BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT
ooo0ooo






ĐẶNG THỊ MINH LỤA











NGHIÊN CỨU TẠO PHỨC HỆ NANO
TÍCH HỢP CURCUMIN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC




Hà Nội - 2012
1Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT
ooo0ooo





ĐẶNG THỊ MINH LỤA








NGHIÊN CỨU TẠO PHỨC HỆ NANO
TÍCH HỢP CURCUMIN






Ngành: Sinh học
Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
Mã số: 60.42.30




LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC



Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ QUANG HUẤN




Hà Nội - 2012
2Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên





LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Lê Quang
Huấn, Trưởng phòng Phòng Công nghệ tế bào động vật - Viện Công nghệ sinh
học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tận tình hướng dẫn, dạy bảo và
dành phần kinh phí thích hợp từ đề tài khoa học cơ bản định hướng ứng dụng để
thực hiện các nội dung nghiên cứu của đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Lã Thị Huyền, ThS. Lê Thị Minh Phúc
và nhóm nanomedicine phòng Công nghệ tế bào động vật đã trực tiếp giúp đỡ
tôi trong quá trình thực hiện khóa luận này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các anh, chị, các bạn đồng nghiệp tại phòng
Công nghệ tế bào động vật đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong quá trình
làm khóa luận.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy giáo, cô giáo dạy khoa Sinh học,
Trường Đại học Thái Nguyên, Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật đã dạy bảo
và giúp đỡ tôi trong thời gian học tập và nghiên cứu.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, người thân và bạn bè luôn động viên
và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn.

Hà Nội, ngày 26 tháng 9 năm 2012
Học viên


Đặng Thị Minh Lụa
3Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên





NHỮNG TỪ VIẾT TẮT
Chi Chitosan
CMC Critical Micelle Concentration
Cs Cộng sự
DMSO Dimethyl Sulfoxide
MN Magnetic Nanoparticles
NC Nanocapsules
NE Nanoemulsion
NLC Nanostructured Lipid Carriers
NPs Nanoparticles
NS Nanospheres
NSAISs Nonsteroidal Antiinflammatory Drugs
PEG Polyethylenglycol
PF Pluronic® F-127
PLGA Poly-D,L-lactide-co-glycolide
QD Quantum Dots
RES Reticuloendothelial System
SEM Scanning Electron Microscopy
SLN Solid Lipid Nanoparticles
TEM Transmission Electron Microscopy
TPP Tripolyphosphate
4Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




MỤC LỤC


MỞ ĐẦU 1
Chương 1. TỔNG QUAN 3
1.1. Các hệ vận chuyển thuốc kích thước nano
3
1.1.1. Khái niệm 3
1.1.2. Phân loại 3
1.2. Tổng quan về chitosan và nano chitosan
6
1.2.1. Cấu trúc của chitosan 6
1.2.2. Tính chất chitosan 7
1.2.3. Ứng dụng của chitosan 8
1.2.4. Nano chitosan 8
1.3. Curcumin
10
1.3.1.Cấu trúc hóa học của curcumin 10
1.3.2. Dược động học của curcumin 12
1.3.3. Tác dụng dược lý của curcumin 13
1.3.4. Hệ vận chuyển curcumin 15
Chương 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20
2.1. Hóa chất và thiết bị
20
2.2. Phương pháp nghiên cứu
21

2.2.1. Phương pháp tạo chitosan phân tử lượng thấp 21
2.2.2. Phương pháp tạo hạt nano chitosan 21
2.2.3. Phương pháp tạo phức hệ nano tích hợp curcumin 22
2.2.4. Phương pháp chụp kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission
Electron Microscope - TEM) 23

2.2.5. Phương pháp chụp kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron
Microscope - SEM) 24
2.2.6. Phương pháp soi kính hiển vi huỳnh quang 25
2.2.7. Phương pháp đo size, phân bố size và thế zeta 26
5Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




2.2.8. Phương pháp xác định hiệu xuất đóng gói 29
2.2.9. Khảo sát tính thấm của hạt nano vào tế bào động vật 29
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31
3.1. Kết quả tạo nano chitosan
31
3.2. Hình thể học của hạt nano tích hợp cucurmin
33
3.3. Kết quả đo size, phân bố size và thế zeta của hạt nano tích hợp
curcumin
34
3.4. Hiệu suất đóng gói curcumin
36
3.5. Tính thấm của hạt nano vào tế bào HEK293
39
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

6Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


1


MỞ ĐẦU
Công nghệ nano đã tạo ra hàng loạt hệ vật chất kích thước từ vài nm tới
hàng trăm nm để vận chuyển dược chất đến các bộ phận mong muốn trong cơ
thể. Các hệ vận chuyển thuốc có nhiều triển vọng là polymer-micelles,
dendrimers, các hạt nano có nguồn gốc kim loại polymer, ceramic, protein,
virus, và các hạt nano liposome. Các dược chất hoặc các tác nhân chẩn đoán
được tích hợp vào bên trong liên kết hóa học hoặc gắn vào bề mặt của các hạt
nano này.
Curcumin là hoạt chất được chiết xuất từ củ nghệ vàng. Curcumin có
nhiều hoạt tính sinh học và dược học quan trọng như tính kháng viêm, chống
ung thư và kháng virus, cũng như các ứng dụng y học tiềm năng do tính độc
thấp của chúng. Trong những năm gần đây, curcumin đã được chứng minh là
có khả năng ức chế sự tăng sinh tế bào trên nhiều dòng tế bào ung thư in vitro
và đã được sử dụng để ngăn ngừa và điều trị nhiều bệnh ung thư in vivo. Tuy
nhiên, do độ hòa tan kém, sinh khả dụng thấp và bị chuyển hóa nhanh chóng
tại ruột và gan đã làm hạn chế các ứng dụng của curcumin. Curcumin có thể
được phát triển như một loại thuốc điều trị thông qua thay đổi công thức hoặc
gắn lên hệ vận chuyển, cho phép nâng cao khả năng hấp thụ của tế bào. Để
vận chuyển curcumin đến các cơ quan đích, cần phải cải thiện độ hòa tan và
sinh khả dụng của nó [1]. Gần đây, nhiều nghiên cứu đã tập trung tạo ra các
hạt nano polyme dựa trên copolymer Pluronic® F-127 (PF).
Pluronic® F-127 (PF) là một copolymer không độc hại ưa nước, được
sử dụng rộng rãi như một tá dược để làm tăng tính ổn định và độ hòa tan của
thuốc. PF là một ABA copolymer bao gồm tiểu phần A polyoxyethylene
(PEO), tiểu phần B polyoxypropylene (PPO) [2]. Khi gia tăng nhiệt độ của
dung dịch PF tiểu phần A, PPO có xu hướng mất nước tạo thành lõi với vỏ
bên ngoài là chuỗi PEO ngậm nước hợp thành hình cầu micelle [3]. Cấu trúc
7Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



2

micelle tạo bởi copolymer có thể tích hợp được các thuốc ưa nước, kỵ nước
và kéo dài thời gian giải phóng thuốc [4,5]. Tuy nhiên, việc sử dụng các
micelle PF làm hệ vận chuyển thuốc đường dài là không thực tế, vì các hạt
micelle có thể bị kết tụ và thay đổi cấu trúc khi tiếp xúc nồng độ và nhiệt độ
khác nhau. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự ổn định của các hạt micelle có
thể được cải thiện sau khi được phủ một lớp polymer với các vật liệu như
PLGA, polyvinychloride hoặc chitosan [6].
Chitosan là một loại polymer carbohydrate tự nhiên, được tạo ra bằng
cách deacetyl hóa đầu N- của chitin. Chitosan có nhiều ưu điểm để làm vật
mang trong các hệ thống vận chuyển thuốc kích cỡ nano. Chitosan không độc,
có khả năng tương thích sinh học, phân hủy sinh học và đã được chứng minh
để kiểm soát sự giải phóng thuốc, protein hay các peptide. Chitosan hòa tan
tốt trong nước, tránh việc sử dụng các dung môi hữu cơ độc hại, và không cần
tinh sạch khi tạo ra các hạt nano [7].
Sự kết hợp polymer-micelles, phức hệ nano Chitosan-PF tích hợp
curcumin tạo ra hệ vận chuyển curcumin đầy hứa hẹn. Xuất phát từ những cơ
sở khoa học và thực tiễn trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “ Nghiên
cứu tạo phức hệ nano tích hợp curcumin” với mục tiêu:
- Tạo được phức hệ nano tích hợp curcumin
- Kiểm tra, đánh giá phức hệ nano đã tạo được
- Khảo sát tính thấm của hạt nano vào tế bào động vật, kiểm tra độc tính trên
tế bào ung thư, từ đó định hướng ứng dụng trong điều trị ung thư.
8Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


3


Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Các hệ vận chuyển thuốc kích thước nano
1.1.1. Khái niệm
Hệ vận chuyển thuốc kích thước nano là hệ được cấu tạo như các hạt
nano có kích thước từ 1-1000 nm, với thiết kế thích hợp có vai trò như một
phương tiện vận chuyển chuyên biệt, đảm bảo vận chuyển các hoạt chất đến
đích tác dụng.
Công nghệ nano đã tạo ra hàng loạt hệ vật chất với kích thước từ vài
nm tới hàng trăm nm được sử dụng để vận chuyển dược chất đến các bộ phận
mong muốn trong cơ thể với liều lượng thích hợp và theo đúng thời gian
mong muốn, đảm bảo được 3 yếu tố góp phần tạo nên tính an toàn và hiệu
quả của thuốc: đúng nơi, đúng lúc và đúng liều. Các hệ vận chuyển thuốc có
nhiều triển vọng là polymer-micelles, dendrimers, các hạt nano có nguồn gốc
kim loại polymer, ceramic, protein, virus, và các hạt nano liposome. Các dược
chất hoặc các tác nhân chẩn đoán sẽ được đưa vào bên trong liên kết hoá học
hoặc gắn vào bề mặt của các hạt nano này.
1.1.2. Phân loại
Hiện nay các hạt nano vận chuyển thuốc thường được phân loại theo
thành phần cấu tạo, cấu trúc và đặc tính bề mặt của hạt nano.
Thành phần cấu tạo của các hạt nano chủ yếu là polyme, lipid và các
hợp chất vô cơ, do vậy có thể phân thành 3 lớp lớn:
• Hạt nano polyme (polymeric nanoparticles)
• Hạt nano lipid (lipid nanoparticles)
• Hạt nano vô cơ (inorganic nanoparticles)

9Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


4



Hình 1.1. Một số hạt nano thường gặp
Ngoài ra, còn có những hạt nano có cấu trúc hỗn hợp giữa polyme,
lipid và hợp chất vô cơ. Các polymer có khả năng phân hủy sinh học và tương
thích sinh học thường được sử dụng là polylactide, polyglycolide,
poly(lactide-co-glycolide), poly(ε-caprolactone), poly(alkyl-cyanoacrylate),
gelatine, chitosan… Các lipid thường được sử dụng là các lipid không độc với
cơ thể, có cấu tạo khá tương đồng với lipid sinh học như phospholipid,
cholesterol, glyceride… và dẫn xuất của các lipid này. Các hạt nano vô cơ
thường được sử dụng trong chẩn đoán và điều trị như: hạt nano từ tính
(magnetic nanoparticle), chấm lượng tử (quantum dots).
Phân loại theo cấu trúc, các hạt nano có thể chia thành 3 dạng:
• Hạt nano dạng màng bao: cấu tạo giống như túi (vesicle) hoặc nang
(capsule), gồm một thành phần polymer hoặc một màng đơn hay màng
kép lipid bao quanh một lõi có thể ở trạng thái rắn, rắn-lỏng hoặc lỏng
ưa nước hoặc ưa dầu.
• Hạt nano cấu trúc dạng khung xốp (matrix): khung xốp polyme, lipid
hoặc các hợp chất vô cơ phân bố đều bên trong hạt nano thường có
dạng hình cầu.
10Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


5

• Hạt nano cấu trúc dạng phức hợp (complex): thường là một phức hợp
đa thành phần giữa polymer hoặc lipid tích điện dương và hoạt chất tích
điện âm (protein, peptide và acid nucleic) kết hợp với nhau nhờ tương
tác điện tích.
Phân loại theo tính chất bề mặt của hạt nano, dựa trên các thay đổi bề mặt hạt
nano như: tính ưa dầu, hiệu ứng cản trở không gian và thành phần cấu tạo bề

mặt nhằm hướng hạt nano đến đích tác dụng. Các hạt nano này có thể được
chia làm 3 loại:
• Hạt nano thụ động (pasive nanoparticles): bề mặt không có sự cản trở
về mặt không gian và thường ưa dầu. Các hạt nano này dễ dàng bị
opsonin hóa bởi các protein huyết tương trong tuần hoàn và sau đó bị
bắt giữ bởi tế bào thực bào đơn nhân có các receptor bề mặt nhận biết
đặc hiệu protein huyết tương, rồi di chuyển chủ yếu đến vùng gan, lách,
vì vậy các hạt nano này thường được gọi là hạt nano hướng gan lách.
• Hạt nano Stealth
®
(Stealth
®
nanoparticles): bề mặt hạt nano được bao
phủ bởi lớp polymer ưa nước và linh động như polyethylenglycol
(PEG), polysaccharide, poloxamer, poloxamine. Các hạt nano này
thường liên kết cộng hóa trị với PEG trên bề mặt lên có thể gọi là hạt
nano ghép PEG. Nhờ thay đổi cấu trúc bề mặt, các hạt nano này hầu
như không bị opsonin và bắt giữ thực bào. Do vậy thường được áp
dụng để điều trị bệnh ngoài vùng gan lách.
• Hạt nano chủ động (active nanoparticles): Các hạt nano được gắn kết
với các ligand trên bề mặt nhằm nhận biết đặc hiệu các receptor ở mô
và tế bào đích. Các hạt nano này còn được gọi là hạt nano hướng đích
[8].
11Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


6


Hạt nano thụ động Hạt nano Stealth

®
Hạt nano chủ động
Hình 1.2. Cấu trúc hạt nano
1.2. Tổng quan về chitosan và nano chitosan
1.2.1. Cấu trúc của chitosan
Chitosan là một loại polymer carbohydrate tự nhiên có thể tạo ra bằng
cách deacetyl hoá chitin. Chitosan có thể tìm thấy trong tự nhiên từ động vật
giáp xác như tôm, cua. Chitosan còn có thể được tìm thấy từ những loài vi
sinh vật như nấm, nấm men.

Hình 1.3. Công thức cấu tạo chitin và chitosan
12Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


7

Chitosan là dẫn xuất deacetyl hoá của chitin, trong đó nhóm (–NH2)
thay thế nhóm (-NHCOCH3) ở vị trí C2. Chitosan được cấu tạo từ các mắt
xích D-glucosamine liên kết với nhau bởi liên kết α-(1-4)-glycoside [9], [10].
1.2.2. Tính chất chitosan
• Không độc, tính tương thích sinh học cao và có khả năng phân huỷ sinh
học nên không gây dị ứng và không gây phản ứng phụ, không gây tác
hại đến môi trường, cấu trúc ổn định.
• Tan tốt trong dung dịch acid loãng (pH < 6,3) và kết tủa ở những giá trị
pH cao hơn, hóa tím trong dung dịch iod.
• Có tính kháng khuẩn tốt.
• Là hợp chất cao phân tử nên trọng lượng phân tử của nó giảm dần theo
thời gian do phản ứng tự cắt mạch. Nhưng khi trọng lượng phân tử
giảm thì hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm không bị giảm đi.
• Có khả năng hấp phụ cao đối với các kim loại nặng.

