Tổng hợp Nano Artesunate ứng dụng trong y sinh học

Nội dung text: Tổng hợp Nano Artesunate ứng dụng trong y sinh học

1. 30 Phạm Thị Hồng Tân. Tạp chí Khoa học Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, 14(2), 30-36 TỔNG HỢP NANO ARTESUNATE ỨNG DỤNG TRONG Y SINH HỌC PHẠM THỊ HỒNG TÂN Trường Cao đẳng Cộng đồng – Đồng Tháp Email: pthtan@gmail.com (Ngày nhận: 01/11/2018; Ngày nhận lại: 12/12/2018; Ngày duyệt đăng: 10/04/2019) TÓM TẮT Trong bài báo này, hạt nano -cyclodextrin–alginate–artesunate đã được tổng hợp với kích thước từ 20nm – 80nm, kích thước hạt khá đồng đều ứng dụng làm tăng khả năng dẫn truyền thuốc. Đặc điểm hình thái và cấu trúc của hạt nano được xác định bằng SEM và TEM. Bằng phương pháp sắc ký bản mỏng TLC, vị trí vết của mẫu chuẩn artesunate và mẫu thử nano -cyclodextrin– alginate–artesunate ngang bằng nhau, chứng tỏ được sự có mặt của artesunate trong mẫu nano tổng hợp được. Từ khóa: -cyclodextrin; Alginate; Điều trị sốt rét; Hạt nano; Nano -cyclodextrin–alginate– artesunate. The application of nano artesunate mixture in biomedicine ABSTRACT In this paper, nano -cyclodextrin-alginate-artesunate nanoparticles ranging from 20nm to 80nm were synthesized, the fairly uniform diameters of particles were applied to enhance drug delivery. Morphological and structural characteristics of nanoparticles were determined by SEM and TEM. By TLC thin plate chromatography, the spot location of the artesunate standard specimen equated with the nano β-cyclodextrin-alginate-artesunate testing specimen, indicating that the presence of artesunate in the nanoparticle mixture. Keywords: -cyclodextrin; Alginate; Malaria treatment; Nano -cyclodextrin-alginate- artesunate; Nanoparticle. 1. Tổng quan (WHO, 2006). Bệnh sốt rét (SR) là một bệnh truyền Tình trạng KSTSR P. falciparum kháng nhiễm lây truyền từ người này sang người khác thuốc nghiêm trọng trên thế giới và khu vực khi những người này bị muỗi đốt. Có 4 loài ký Đông Nam Á là một khó khăn lớn cho việc lựa sinh trùng sốt rét (KSTSR) gây bệnh ở người chọn các thuốc điều trị sốt rét (T.N.Trung gồm: Plasmodium falciparum, Plasmodium và cộng sự, 2001). Ở Việt Nam P. falciparum vivax, Plasmodium malariae và Plasmodium kháng cao với chloroquine, fansidar, ovale, trong số đó P. falciparum và P. vivax là mefloquine và giảm đáp ứng với nhiều loại 2 loài thường gặp nhất. Ở Việt Nam có mặt cả thuốc chống sốt rét hiện dùng (Vũ Thị Phan, 4 loài KSTSR, trong đó P. falciparum là loài Trịnh Kim Ảnh, Nguyễn Thị Như Mai, Nguyễn có tỷ lệ cao nhất 80-85%, sau đó đến P. vivax, Văn Kim, 1979). Do đó, các nhà khoa học vẫn loài P. malariae và P. ovale chỉ một tỷ lệ nhỏ không ngừng nghiên cứu nhằm tìm ra các loại
2. Phạm Thị Hồng Tân. Tạp chí Khoa học Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, 14(2), 30-36 31 thuốc sốt rét có hiệu quả điều trị tốt và hoạt chất artesunate (nhóm tác giả gồm Trần khắc phục tình trạng đa kháng thuốc của Đại Lâm, Nguyễn Thị Thúy Nga, vũ Đinh P. falciparum là hết sức cần thiết. Hoàng và Trần Việt Hùng, 2006); nghiên cứu Từ năm 1990, thuốc chống sốt rét và ứng dụng -cyclodextrin làm chất mang artemisinine và dẫn chất artesunate được tiến thuốc ketoprofen (Trần Thị Hồng Ngân, 2010). hành thử nhiệm lâm sàng và chính thức đưa vào Với những triển vọng như vậy, trong bài sử dụng rộng rãi trong chương trình quốc gia viết này tôi xin giới thiệu các kết