung dịch copolymer bằng phương pháp đánh
sóng siêu âm..........................................................................................................37
2.4. Khảo sát hydrogel nhạy nhiệt trên cở sở gelatin-pluronic F127 và
nanocurcumin trong hydrogel gelatin-pluronic F127 nhạy nhiệt .........................38
2.4.1. Đánh giá cấu trúc của hệ copolymer bằng 1H-NMR .............................38
2.4.2. Khảo sát đặc tính nhạy nhiệt của hydrogel GP, nCur-GP bằng phương
pháp đảo ngược ống nghiệm (inversion tube) và nhiệt quét vi sai (DSC) .......39
2.4.3. Khảo sát khối lượng suy giảm của hydrogel ..........................................40
2.4.4. Khảo sát hình dạng và kích thước hạt qua hình ảnh của TEM, DLS .....41
2.5. Khảo sát đặc tính sinh học và hiệu quả chữa lành vết thương của
nanocurcumine trong hydrogel gelatin–pluronic F127 nhạy nhiệt .......................42
2.5.1. Xác định hàm lượng nanocurcumine trong hydrogel bằng phương pháp
phổ tử ngoại khả kiến UV-Vis ..........................................................................42
2.5.2. Đánh giá hiệu quả nhả chậm nanocurcumin ..........................................43
-vii-
2.5.3. Đánh giá ảnh hưởng của hệ lên sự tăng sinh nguyên bào sợi trong môi
trường nuôi cấy bằng phương pháp SRB (Sulforhodamine B) ........................44
2.5.4. Đánh giá hiệu quả của hydrogel nhạy nhiệt trên chuột ..........................45
2.5.5. Đánh giá mô sinh học .............................................................................47
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................48
3.1. Kết quả tổng hợp NPC-F127-NPC ................................................................48
3.1.1. Phương trình phản ứng ...........................................................................48
3.1.2. Kết quả phổ 1H NMR của NPC-F127-NPC ..........................................49
3.2. Kết quả tổng hợp NPC-F127-OH ..................................................................50
3.2.1. Phương trình phản ứng ...........................................................................50
3.2.2. Kết quả phổ 1HNMR của NPC-F127-OH .............................................51
3.3. Kết quả tổng hợp F127-Gelatin .....................................................................52
3.3.1. Phương trình phản ứng ...........................................................................52
3.3.2. Kết quả phổ 1H-NMR của F127-Gelatin ...............................................53
3.3.2.1. Kết quả phổ 1H-NMR của Gelatin .................................................53
3.3.2.2. Kết quả phổ 1H-NMR của F127-Gelatin ........................................54
3.4. Kết quả phổ hồng ngoại của NPC-F127-NPC, NPC-F127-OH, Gelatin-
F127-OH...............................................................................................................54
3.5. Khảo sát đặc tính nhạy nhiệt của hydrogel gelatin-pluronic F127 ................56
3.6. Kết quả khối lượng suy giảm sinh học của hydrogel gelatin-pluronic F127.59
3.7. Kết quả kích thước hạt nanocurcumin ...........................................................60
3.8. Kết quả nhả curcumin của hydrogel ..............................................................62
3.9. Kết quả độc tính tế bào của curcumin ...........................................................65
3.10. Kết quả phân tích tế bào ..............................................................................66
3.10.1. Sự phát triển của tế bào ........................................................................66