• Ở pH < 6,3, chitosan có tính điện dương cao.
• Trong phân tử chitosan có chứa nhóm –OH, -NHCOCH3 trong các mắt
xích N-acetyl-D-glucosamine có nghĩa chúng vừa là alcol vừa là amine,
vừa là amide. Phản ứng hoá học có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra
dẫn xuất thế O-, dẫn xuất thế N
• Mặt khác chitosan là những polymer mà các monomer được nối với
nhau bởi các liên kết α-(1-4)-glycoside; các liên kết này rất dễ bị cắt
đứt bởi các chất như: acid, bazơ, tác nhân oxy hoá và các enzyme thuỷ
phân [9], [10].


13Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


8

1.2.3. Ứng dụng của chitosan
Trong y tế, chitosan có tác dụng làm màng chữa bỏng, tá dược độn
trong làm cốm, tá dược ổn định viên nén, thuốc trị viêm loét dạ dày tá tràng.
Hỗn hợp chitosan-collagen làm giảm cholesterol trong máu, giảm sự hấp thụ
lipid. Chitin được dùng làm da nhân tạo, thuốc diệt khuẩn, chỉ khâu trong
phẫu thuật.
Trong công nghiệp thực phẩm, chitosan làm phụ gia thực phẩm duy trì
hương vị tự nhiên, ổn định màu, nhũ tương, làm dày cấu trúc, màng bảo quản
rau quả tươi, làm trong nước quả ép, giữ màu sắc và hương vị tự nhiên của
sản phẩm.
Trong công nghiệp in, chitosan làm chất keo cảm quang, trong công
nghiệp nhuộm làm tăng độ màu vải nhuộm. Trong nông nghiệp, oligochitosan
làm thuốc tăng trưởng thực vật và kích thích gây tạo kháng sinh thực vật,
thuốc diệt nấm bệnh cho thực vật, gia tăng hệ số nhân và sinh khối tươi cho

cây nuôi cấy mô.
Trong khoa học kỹ thuật, chitosan làm dung dịch tăng độ khuyếch đại
của kính hiển vi, xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt: thu hồi ion kim
loại, protein, phenol, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm…[9], [10].
1.2.4. Nano chitosan
Chitosan được sử dụng làm nguyên liệu điều chế hạt nano chitosan
trong những năm gần đây vì những tính chất ưu việt của nó ở kích thước
nano. Chitosan là dạng deacetyl hóa từ chitin, có cấu trúc polysaccharide,
được tìm thấy ở loài động vật giáp xác, côn trùng và một vài loại nấm. Với
nhiều tính năng như tính tương thích sinh học, phân hủy sinh học, bám dính
màng và không độc hại, nó trở thành nguyên liệu cho nhiều ứng dụng dược
sinh học. Do đó, hạt nano chitosan trở thành hệ thống phân phối thuốc có tiềm
năng lớn [11].
14Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


9

Nano chitosan do có kích thước siêu nhỏ (từ 10 đến 1000nm) nên dễ
dàng đi qua màng tế bào, có thể đưa vào cơ thể qua nhiều đường khác nhau
như dùng ngoài da, dùng qua đường miệng, qua mũi… Nano chitosan có diện
tích và điện tích bề mặt cực lớn nên được ứng dụng nhiều trong sinh y học
như mang thuốc, vaccine, vectơ chuyển gen, chống khuẩn, thuốc điều trị ung
thư… Khi sử dụng nano chitosan làm chất dẫn thuốc, thuốc điều trị được bảo
vệ bởi những hạt nano chitosan khỏi sự phân huỷ sinh học. Do kích thước rất
nhỏ, những hạt này có tác dụng thấm sâu vào cơ thể, đưa thuốc đến đúng mục
tiêu, nâng cao hiệu quả điều trị [12].
Trên thế giới, hầu hết những công trình nghiên cứu gần đây đều nhằm
mục đích chế tạo ra những chất mang nano để dẫn truyền thuốc, protein, gen
và phát triển vectơ chitosan hướng đích thuốc trên những tế bào ung thư. Một

số công trình tiêu biểu là điều chế hạt chitosan composite với acid polyacrylic
để điều khiển và kéo dài thời gian phóng thích thuốc; điều chế nano chitosan
với cholesterol để dẫn thuốc đến mắt; biến tính với N-trimethyl mang protein
làm hệ thống dẫn truyền đường mũi; tạo phức với acid deoxycholic để dẫn
truyền gen [13]. Ngoài ra, nano chitosan còn được nghiên cứu về khả năng
diệt khuẩn [14], [15], ứng dụng trong thực phẩm chức năng [16], [17]. Nhiều
công trình cũng tiến hành nghiên cứu về kích cỡ, điện tích bề mặt hạt nano
chitosan vì đây là những đặc tính rất quan trọng quyết định hiệu quả gây
nhiễm gen, gắn kết các phân tử protein trên hạt nano [18]. Ở nước ta, có nhóm
của PGS. TS. Nguyễn Anh Dũng [19] và nhóm của TS. Trần Đại Lâm [20]
nghiên cứu về vấn đề này.



15Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


10

1.3. Curcumin
Polyphenol đóng một vai trò quan trọng trong việc duy trì sức khỏe và
phòng bệnh. Polyphenol trong chế độ ăn uống của con người có nguồn gốc
chủ yếu từ các loại rau, trái cây và các loại gia vị. Đồ uống và đồ dùng như cà
phê, trà xanh và trà đen, cũng như sô-cô-la, rượu vang đỏ, dầu ô liu, các loại
hạt…,cũng giàu polyphenol. Nhiều loại trong số đó được sử dụng như là
thuốc cho phòng chống dịch bệnh, cũng như duy trì tuổi trẻ và tuổi thọ. Gần
đây các nhiên cứu chỉ ra rằng, các chất có nguồn gốc tự nhiên này có khả
năng chống oxi hóa và chống viêm mạnh mẽ. Ngoài ra, nhiều trong số chúng
đóng vai trò quan trọng trong điều chỉnh hệ thống miễn dịch và hiện đang
được nghiên cứu như các tác nhân bảo vệ hóa học, thần kinh, tim mạch, gan

[21], [22].
Đặc biệt, củ nghệ, một ví dụ điển hình giàu polyphenol, đã được sử
dụng trong nhiều thế kỷ trong y học cổ truyền Ấn Độ và Y học cổ truyền
Trung Quốc [22]. Hơn nữa củ nghệ cũng được sử dụng như một phụ gia thực
phẩm và chất bảo quản. Curcumin là thành phần polyphenol chính của củ
nghệ được bán rộng rãi trên toàn thế giới. Củ nghệ được biết đến ở Châu Âu
vào thế kỷ 13 bởi Marco Polo và lần đầu tiên được công bố trên tạp chí
Lancet năm 1937. Curcumin cũng mới được nghiên cứu và thử nghiệm tiền
lâm sàng giai đoạn I, II, III trong 10-15 năm qua.
1.3.1.Cấu trúc hóa học của curcumin
Màu vàng của nghệ chủ yếu là do sự hiện diện của curcuminoids
polyphenolic, chiếm khoảng 3% đến 5% của hầu hết các chế phẩm nghệ. Các
chiết xuất từ cồn của củ nghệ chủ yếu có chứa ba loại curcuminoids, cụ thể là
chất curcumin (cũng được gọi là curcumin I hoặc diferuloylmethane),
demethoxycurcumin (curcumin II), và bisdemethoxycurcumin (curcumin III)
(hình 1.4). Curcumin lần đầu tiên được chiết xuất bởi Vogel và Pelletier vào
16Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


11

năm 1815 và cấu trúc của nó như diferuloylmethane được thiết lập vào năm
1910. Cấu trúc hóa học của nó đã được khẳng định trong năm 1973 bởi
Roughley và Whiting [23].

Hình 1.4. Cấu trúc của 3 loại curcuminoids chính trong củ nghệ
Curcumin được sử dụng nhiều nhất không phải là curcumin tinh khiết,
mà là một hỗn hợp của curcumin (khoảng 77%), desmethoxy curcumin
(khoảng 18%) và bisdesmethoxy curcumin (khoảng 5%) [24]. Trong số hơn
120 loài Curcuma được tìm thấy, chỉ có những loài C.aromatica,

C.phaecaulis, C.zedoaria, C.xanthorrhiza, C.Mangga chứa hợp chất
curcuminoid. Trong số các curcuminoids, curcumin là chất hóa học chính và
C.Longa là nguồn thu chính của curcumin [22].
Curcumin tên hóa học: (E, E) -1,7-bis (4-hydroxy-3-methoxyphenyl) -
1,6-heptadiene-3, Dione) bis-α, β-không bão hòa β-diketone. Nó có trọng
lượng phân tử 368,38; điểm nóng chảy 179-183° C; và công thức hóa học
C
21
H
20
O
6
. Theo điều kiện sinh lý, chất curcumin có thể tồn tại trong cả hai
dạng enol và bis-keto, cùng tồn tại trong trạng thái cân bằng.
17Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


12


Hình 1.5. Dạng Keto-enol của curcumin (Strimpakos and Sharma, 2008).
Curcumin dễ dàng hòa tan trong dimethylsulfoxide (DMSO), ethanol,
acetone, nhưng nó ít hòa tan trong nước. Trong các dung dịch có tính axit và
trung tính, cũng như trong trạng thái rắn, dạng keto chiếm ưu thế, và chất
curcumin hoạt động như thể cho các nguyên tử H+. Ngược lại, trong điều kiện
kiềm (≥ pH 8), dạng enolic chiếm ưu thế, và phần phenolic của phân tử đóng
vai trò chủ yếu là thể cho electron [25].
1.3.2. Dược động học của curcumin
Nghiên cứu sự hấp thu, phân bố, chuyển hóa và bài tiết của curcumin
trong những năm gần đây cho thấy curcumin trải qua một quá trình chuyển

hóa nhanh chóng, và nó được cho rằng là nguyên nhân chính gây ra sinh khả
dụng thấp trong hệ tuần hoàn. Curcumin dùng đường uống với liều 1000
mg/kg chuột, kết quả khoảng 75% được bài tiết trong phân và số lượng không
đáng kể được phát hiện trong nước tiểu [26]. Ravindranath và cs đã công bố
các liều dùng đường uống phần lớn được bài tiết trong phân, trong khi khoảng
35% được bài tiết ở dạng không thay đổi và 65% được đào thải dưới dạng các
chất chuyển hóa của curcumin [27]. Sau khi tiêm tĩnh mạch ở chuột, số lượng
lớn các chất này và các chất chyển hóa của nó được bài tiết qua mật, chủ yếu
là glucoronides tetrahydrocurcumin và hexahydrocurcumin (hình 1.6) [28,29].
18Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