quả thu phòng chống sốt rét ở nước ta. Mặc dù, với liệu được qua việc nghiên cứu tổng hợp nano - trình 5 ngày hoặc 7 ngày, tỷ lệ khỏi bệnh do sốt cyclodextrin-alginate-artesunate bằng phương rét P. falciparum đến 80-90%, nhưng nhược pháp khuấy từ. Kích thước hạt được xác định điểm lớn nhất của Artemisinine/Artesunate bằng phân tích SEM và TEM. đơn trị liệu là tỷ lệ tái phát sớm quá cao (35- 2. Cơ sở lý thuyết 50%). Vì vậy, tổ chức y tế thế giới đề nghị Cyclodextrin là những oligosaccharit chuyển sang dùng phác đồ điều trị bệnh bằng mạch vòng được tạo nên bởi các thuốc phối hợp dựa trên chất nền kết hợp với glucopyranoza nối với nhau bằng liên kết -1,4- gốc artemisinin hoặc dẫn xuất artesunate glycoside. Cyclodextrin được sản xuất từ tinh (Triệu Nguyên Trung và cộng sự, 1995). bột bằng phản ứng vòng hóa các chuỗi Artesunate là dẫn chất bán tổng hợp của glucopyranoza mạch thẳng nhờ enzyme artemisinin, một sesquiterpen lacton được phân cyclodextrin glucozyltransferaza. Sản phẩm lập từ cây Thanh cao hoa vàng (Artemisia thu được thường là hỗn hợp của ba loại annua L.), họ Cúc (Asteracea). Artesunate là cyclodextrin chủ yếu là α-, β- và γ-cyclodextrin muối natri của ester hemisuccinat của với tỷ lệ phụ thuộc vào nguồn gốc enzyme và dihydroartemisinin, tan tốt trong nước nhưng thời gian phản ứng. Cấu trúc vòng của không ổn định ở môi trường trung tính hoặc cyclodextrin cho phép nó tạo phức bao dạng môi trường acid nên phải pha thuốc ngay tại khách thể - chủ thể với nhiều hợp chất hữu cơ. chỗ và dùng ngay. Thuốc có tác dụng mạnh và Sự tạo phức bao này dẫn đến làm thay đổi tính nhanh diệt thể phân liệt trong máu đối với chất lý hóa của phân tử chất khách thể (M. Plasmodium vivax và P. falciparum nhạy cảm Lezcano, W. Ai-Soufi, M. Novo, E. Rodriguez- và kháng cloroquin (Dược thư quốc gia Việt Nunez, J. V. Tato, 2002). Nhờ đó, cyclodextrin Nam, 2018). được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành Với sự phát triển mạnh mẽ của cách mạng công nghiệp khác nhau, đặc biệt trong công công nghiệp lần thứ 4, đã thúc đẩy sự phát triển nghệ dược phẩm, cyclodextrin được dùng để trong mọi lĩnh vực của toàn xã hội đặc biệt là y ổn định các hoạt chất, làm tăng khả năng hòa sinh học. Các hạt nano có đặc tính sinh học có tan và khả năng hấp thụ thuốc đồng thời làm thể dùng để hỗ trợ chẩn đoán bệnh, dẫn truyền giảm tác dụng phụ của thuốc. Trong đó, dạng thuốc, làm tăng hiệu lực và sinh khả dụng của β-cyclodextrin thường được chọn sử dụng những thuốc hòa tan kém (Feng SS, 2006). Gần trong nghiên cứu dược phẩm vì ít làm rát hơn đây, cyclodextrin được phát hiện là một vật liệu so với dạng α-cyclodextrin sau khi tiêm bắp, sinh học giúp làm tăng khả năng dẫn thuốc cho giảm sự rát của thuốc đối với dạ dày, ngăn cản các hạt nano. Chẳng hạn, nghiên cứu tổng hợp sự tương tác giữa thuốc – thuốc và thuốc – tá nano bọt biển của cyclodextrin liên kết ngang dược (S. Munoz-Botella, B. D. Castillo, M. A. với nhóm carbonate cải thiện độ tan của Martyn, 1995). itraconazole (S. Swaminathan, 2007); nghiên Alginate là một polysaccharide không có cứu sự phân hủy sinh học và quá trình giải độc tính, dễ phân hủy sinh học. Alginate có phóng thuốc in vitro từ chất mang chitosan gắn trong vách tế bào tảo nâu (Phacophycae) dưới