3.10.2. Đánh giá khả năng chữa lành vết thương, bỏng độ 2 trên động vật .....68
3.10.3. Đánh giá cấu trúc mô học của vết thương bỏng độ 2 ở ngày thứ 14 ....69
KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ .........................................................................................72
1. Kết luận .............................................................................................................72
-viii-
2. Kiến nghị...........................................................................................................72
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................73
PHỤ LỤC .................................................................................................................78
-ix-
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
F-127 Pluronic F-127
NPC p-nitrophenyl chloroformate
THF Tetrahydrofuran
TEM Transmission Electron Microscopy
DLS Dynamic Light Scattering
SRB Sulforhodamine B colorimetric assay
PBS Phosphate buffered saline
1
H NMR Proton Nuclear Magnetic Resonance
FT-IR Fourier transform infrared spectroscopy
CST Critical solution temperature
LCST Lower critical solution temperature
UCS Upper critical solution temperature
Ncur Nanocurcumin
GP Gelatin – graft- pluronic F127
Cur-GP Gelatin – graft- pluronic F127 mang nanocurcumin
HE Hematoxyline-eosin
FDA Food and Drug Administration
EO Ethylene oxide
PO Propylene oxide
PEO Poly (ethylene oxide)
PPO Poly (propylene oxide)
Da Dalton
DSC Differential Scanning Calorimetry
SCT Solution Critical Temperature
UV –Vis Ultraviolet – Visible Spectrum
MWCO Molecular weight cut-off
DMEM Dulbecco’s Modification of Eagle’s
OD Optical Density
DCM Dichloromethane
-x-
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Số hiệu hình Tên hình Trang
Hình 1 Những chấn thương thường gặp trong đời sống 1
Hình 2 Hydrogel nhạy nhiệt gelatin-pluronic 2
Hình 3 Mô phỏng vết thương được xử lý bằng dextran hydrogel 3
Hình 4 Điều chế hydrogel RCPT 4
Kết quả thử nghiệm trên chuột nhắt trắng. Kết quả chữa trị
Hình 5 cho thấy vết thương được điều trị bằng gel có tốc độ kéo da 5
nhanh hơn
Mô hình nghiên cứu của Choi JS, và kết quả thử nghiệm in
Hình 6 5
vivo trên vết thương ở chuột
Hình 7 Thử nghiệm tác dụng của curcumin trong chữa lành vết thương 6
Chuyển nhiệt của hydrogel, nanocurcumin/hydrogel
Hình 8 8
composite và thử nghiệm sơ bộ hiệu quả chữa lành bỏng độ 2
Hình 9 Khả năng chữa lành vết thương của nCur-GP 9
Hình 1.1 Cấu trúc của phân tử Pluronic 12
Hình 1.2 Sự tạo micell của pluronic 13
Hình 1.3 Cấu trúc lõi vỏ của pluronic 14
Hình 1.4 Gelatin 15
Hình 1.5 Cấu trúc gelatin 16
Hình 1.6 Hydrogel 19
Hình 1.7 Băng vết thương hydrogel 20
Hình 1.8 Sự trương nở của hydrogel 21
Hình 1.9 Tương tác kỵ nước của polyme lưỡng tính theo nhiệt độ 23
Hình 1.10 Ảnh hưởng của nhiệt độ trong hydrogel 23
Hình 1.11 Truyền tải thuốc bằng hệ thống chứa 25
Hình 1.12 Truyền tải thuốc bằng hệ thống nền 25
-xi-
Số hiệu hình Tên hình Trang
Hình 1.13 Trạng thái sol–gel của hydrogel chitosan–pluronic F127 27
Hình 1.14 Cây nghệ và sản phẩm từ nghệ 28
Hình 1.15 Cấu trúc thành phần của Curcuminioid 28
Hình 1.16 Độ tan của nanocurcumin và curcumin trong nước 30
Hình 1.17 Cấu trúc da 31
Hình 1.18 Các cấp độ bỏng 32
Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp hydrogel gelatin-pluronic 35
Hình 2.2 Tổng hợp NPC – F127 -NPC 36
Hình 2.3 Tổng hợp NPC–F127-OH 36
Hình 2.4 Mẫu Copolymer GP khi thẩm tách và đông khô 37
Hình 2.5 Sơ đồ tổng hợp nanocurcumin trong hydrogel gelatin-pluronic 37