13


Hình 1.6. Cấu trúc một số chất chuyển hóa quan trọng của curcumin
Sự phối hợp của curcumin đường uống với piperine, một alkaloid được
tìm thấy trong hạt tiêu đen (piper nigrum) và hạt tiêu dài (piper loanga), để
tăng nồng độ curcumin trong huyết thanh ở loài gặm nhấm. Trong một nghiên
cứu sử dụng curcumin đường uống liều cao ở chuột (2000 mg/kg), các nhà
khoa học phát hiện ra rằng chính sự phối hợp cùng piperine làm tăng sinh khả
dụng lên 154% [30]. Cơ chế của sự kết hợp này đến nay vẫn chưa được làm
rõ.
1.3.3. Tác dụng dược lý của curcumin
Những bằng chứng tích lũy trong những năm qua đã chỉ ra rằng, nhiều
loại thuốc kháng viêm như steroids và các NSAISs có liên quan đến nhiều tác
dụng phụ, các biến chứng tim mạch hầu hết gây ra bởi việc sử dụng thuốc
coxib. Do đó các tác nhân kháng viêm cần có độ an toàn và hiệu quả cao hơn.
Curcumin đã được công bố như là một trong những chất kháng viêm có
nguồn gốc tự nhiên và hầu như không có tác dụng phụ.

19Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


14

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng curcumin có tác dụng bảo vệ gan và
thận, ngăn chặn huyết khối, nhồi máu cơ tim Ngoài ra, hoạt tính chống oxi
hóa mạnh mẽ, hoạt động kháng khuẩn, chống ung thư và kháng viêm cũng
được công bố.
Cơ chế kháng viêm của curcumin bao gồm:
• Ức chế sự hoạt hóa của yếu tố phiên mã NF-kB, quy định sự biểu hiện
sản phẩm của gen tiền viêm.
• Giảm sự biểu hiện của cyclooxygenase-2 (COX-2), một loại enzyme
liên kết với hầu hết các loại viêm.
• Giảm độ hoạt động và mức độ protein trong cảm ứng sinh tổng hợp
enzyme nitric oxide (iNOS) thông qua việc giảm sự biểu hiện của gen
iNOS.
• Ức chế chuyển hóa acid arachidonic nhờ lipoxygenase và loại bỏ các
gốc tự do tạo ra trong con đường này.
• Giảm sự biểu hiện của các phân tử bám dính bề mặt tế bào khác nhau
đã được liên kết với viêm.
• Giảm sự biểu hiện của các cytokine viêm khác nhau, bao gồm cả TNF,
IL-1, IL-6, IL-8 và chemokines.
• Curcumin là một chất chống oxi hóa mạnh, điều này góp phần vào hoạt
động kháng viêm của nó.
• Các nghiên cứu chỉ ra rằng các enzyme như COX-2 và iNOS biểu hiện
quá mức có liên quan trong chất sinh ung thư của nhiều khối u . Mặc dù
nó không có ảnh hưởng trực tiếp trên tế bào của người, nhưng cần lưu ý
rằng hoạt tính kháng khuẩn của curcumin có khả năng ngăn chặn hóa
20Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



15

học bởi vì ngày càng nhiều tác nhân gây bệnh được liên kết trực tiếp
với ung thư ở người [31].
1.3.4. Hệ vận chuyển curcumin
Trong nghiên cứu nhằm nâng cao sinh khả dụng của curcumin, bước
đầu tiên là cải thiện tính hòa tan của nó. Với mục đích trên, nhiều phương
pháp truyền thống khác nhau dựa trên các thông số vật lý như nhiệt độ, pH, và
phức hợp với các ion kim loại, polymer hoặc huyết thanh đã được áp dụng để
làm tăng độ hòa tan của curcumin. Ngoài ra, các biến đổi hóa học của
curcumin cũng được tiến hành để tạo ra các dẫn xuất của curcumin hoặc
tương tự. Kurien và cs cho rằng độ hòa tan của curcumin và nghệ có thể tăng
lên lần lượt là 12 lần và 3 lần bằng cách sử dụng nhiệt mà không làm phân
hủy curcumin [32]. Đối với vận chuyển thuốc trong cơ thể, nước là phương
tiện vận chuyển an toàn và đơn giản nhất, do đó xem xét khả năng hòa tan của
curcumin bằng nhiệt trong nghiên cứu in vivo và in vitro là đáng quan tâm
[32]. Zebib và cs đã chuẩn bị phức hợp của curcumin với ion kim loại ( Zn
2+
,
Cu
2+
, Mg
2+
, Se
2+
) đã được biết đến là tăng độ hòa tan và tăng tiềm năng
chống ung thư [33]. Phức hợp cucumin với huyết thanh albumin làm tăng
đáng kể độ hòa tan của curcumin và cùng thời điểm đó làm giảm hiệu ứng

độc hại của amphoterecin B bằng cách trì hoãn sự phá hủy màng hồng cầu
[34]. Qui và cs đã công bố dẫn xuất curcumin 4-arylidence được tìm thấy là
hòa tan hơn và tiềm năng chống ung thư cao hơn [35]. Safavy và cs đã tiếp
hợp curcumin hòa tan trong nước với 2 phân tử PEG khác nhau. Phân tử tiếp
hợp thể hiện sự tăng tính độc tế bào so với curcumin ở dạng đơn lẻ [36].
Thuyết vận chuyển khác nhau đã được đề xuất trong những năm gần
đây như là phương tiện để cải thiện tính sinh khả dụng của curcumin. Tính
chất kháng viêm và chống ung thư của curcumin là được quan tâm nhiều nhất.
Căn cứ vào nguyên liệu sử dụng, có thể được phân loại như sau:
21Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