3. 32 Phạm Thị Hồng Tân. Tạp chí Khoa học Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, 14(2), 30-36 dạng muối calcium, magnesium hoặc sodium -cyclodextrin:alginate (Trần Thị Hồng Ngân, của acid alginic. Alginate được phát hiện bởi 2010), chọn tỷ lệ tối ưu của -cyclodextrin: Edward Stanford vào năm 1883 và bắt đầu sản alginate là 1:10 để tiến hành thí nghiệm điều xuất thương mại vào năm 1927. Alginate có chế nano -cyclodextrin–alginate–artesunate. khả năng tan trong nước tạo thành dạng sệt. Quy trình tổng hợp nano -cyclodextrin – Ngoài ra, alginate còn có tính chất keo nên alginate–artesunate: trong công nghệ bào chế thuốc, alginate được Nhỏ từ từ lượng không đổi dung dịch dùng làm chất ổn định, nhũ tương hóa hay chất artesunate (3 mg artesunate/mL pha với hỗn tạo đặc cho dung dịch, làm vỏ bọc thuốc hợp ethanol: nước tỉ lệ 1:1) vào dung dịch NaCl (C. M. Silva, A. J. Ribeiro, I. V. Figueiredo, (6,7mg NaCl/mL nước). Sau đó, cho hỗn hợp A. R. Goncalves, F. Veiga, 2006). trên vào dung dịch sodium alginate (6,0mg Như vậy việc nghiên cứu kết hợp phức alginate/mL nước), khuấy trên máy khuấy từ -cyclodextrin- alginate dưới dạng hạt nano 60 phút (tốc độ 1200vòng/phút). Nhỏ tiếp dung làm chất mang thuốc artesunate sẽ tăng sinh dịch -cyclodextrin (1,6mg -cyclodextrin khả dụng của thuốc đồng thời nâng cao hiệu /mL nước) vào hỗn hợp trên, tiếp tục khuấy quả điều trị bệnh. thêm 90 phút (tốc độ 1200 vòng/phút), thu 3. Nguyên liệu và phương pháp được dung dịch có dạng gel, màu trắng. Mẫu 3.1. Nguyên liệu này được để yên qua đêm sau đó tiến hành tách Các hóa chất được sử dụng để tổng hợp ly tâm và đông khô thu được sản phẩm nano nano -cyclodextrin-alginate-artesunate gồm -cyclodextrin–alginate–artesunate. -Cyclodextrin, artesunate, sodium alginate, Lấy mẫu thu được đem phân tích SEM và natri chloride, ethanol được mua của hãng TEM. Merck và Aldrich. Định tính artesunate trong mẫu nano Quang phổ hồng ngoại (IR) được đo trên -cyclodextrin-alginate-artesunate thu được máy Equinox 55 IR - Bruker (Đức) tại Khoa bằng phương pháp sắc ký bản mỏng TLC Hóa học, Trường Đại học Sư Phạm Thành phố (Phan Anh Đào, 2011): Hồ Chí Minh. Chuẩn bị mẫu chạy sắc ký: Hàm lượng artesunate có trong mẫu nano - Mẫu dung dịch artesunate chuẩn: pha -cyclodextrin-alginate-artesunate được xác dung dịch artesunate(1mg/mL) trong methanol định bằng phân tích sắc ký lỏng hiệu năng cao làm mẫu chuẩn. (HPLC Agilent 1100 series), đo tại Phòng - Dung dịch mẫu thử: pha dung dịch mẫu Công nghệ Hóa dược, Viện Công Nghệ Hóa thử bằng cách thêm 100mg mẫu nano học Thành phố Hồ Chí Minh. artesunate vào 5mL methanol. Sau đó lọc lấy Kích thước và hình thái của các hạt dịch chiết làm mẫu thử. nano được phân tích bởi SEM (JEOL–JSM- - Hệ dung môi giải ly là chloroform: 7401F, Field Emission Scanning Electron methanol = 5:0,4. Dung dịch acid hiện hình Microscope) đo tại Viện Công Nghệ Hóa học (acid sunfuric 96%:ethanol với tỷ lệ 1:1) Thành phố Hồ Chí Minh và TEM (JEM-1400, So sánh các vết chấm của dung dịch mẫu kính hiển vi Hitachi H8100 có thế gia tốc nano tổng hợp được với vết chấm của dung 200kV, nguồn phát electron LaB6, độ phân giải dịch artesunate chuẩn. 0,14 nm, gửi mẫu phân tích tại Phòng thí 4. Kết quả và thảo luận nghiệm TEM Trường Đại học Khoa học Tự 4.1. Kích thước và hình thái của hạt nano nhiên, Đại Học Quốc Gia Hà Nội. -cyclodextrin-alginate-artesunate 3.2. Phương pháp Sản phẩm nano -cyclodextrin–alginate– Dựa vào kết quả khảo sát tỷ lệ artesunate thu được là chất xốp, nhẹ, màu trắng.