Hình 2.6 Release curcumin trong hydrogel GP bằng túi thẩm tách 43
Hình 2.7 Tạo vết thương trên chuột 46
Hình 3.1 Phương trình phản ứng tổng hợp NPC-F127-NPC 48
Hình 3.2 Phổ 1H-NMR của sản phẩm NPC-F127-NPC 49
Hình 3.3 Phương trình phản ứng tổng hợp NPC-F127-OH 51
Hình 3.4 Phổ 1H-NMR của sản phẩm NPC-F127-OH 51
Phương trình phản ứng tổng hợp copolymer gelatin-
Hình 3.5 52
pluronic F127
Hình 3.6 Phổ 1H-NMR của gelatin 53
Hình 3.7 Phổ 1HNMR của Ami-F127-Gelatin 54
Phổ FT-IR của các mẫu F127, F127 hoạt hóa, gelatin, gelatin
Hình 3.8 55
g-F127
Hình 3.9 Đặc tính nhạy nhiệt của hydrogel gelatin–pluronic F127 56
Hình 3.10 Hydrogel GP và hydrogel GP chứa nCur ở 4 ºC, 37 oC 57
Đồ thị thể hiện sự tương quan của nồng độ copolymer và
Hình 3.11 57
nhiệt độ
-xii-
Số hiệu hình Tên hình Trang
Polyme nhạy nhiệt theo hiệu ứng cân bằng trong phân tử
Hình 3.12 58
lưỡng tính
Hình 3.13 Đường cong nhiệt DSC của coplymer GP (1:15) 20% 58
Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn % khối lượng giảm cấp sinh học theo thời gian 59
Hình 3.15 Chuyển pha sol-gel của hydrogel GP-nCur 61
Hình 3.16 Hình TEM của hydrogel GP chứa nCur 61
Kết quả DLS của nCur trong hydrogel ở các nồng độ (a) 5%,
Hình 3.17 62
(b) 10%, (c) 15%, (d) 20%, (e) 25%
Hình 3.18 Đường chuẩn curcumin 63
Hình 3.19 Kết quả nhả chậm nCur của hydrogel gelatin–pluronic F127 64
Đồ thị biểu thị sự phát triển của tế bào theo hàm lượng
Hình 3.20 65
curcumin
Hình 3.21 Sự phát triển của nguyên bào sợi trong hydrogel 66
Hình 3.22 Kết quả sự tăng sinh tế bào của hydrogel nCur-gelatin-F12 67
Hình 3.23 Đánh giá khả năng lành trên bề mặt vết thương 68
Hình 3.24 Độ khép của vết thương theo thời gian 69
Hình 3.25 Mô của mẫu da bình thường và mẫu da bị bỏng độ 2 sau 1 ngày 69
Kết quả nhuộm hóa mô hematoxyline-eosin các mẫu mô tái
tạo từ vết thương được xử lý hydrogel nCur-gelatin-F127 và
các mẫu đối chứng (a) Bình thường (b) 1 ngày sau khi gây
Hình 3.26 70
bỏng (c) không điều trị (d) điều trị bằng thuốc thương mại
(e) điều trị bằng Gel-g-F127 gel và (f) điều trị bằng nCur-
Gel-g-F127 gel
-xiii-
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Số hiệu bảng Tên bảng Trang
Bảng 1.1 Đặc điểm gelatin loại A và B 16
Bảng 1.2 Các thông số hóa lý của các thành phần curcuminoid 29
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ curcumin đến sự
Bảng 3.1 62
phát triển của tế bào
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ curcumin đến sự
Bảng 3.2 65
phát triển của tế bào
-xiv-
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Da của chúng ta được xem như chiếc áo đặc biệt vừa bảo vệ cơ thể trước những
tác động vật lý, hóa học của môi trường như: nhiệt độ, thời tiết, những va chạm trong
sinh hoạt hàng ngày, vừa bảo vệ cơ thể chống lại sự xâm nhập của vi khuẩn, nấm, các
loại virut…Tuy nhiên, chấn thương ngoại khoa gây tổn thương cho da là điều khó
tránh khỏi. Trong đó, bỏng là một trong những tai nạn thương tâm nhất và thường để
lại những di chứng nặng nề về vấn đề thẩm mỹ cũng như sức khỏe của con người [6].
Hình 1: Những chấn thương thường gặp trong đời sống
(Nguồn: Vết thương, bỏng)
Mặc dù cơ thể con người có cơ chế tự chữa lành vết thương, nhưng đối với vết
thương do bỏng nặng (khoảng 20% diện tích cơ thể), vết mổ bị nhiễm trùng, vết
thương biến chứng thành vết loét ở những bệnh nhân đái tháo đường, viêm tỉnh
mạch... có quá trình làm lành vết thương bị kéo dài, gây vấn đề phức tạp trong điều
trị, thêm vào đó là gánh nặng tài chính cho bệnh nhân mắc phải các loại vết thương
này và thậm chí có thể dẫn đến tử vong [24].