16

- Hệ vận chuyển cấy ghép trùng hợp của curcumin: Bansal và cs chuẩn bị
curcumin trong poly-(ε-caprolactone) nhằm mục đích cấy ghép dưới da và
đánh giá các mô cấy ở chuột. Nồng độ tối đa của curcumin trong gan được
phát hiện vào ngày thứ tư sau khi cấy ghép và duy trì trong 7 ngày. Nghiên
cứu khảng định tiềm năng của phương pháp cấy ghép polymer để tránh dùng
đường uống giữ sự bền vững của curcumin.
- Mixen: curcumin gắn mixen poly(ethyleneoxide)-b-poly(ε-caprolactone) có
thể tiêm được nhằm kiểm soát sự vận chuyển của curcumin được thực hiện
bởi Ma và cs đã chứng minh rằng mixen được đóng gói curcumin giữ lại độc
tính của nó trong cả khối u ác tính chuột và u vỏ tế bào lympho người [37].
Curcumin gắn mixen poly(D,L-lactide-co-glycolide)-b-poly(ethylene glycol)-
b-poly(DL-lactide-co-glycolide; PLGA-PEG-PLGA) thực hiện bởi Song và cs
cho thấy sự cải thiện ở vùng dưới của đường cong (AUC) và t1/2 trong cơ thể.
Hơn nữa, mixen giảm sự hấp thu curcumin bởi gan và lá lách, đồng thời tăng
sự phân bố của curcumin trong phổi và não [38].
- Hệ vận chuyển nano: công nghệ nano và thuốc nano mở ra tiềm năng cho sự

phát triển hệ vận chuyển kích thước nano của curcumin. Shaikh và cs phát
triển các hạt nano đóng gói curcumin bằng kỹ thuật emulsion. Dược động học
trong cơ thể cho thấy các hạt nano chứa curcumin đạt được sự gia tăng gấp 9
lần tính sinh khả dụng đường uống so với curcumin kết hợp với piperine như
là sự tăng cường hấp thụ [39]. Tsai và cs đã tiến hành tối ưu hóa công thức
nano polylactic-co-glycolic acid (PLGA) của curcumin, kết quả là tăng hơn
22 lần tính sinh khả dụng đường uống ở chuột so với curcumin thông thường
[40]. Curcumin gắn hạt nano dextran sulphate-chitosan cho thấy ưu tiên tiêu
diệt tế bào ung thư so với tế bào thường, cho thấy tiềm năng trong điều trị
hướng đích [41].
22Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


17

Một hệ vận chuyển rất có triển vọng xuất hiện là “nanocurcumin”,
trùng hợp hạt nano đóng gói curcumin, dễ dàng phân tán trong dung dịch và
có tiềm năng chống ung thư trong các nghiên cứu tiền lâm sàn ở cơ thể sống.
Nanocurcumin giữ lại được các đặc trưng vốn có của curcumin, ức chế sự
hoạt hóa của yếu tố phiên mã NF-kB và giảm mức độ ổn định của các
cytokine tiền viêm như là ILs và TNF-α [42]. Nanocurcumin được phát triển
bởi Bhawana và cs và thực hiện bằng kỹ thuật xay ướt, trong phạm vi kích
thước 2-40 nm thể hiện tiềm năng kháng khuẩn mạnh mẽ và tăng cường hoạt
tính chống ung thư [43].
Wu và cs phát triển nanogel để vận chuyển curcumin trong tế bào với
mục đích điều trị [44]. Dạng lai kết hợp hạt nano Au/Ag, lớp gel polystyrene,
gel polyethylene có tiềm năng gây độc mạnh chống lại tế bào B16F10 bằng
cách kết hợp với hóa trị liệu.
Một số nhóm nghiên cứu đã đề xuất tạo phức hợp curcumin-
phosholipid như là cách cải thiện vận chuyển curcumine. Phức hợp của

curcumin với phosphatidylcholine có hiệu quả tăng cường tương thích sinh
học, dược động học và tăng hoạt tính bảo vệ gan so với pha trộn vật lý của
curcumin và phosphatidylcholine [45]. Phức hợp curcumin-phospholipid
dùng đường uống có nồng độ trong huyết thanh cao hơn so với curcumin
không được phức hợp. Hơn nữa, phức hợp duy trì hiệu quả nồng độ curcumin
trong khoảng thời gian dài. Tuy nhiên, hàm lượng của curcumin trong phức
hợp được tìm thấy là giới hạn trong khoảng 17 và 32 % (w/w), thấp hơn nhiều
so với hàm lượng có thể đạt được bằng cách đóng gói liposome của curcumin.
Curcumin được đóng gói liposome cải thiện sự vận chuyển của
curcumin trong tĩnh mạch đến mô đại thực bào, đặc biệt là xương tủy và đại
thực bào lá lách [46]. Các hạt nanolipid rắn (SLN) cũng được công bố có ý
nghĩa trong tăng cường sinh khả dụng đường uống của curcumin. Dược học
23Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