4. Phạm Thị Hồng Tân. Tạp chí Khoa học Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, 14(2), 30-36 33 Kết quả đo SEM cho thấy -cyclodextrin và alginate đều có kích thước micromet (m) (Hình 2a, 2b) nhưng khi kết hợp với nhau thì tạo thành sản phẩm có kích thước nanomet (nm). Hạt nano -cyclodextrin–alginate thu được có kích thước hạt 100 nm và kích thước của các hạt nano thu được khá đồng đều (Hình 3a). Kết quả đo SEM cho thấy hạt nano -cyclodextrin–alginate–artesunate tổng hợp được (hình 3b) cũng giống như các hạt nano Hình 1. Sản phẩm nano -cyclodextrin– -cyclodextrin–alginate có kích thước hạt khá alginate–artesunate đồng đều và kích thước hạt đo được là 80nm. (a) (b) Hình 2. Ảnh SEM của -cyclodextrin (a) và alginate (b) (a) (b) Hình 3. Ảnh SEM của nano -cyclodextrin-alginate (a) và nano -cyclodextrin-alginate- artesunate (b) Ảnh chụp TEM của mẫu nano -cyclodextrin-alginate cho thấy hạt có kích thước 100nm (Hình 4a) và nano -cyclodextrin–alginate–artesunate tổng hợp được có kích thước 20nm (Hình 4b).
5. 34 Phạm Thị Hồng Tân. Tạp chí Khoa học Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, 14(2), 30-36 (a) (b) Hình 4. Ảnh TEM của nano -cyclodextrin-alginate (a) và nano -cyclodextrin-alginate- artesunate (b) Như vậy, từ kết quả đo SEM và TEM cho thấy mẫu -cyclodextrin-alginate-artesunate tổng hợp được có kích thước trong khoảng từ 20nm – 80nm, kích thước này phù hợp dùng trong y sinh học (Dương Thị Ánh Tuyết, Võ Quốc Khương, Phan Huê Phương, Nguyễn Thị Phương Phong, 2011). 4.2. Kết quả định tính artesunate trong alginate-artesunate tổng hợp được có sự hiện nano -cyclodextrin-alginate-artesunate thu diện của artesunate. được bằng phương pháp sắc ký bản mỏng So sánh với kết quả định tính nicotine TLC trong mẫu nano -cyclodextrin-alginate- nicotine (Phan Anh Đào, 2011): Hình 6. TLC của mẫu thử nano (1) và mẫu Hình 5. TLC của mẫu artesunate chuẩn (1) nicotine chuẩn (2) và mẫu thử nano Kết quả sắc ký bản mỏng của dung dịch Kết quả chạy sắc ký bản mỏng của dung mẫu thử nano (1) (Hình 6) và dung dịch dịch artesunate chuẩn (1) (Hình 5) và mẫu dung nicotine chuẩn (2) (Hình 6) cho thấy vết của dịch nano -cyclodextrin-alginate-artesunate dung dịch mẫu thử nano (1) xuất hiện ngang tổng hợp được (nano) (Hình 5) cho thấy vị trí 2 bằng với vết của dung dịch mẫu nicotine chuẩn vết ngang bằng nhau trên bản mỏng. Điều này (2) trên bản mỏng. Tác giả Phan Anh Đào đã chứng tỏ rằng trong mẫu nano -cyclodextrin- kết luận rằng trong mẫu nano -cyclodextrin–
6. Phạm Thị Hồng Tân. Tạp chí Khoa học Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, 14(2), 30-36 35 alginate–nicotine tổng hợp được có sự hiện (được đo bằng SEM và TEM). Tác giả cũng diện của nicotine. chứng minh được sự có mặt của artesunate Như vậy, qua kết quả sắc ký bản mỏng trong mẫu nano -cyclodextrin–alginate– mẫu nano -cyclodextrin-alginate-artesunate artesunate tổng hợp được bằng phương pháp chứng tỏ có sự hiện diện của artesunate trong sắc ký bản mỏng TLC. mẫu nano tổng hợp được. Hướng nghiên cứu tiếp theo là cần xác 5. Kết luận định tỷ lệ thu nạp artesunate trong mẫu nano Kết quả đạt được sau thí nghiệm đã thu -cyclodextrin–alginate–artesunate, khảo sát được hạt nano mới -cyclodextrin–alginate– độ tan và khả năng phóng thích thuốc của nano artesunate với kích thước hạt nano từ 20nm - -cyclodextrin–alginate–artesunate ở các môi 80nm và kích thước hạt tương đối đồng đều trường pH thích hợp Tài liệu tham khảo A. M. D. Silveira, G. Ponchel, F. Puisieux, & D. Duchene (1998). Combined poly (isobutylcyanoacrylate) and cyclodextrins nanoparticles for enhancing the encapsulation of lipophilic drugs. Pharmaceutical Research, 15(7). A. Wongmekiat, S. Yoshimatsu, Y. Tozuka, K. Moribe, & K. Yamamoto (2006). Investigation of Drug Nanoparticle Formation by Co-grinding with Cyclodextrins: Studies for Indomethacin, Furosemide and Naproxen. Journal of Inclusion Phenomena and Macrocyclic Chemistry, 56, 29-32. C. M. Silva, A. J. Ribeiro, I. V. Figueiredo, A. R. Goncalves, & F. Veiga (2006). Alginate microspheres prepared by internal gelation: Development and effect on insulin stability. International Journal of Pharmaceutics, 311, 1-10. Dược thư quốc gia Việt Nam (2018), Công ty TNHH một thành viên Nhà xuất bản Y học, 214-215. Feng SS (2006). New-concept chemotherapy by nanoparticles of biodegradable polymers - where are we now? Nanomedicine, 1(3), 297-309. M. Lezcano, W. Ai-Soufi, M. Novo, E. Rodriguez-Nunez, & J. V. Tato (2002). Complexation of several benzimidazole-type fungicides with alpha and beta-cyclodextrins. J Agric Food Chem, 50, 108-12. S. Munoz-Botella, B. D. Castillo, & M. A. Martyn (1995), Cyclodetrin properties and applications of inclusion complex formation. Ars Pharm, 36, 187-198. Phan Anh Đào (2011). Nghiên cứu tổng hợp nano -cyclodextrin-alginate-nicotine. Luận văn Thạc sĩ Hóa hoc, Trường Đại học Cần Thơ, 26-28, 59-60. Trần Đại Lâm, Nguyễn Thị Thúy Nga, Vũ Đinh Hoàng, & Trần Việt Hùng (2006). Nghiên cứu sự phân hủy sinh học và quá trình giải phóng thuốc in vitro từ chất mang nano chitosan gắn hoạt chất artesunate. Tạp chí Phân tích hóa lý và sinh học, 11(1). Trần Thị Hồng Ngân (2010). Nghiên cứu và ứng dụng -cyclodextrin làm chất mang thuốc ketoprofen. Luận văn Thạc sĩ Hóa học, Trường Đại học Cần Thơ, 6-8.
7. 36 Phạm Thị Hồng Tân. Tạp chí Khoa học Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, 14(2), 30-36 Vũ Thị Phan, Trịnh Kim Ảnh, Nguyễn Thị Như Mai, & Nguyễn Văn Kim (1979). P.falciparum kháng chloroquine và biện pháp giải quyết ở Việt nam. Kỷ yếu công trình NCKH Viện Sốt rét-KST-CT, 5-15. Dương Thị Ánh Tuyết, Võ Quốc Khương, Phan Huê Phương, & Nguyễn Thị Phương Phong (2011). Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano chitosan làm chất hấp phụ protein ứng dụng trong dẫn truyền thuốc. Tạp chí phát triển KH&CN, 14(6), 54-61. Triệu Nguyên Trung, Nguyễn Ngọc San & CS (1995). Hiệu lực Artemisinine và Artesunate trong điều trị sốt rét do P.falciparum tại khu vực miền Trung-Tây Nguyên. KYCTNCKH Viện Sốt rét KST-CT TƯ, 1991-1996, 122-131. T.N.Trung, H.H.Quang, David T.M.E et al. (2001). Treatment of falciparum malaria in Vietnamese children: the need for combination therapy and optimised dosage regimes. Anals. of paediatrics tropical medicine, University of Western Australia, p 2-7. WHO (2006). Falciparum malaria treatment. WHO guidelines of treatment for malaria, 26-146.