Hiện nay, trên thế giới đã nghiên cứu sử dụng các màng da nhân tạo trong điều
trị tổn thương bỏng và các loại vết thương ngoại khoa để khi lành có tính thẩm mỹ
như vùng da bình thường. Trong các loại màng nhân tạo đó, hydrogel đang rất được
quan tâm do có thể chế tạo từ polysacharide (chitosan, hyanluronic acid,…), pluronic
F127 hoặc gelatin với các đặc tính sinh hóa đáp ứng yêu cầu trên. Thêm vào đó,
những màng hydrogel nhân tạo này có khả năng cho hơi nước, oxy và các loại khí
-1-
khác thấm qua còn nước và các vi khuẩn thì không thấm qua được [35]. Như vậy, vết
thương tránh khỏi bị nhiễm khuẩn thứ phát bằng việc tạo ra một hàng rào chống lại
các vi khuẩn và tiêu dịch của vết thương, tạo nền và môi trường ẩm cho tế bào phát
triển, giúp hồi phục vùng mô bị tổn thương.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi hướng đến tổng hợp vật liệu hydrogel
gelatin-pluronic F127 nhạy nhiệt có các đặc tính dựa trên mang thêm hoạt chất
nanocurcumin để tăng cường hiệu quả chữa lành vết thương.
Hình 2: Hydrogel nhạy nhiệt gelatin-pluronic F127
(Nguồn: Tác giả, năm 2016)
Việc tổng hợp ra hydrogel nhạy nhiệt trên cơ sở gelatin và pluronic kết hợp
với nanocurcumin sẽ tạo ra màng băng vết thương thông minh sẽ có nhiều ý nghĩa
khoa học và thực tiễn do loại dung dịch polymer này chứa các thành phần hoạt tính
như collagen, curcumine có khả năng tái tạo da. Thêm vào đó, vật liệu này đóng vai
trò như chất hoạt động bề mặt giúp điều chế và phân tán tốt nanocurcumin ở nhiệt độ
dưới 35 oC và khi áp vào vết thương ở nhiệt độ từ 35-37 oC sẽ chuyển thành màng
gel dính chắc vào vết thương [5], [34]. Loại hydrogel này có khả năng hút nước tốt
nên có thể loại bỏ dịch do vết thương tiết ra, hoạt động như bức tường ngăn sự xâm
nhập của các yếu tố ngoại vi từ bên ngoài như bụi và vi khuẩn. Khi hydrogel này
trương lên, tạo một sức ép lên bề mặt vết thương, cộng với thành phần là gelatin và
curcumin nhả ra từ hệ hydrogel Cur-GP sẽ giúp cho việc tái tạo tế bào nhanh hơn
[47]. Băng hydrogel nhạy nhiệt trên cơ sở gelatin-pluronic kết hợp nanocurcumin là
chất nền mềm ẩm ướt, nên sẽ có tác dụng làm mát vết thương và làm giảm các triệu
-2-
chứng đau. Hơn nữa, hydrogel này còn ngăn chặn sự kết dính vào vết thương gây khó
khăn khi thay băng mới cho bệnh nhân.
Xuất phát từ những cơ sở khoa học và thực tiễn trên, chúng tôi tiến hành thực
hiện đề tài: “Nghiên cứu điều chế hydrogel nhạy cảm với nhiệt độ cơ thể từ dẫn xuất
gelatin để mang nhả chậm curcumin ứng dụng trong chữa lành vết thương”.
2. Lịch sử nghiên cứu vật liệu hydrogel chữa lành vết thương
 Tình hình nghiên cứu ngoài nước:
Hiện nay trên thế giới đã nghiên cứu sử dụng các màng hydrogel, hydrogel
nhạy nhiệt và curcumin trong điều trị tổn thương bỏng và các loại vết thương ngoại
mô khi lành có tính thẩm mỹ không để lại sẹo giống như vùng da bình thường.
Nhiều nghiên cứu về hydrogel trên cơ sở gelatin cho nhiều triển vọng không
chỉ ứng dụng màng hydrogel trị bỏng, nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy hiệu quả
vượt trội của chúng khi ứng dụng trong chữa lành vết thương, tái tạo sụn, thận nhân
tạo, mang thuốc,... [21], [30], [41], [45].
Trong báo cáo năm 2012, các nhà nghiên cứu tại Bệnh viện Johns Hopkins
(Đại học Johns Hopkins, Hoa Kỳ) cho biết phương pháp sử dụng hydrogel trong điều
trị bỏng đã mang lại các kết quả khả quan hơn so với các phương pháp truyền thống
và đặc biệt không để lại sẹo với các vết bỏng ở người bị bỏng độ 3. Kết quả nghiên
cứu cho rằng việc điều trị theo hướng sử dụng hydrogel đã thúc đẩy sự hình thành
của các mạch máu mới và tái tạo các lớp da phức tạp bao gồm các nang tóc và các
tuyến tiết dầu ở da. Hydrogel có thể tạo nền tảng cho phương pháp điều trị vết bỏng
với chi phí thấp có hiệu quả hơn các liệu pháp điều trị hiện có. Hơn nữa, hydrogel lại
dễ dàng được sản xuất trên quy mô lớn [25].
Hình 3: Mô phỏng vết thương được xử lý bằng dextran hydrogel
(Nguồn Dextran hydrogel, năm 2012)
-3-
Năm 2011, Tran NQ và cộng sự [41] đã điều chế in situ vật liệu chitosan
hydrogel mang rutin bằng xúc tác enzyme Horseradish peroxidase (HRP). Bên cạnh
hoạt tính tăng cường chữa lành vết thương của chitosan, rutin nhả ra ở nồng độ thích
hợp có thể tăng sinh nguyên bào sợi. Kết quả cho thấy hydrogel chitosan mang rutin
(RCPT) tăng cường phát triển nguyên bào sợi và tăng cường chữa lành vết thương
trên cơ sở kết quả đánh giá chiều dày mô tái tạo, mật độ nguyên bào sợi cùng mạch
máu tân tạo từ nhuộm hóa mô Hematoxyline-Eosin (hình 4).
Hình 4: Điều chế hydrogel RCPT
(Nguồn hydrogel chitosan mang rutin (RCPT), 2011)
Gelatin-pluronic là hydrogel của dẫn xuất gelatin được nhóm nghiên cứu Dong
Hwa Kim, Su-jin Heo, Jung-Woog Shin và Chi Woong Mun Đại học Inje, công bố
trên tạp chí Macromolecular Research cũng cho thấy hỗ trợ tốt cho quá trình chữa
lành vết thương [21]. Tuy nhiên, quá trình tổng hợp hydrogel có độ chuyển hóa không
cao và chưa kết hợp với hoạt chất chữa lành vết thương.
Vinary Kant (2014) và cộng sự nghiên cứu về tác động của hydrogel pluronic F127
nhạy nhiệt trong hỗ trợ điều trị vết thương. Dung dịch F127 (25%) tạo gel trên vết thương
chuột Wistar và kết quả cho thấy gel F127 tạo môi trường trung tính làm quá trình lành vết
thương diễn ra nhanh chóng do có sự khuếch đại các tín hiệu của VEGF và TGF-b1 [32].
-4-
Hình 5: Kết quả thử nghiệm trên chuột nhắt trắng. Kết quả chữa trị cho thấy vết
thương được điều trị bằng gel có tốc độ kéo da nhanh hơn
(Nguồn Vinary Kant, năm 2014)
Nghiên cứu của Choi JS. và cộng sự đã điều chế quang hóa pluronic F127 và
chitosan để mang hormone kích thích sinh trưởng rhEGF. Việc sử dụng kết hợp với
chitosan trong hydrogel làm lượng rhEGF được nhả ra với tỷ lệ phù hợp do đó cải thiện
quá trình lành vết thương hơn so với việc chỉ sử dụng riêng F127. Khảo sát về đặc tính
cơ bám dính của gel trên chuột được gây bỏng cho thấy lượng rhEGF được lưu trữ tại
vết thương nhiều hơn ở mẫu có sự tham gia của F127. Nhóm cũng kết luận rằng vết
thương ở chuột điều trị bằng F127- Chitosan có mang rhEGF có tốc độ lành nhanh hơn,
quá trình tái cấu trúc biểu bì cũng tốt hơn khi so sánh với mẫu gel F127 mang rhEGF mà
ko có sự tham gia của chitosan. Những số liệu này cho thấy tầm quan trọng trong việc
thiết kế hệ mang thuốc có nguồn gốc từ F127 để có được sự kiểm soát nhả phù hợp [28].
Hình 6: Mô hình nghiên cứu của Choi JS, và kết quả thử nghiệm in vivo trên vết
thương ở chuột
(Nguồn: Choi JS, năm 2010)
-5-
Nghiên cứu về sử dụng hoạt chất sinh học curcumin trong hỗ trợ chữa lành vết
thương cũng được các nhà nghiên cứu ngoài nước quan tâm nhiều trong vài năm trở
lại gần đây. Năm 2015, Yosra S.R. Elnaggar ở Ấn Độ tạo ra hệ nanocucurmin mang
trong hệ hyaluronic acid gel. Kết quả ban đầu sau 7 ngày điều trị trên mô hình động
vật gây bỏng độ 3 cho kết quả có sự khác biệt rõ rệt. Tại ngày thứ 11, điều trị bằng
hệ gel chứa nanocurcumin, vết thương không có sự xuất hiện sẹo, tốc độ lành nhanh
gấp 5 lần so với các mẫu đối chứng khác [47].
Hình 7: Thử nghiệm tác dụng của curcumin trong chữa lành vết thương
(Nguồn: Yosra S.R. Elnaggar, năm 2015)
Theo nghiên cứu của giáo sư Atiyeh và cộng sự ngành phẫu thuật thẩm mỹ và
phục hồi của Trung tâm Khoa Y, Đại học American University of Beirut (Lebanon),
trong tình trạng kéo dài không thuận lợi cho sự lành của vết thương, quá trình viêm
tiếp diễn có thể là kết quả của việc gia tăng quá trình phá hủy và hoại tử mô [36].
Nghiên cứu của Kulac và đồng nghiệp năm 2013 cũng cho rằng việc tối ưu hoá quá
trình lành vết thương, giảm chứng viêm và kích hoạt sự tăng sinh của tế bào là mục
đích chính trong việc tái tạo phần mô bị phá huỷ. Theo kết quả nghiên cứu của
Mohanty và đồng nghiệp công bố trên tạp chí Mol Pharm năm 2012, để làm giảm
thời gian viêm của vết thương thì việc sử dụng hợp chất có tính chống oxi hoá là cần
thiết. Khi quá trình viêm diễn ra, do cơ thể phản ứng lại bằng cách hình thành cục
máu đông để chặn đứng sự mất máu, giãn mạch nhằm tăng lưu lượng máu đến nơi
vết thương, đưa các tế bào chuyên biệt bao gồm cytokines và các phân tử oxi hoá như
là hydrogen peroxide, các gốc tự do và acid hypochlorous tới để phân hủy các yếu tố
lạ như vi khuẩn, tiêu hóa những tế bào chết. Tuy nhiên, các chất oxi hoá và cytokines
lại phá huỷ các tế bào mới được hình thành. Việc bôi ngoài da của các hợp chất có
-6-
tính chống oxi hoá là một cách có tính khả thi cao và hiệu quả để chữa lành vết
thương. Trong số đó, curcumin được công bố như một tác nhân đầy hứa hẹn hỗ trợ
làm lành vết thương khi sử dụng ở dạng bôi, dán ngoài da.
Dược tính của curcumin như kháng oxi hoá, kháng viêm, kháng khuẩn đã được
công bố trên các tạp chí khoa học uy tín. Thêm vào đó, nghiên cứu gần đây cho thấy
curcumine có khả năng thực hiện các hoạt động đa chức năng và có thể là đích của
nhiều con đường tế bào. Theo các tài liệu nghiên cứu [36],[40] curcumin dạng thô có
tính kị nước cao và khó hấp thụ. Ngoài ra, curumin còn có độ tương hợp sinh học
thấp với các tác nhân trong cơ thể, do đó phải sử dụng lượng curcumin cao trong việc
điều trị và điều này dẫn đến nguy cơ bị ngộ độc do hệ quả của sự có mặt hàm lượng
polyphenols cao. Điều này dẫn đến ý tưởng điều chế sản phẩm curcumin dưới dạng
nano. Ở kích thước nano sẽ làm tăng khả năng hấp thu của tế bào và độ phân tán sinh
học của cucurmin [23].
 Tình hình nghiên cứu trong nước
Hydrogel y sinh nhạy cảm nhiệt độ trên cơ sở poly(ε–caprolactone–co-
lactide)–poly(ethylene glycol)–poly(ε–caprolactone–co-lactide) triblock copolymers
(PCLA–PEG–PCLA) được tổng hợp và đem khảo sát chuyển pha trong trong điều
kiện in vitro và in vivo [11].
Một số nghiên cứu của TS. Trần Ngọc Quyển và cộng sự ở Phòng Vật liệu Hóa
Dược, Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt
Nam, thành phố Hồ Chí Minh cũng cho thấy vết thương phủ hydrogel được tạo bằng các
liên kết hóa học giữa các mạch gelatin hỗ trợ tốt quá trình chữa lành vết thương, nhưng
loại polyme này chuyển thành gel bằng các liên kết hóa học giữa các mạch geletin nên
quá trình tổng hợp biến tính polyme phức tạp và giảm cấp sinh học chậm [19-20]. Nhóm
cũng đã nghiên cứu hệ gel chitosan–pluronic nhạy nhiệt ứng dụng cho chữa lành vết
thương nhưng chưa tiến hành nghiên cứu trên hệ gelatin–pluronic nhạy nhiệt [34]. Hiện
chưa có nhóm nào ở Việt Nam cũng như trên thế giới kết hợp hydrogel gelatin-pluronic
nhạy nhiệt và nanocurcumin trong chữa lành vết thương. Việc kết hợp hai thành phần có
hoạt tính chữa lành vết thương có thể tăng cường thêm hiệu quả điều trị.
-7-
Hình 8: Chuyển nhiệt của hydrogel, nanocurcumin/hydrogel composite và thử
nghiệm sơ bộ hiệu quả chữa lành bỏng độ 2
(Nguồn: Trần Ngọc Quyển, năm 2015)
Theo kết quả nghiên cứu đăng trên Tạp chí Dược học của Trần Hữu Dũng,
màng gel pluronic nhạy cảm bởi nhiệt độ được sử dụng trong điều trị các tổn thương
bỏng. Kết quả đã cho thấy có thể chữa lành vết thương hở một cách hiệu quả và cũng
có thể được sử dụng như một giá mang phóng thích tại chỗ các thuốc làm lành vết
thương [5]. Tuy nhiên, hạn chế là chất gel không tạo màng ngay lập tức, và màng tạo
ra không bền vững bởi nhanh chóng bị bào mòn do dịch từ vết thương tiết ra, cũng
không bóc ra được dễ dàng, nên khó ứng dụng trong thực tế. Màng pluronic sẽ không
bền vững nếu chưa được gắn với các vật liệu như chitosan, gelatin, collagen [9].
Cùng với nghiên cứu của Lê Thị Thu Hương, Trường Đại học Huế cũng chế tạo
gel pluronic nhạy cảm bởi nhiệt chứa neomycin và panthenol điều trị bỏng trên thỏ thí
nghiệm. Hệ gel trên có chứa kháng sinh và chất kích thích tăng sinh tế bào, giúp cho công
tác điều trị bỏng diễn ra kịp thời, thuận lợi và giảm đau cho bệnh nhân [7]. Tuy nhiên, việc
sử dụng chất kháng sinh sẽ gây ra tác dụng phụ không mong muốn.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
 Đối tượng nghiên cứu
Hệ hydrogel gelatin–pluronic F127 nhạy nhiệt mang nhả chậm curcumin.
 Phạm vi nghiên cứu
- Tổng hợp hydrogel nhạy nhiệt trên cở sở gelatin và pluronic F127 ở quy mô
phòng thí nghiệm, sử dụng phương pháp khuấy từ kết hợp với gia nhiệt cổ điển.
-8-