18

của curcumin trong SLN ở chuột cho thấy cải thiện đáng kể so với curcumin
hòa tan [47]. Để tăng cường hơn nữa tiềm năng chống ung thư của curcumin,
trung gian vận chuyển SLN tích hợp curcumin được phát triển và chứng minh
ưu thế của nó trong tế bào ung thư vú [48]. SLN phát triển bởi Yadav và cs
được đánh giá trong bệnh viêm ruột ở chuột cho thấy tăng cường hoạt tính
chống hình thành mạch và chống viêm [49]. Có lẽ một trong những hệ vận
chuyển curcumin được nghiên cứu nhiều nhất là liposome. Liposome cũng
được thiết lập như hệ vận chuyển có thể kết hợp được với các thuốc kém hòa
tan [50]. Curcumin được mong đợi là thích ứng bản thân nó bên trong cấu tạo
kỵ nước của liposome, dẫn đến hiệu suất tạo thuốc cao hơn [51]. Curcumin
liposome cũng được công bố là có độ ổn định cao hơn curcumin tự do trong
PBS, trong máu, huyết tương và môi trường RPMI-1640 chứa 10% huyết
thanh bò [52]. Li và cs đã phát triển hệ vận chuyển liposome của curcumin

nhằm mục đích tiêm tĩnh mạch. Curcumin liposome chặn gắn kết NF-kB và
giảm sự biểu hiện của NF-kB, bao gồm cả COX-2 và IL-8 được cho là liên
quan đến sự tăng trưởng và xâm lấn của khối u. Hoạt tính của curcumin
liposome bằng hoặc tốt hơn so với curcumin tự do ở cùng nồng độ g/mol.
Hiệu quả kháng khối u và chống hình thành mạch (anti angiogenesis) được
ngăn chặn trong cơ thể và dựa trên kết quả của các tác giả đã đề xuất rằng hệ
vận chuyển curcumin liposome cung cấp nhân tố căn bản cho điều trị bênh
ung thư biểu mô tuyến tụy [53]. Li và cs đã chỉ ra rằng curcumin liposome ức
chế tăng trưởng dựa vào liều lượng và apoptosis trong hai dòng tế bào ung thư
đại trực tràng ở người (tế bào LoVo và Colo205) và kết hợp hiệu quả với
oxaliphatin, một tiêu chuẩn hóa trị liệu cho các bệnh ác tính. Trong nghiên
cứu invivo liposome curcumin ức chế đáng kể sự phát triển của khối u trong
mô tế bào colo205 và LoVo ở chuột [54]. Thangapazham và cs phát triển hệ
vận chuyển curcumin liposome trong đó liposome được phủ một lớp kháng
thể đặc hiệu kháng nguyên tiền liệt tuyến để hướng đích. Sự ưu việt của hệ
24Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


19

thống như vậy được đánh giá trong 2 dòng tế bào ung thư tiền liệt tuyến ở
người. Liposome phủ kháng thể tăng gấp 10 lần hoạt tính chống tăng sinh
trong các dòng tế bào ung thư tiền liệt tuyến (LNCaP và C4-2B) so với
curcumin tự do. Nó cũng được quan sát thấy rằng dòng tế bào LNCaP tương
đối nhạy cảm với curcumin liposome hơn tế bào C4-2B [55]. Wang và cs
công bố công thức curcumin liposome có thể ức chế tăng trưởng của tế bào
ung thư biểu mô đầu và cổ (HNSCC) trong nghiên cứu invitro dựa vào công
thức và liều lượng có thể ngăn kích hoạt NF-kB mà không ảnh hưởng đến sự
biểu hiện của pAKT. Sự biểu hiện của chu trình D1, COX-2, MMP-9, Bcl-2,
Bcl-xL, Mcl-1L và Mcl-1S đã được giảm. Khối u chuột nude bị chặn sau 3,5

tuần điều trị với curcumin liposome và tính không độc của curcumin liposome
cũng được xác nhận. Các tác giả suy đoán rằng curcumin liposome là tác nhân
điều trị không độc cho HNSCC [56]. Takahashi và cs phát triển hệ vận
chuyển liposome áp dụng cho đường uống của curcumin, kết hợp lên đến
68% curcumin, làm tốc độ hấp thụ nhanh hơn và tốt hơn sau khi uống ở
chuột. Những kết quả này chỉ ra rằng sự đóng gói liposome tăng cường sự hấp
thụ tiêu hóa của curcumin [57]. Công thức liposome dựa trên mạch của phân
tử curcumin bis-demethoxy cho thấy hoạt tính bảo vệ gan tốt hơn so với dạng
tự do của nó [58]. Narayana và cs đề xuất phương pháp thú vị tiếp cận điều trị
ung thư tiền liệt tuyến. Sự kết hợp của các dạng liposome của curcumin giảm
đáng kể ung thư tiền liệt tuyến trong cơ thể. Nghiên cứu invitro cho thấy
curcumin kết hợp với resveratrol ức chế hiệu quả sự tăng trưởng tế bào và làm
chết tế bào. Những phát hiện cho thấy rằng sự kết hợp liposome và các dược
chất có thể làm giảm tỷ lệ mắc ung thư tuyến tiền liệt [59]. Mourtas và cs đề
xuất thuyết curcumin gắn nanoliposome có ái lực rất cao với peptide amyloid-
β-42 như là vectors vận chuyển mục tiêu trong điều trị bệnh Alzheimer [60].
25Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên