Chitosan: Polymer sinh học có nhiều ứng dụng trong nhiều ngành

Nguồn gốc

Chitosan là một polysaccharide mạch thẳng thu được bằng cách deacetyl hoá Chitin. Chitin có trong vỏ của các động vật giáp xác như tôm và cua và là hợp chất phổ biến thứ 2 trong tự nhiên (chỉ sau cellulose). Chitosan đã được ứng dụng làm nguyên liệu tiềm năng trong bào chế công nghiệp dược từ những năm 1990.

Những báo cáo đầu tiên về Chitosan được công bố vào năm 1859 bởi Charles Rouget sau khi ông thu được một sản phẩm là dung dịch từ phản ứng đun sôi Chitin với KOH đậm đặc. Dung dịch thu được kém tan trong các dung môi thông dụng, song lại dễ tan trong các dung dịch có pH acid như acid acetic, acid lactic hay acid hydrochloride. Sau đó, Chitosan được tìm thấy có trong các sinh vật khác nhau, đặc biệt là ở nấm.

Tuy nhiên, Chitosan thu được chiếm lượng rất ít so với khối lượng của Chitin ở ngoài tự nhiên, do vậy, tới hiện nay, nguồn cung cấp Chitosan chủ yếu là thông qua chocho Chitin tham gia vào phản ứng deacetyl hoá.

Cấu tạo

Chitosan gồm 2 đơn vị chính: N-acetyl-D-glucosamine và D-glucosamine. Sự có mặt của nhóm amino đã góp phần tạo nên các tính chất độc đáo của Chitosan để bào chế nên các dạng thuốc phóng thích điều chỉnh. Tuy nhiên, tính tan kém của Chitosan trong cả dung môi phân cực lẫn không phân cực lại mang đến những thử thách trong việc tối ưu hoá công thức và quy trình bào chế để tạo nên một dạng bào chế ổn định.

Sự đặc biệt trong cấu trúc đơn phân của Chitosan góp phần tạo nên những ưu nhược điểm của nó:

Đơn vị acetyl hoá (N-acetyl-glucosamine) có thể hình thành nên liên kết hydro và góp phần ổn định cấu trúc phân tử.
Đơn vị bị deacetyl hoá (glucosamine) lại chứa nhóm NH2 dễ dàng bị ion hoá và tính điện dương cho polymer. Khả năng tính điện dương trên bề mặt của Chitosan mang đến ưu thế trong tạo ra các phương tiện chứa thuốc hơn so với các polymer sinh học còn lại.

Ngoài ra, sự hiện diện của các nhóm OH và NH2 trong cấu trúc giúp Chitosan dễ dàng tham gia các phản ứng hoá học để gắn các nhóm chất khác lên, nhầm tương thích với từng dạng bào chế với từng mục đích phóng thích.

Mặc dù có bản chất phức tạp và khó điều chỉnh, Chitosan cũng mang tới những tiềm năng trong việc chế tạo ra những chất mang hoàn hảo!

Tính chất nổi bật

Độ tan: kém tan trong nước, ethanol 95%, dung môi hữu cơ và dung dịch pH > 6,5. Dễ tan trong pH < 6,5. Trong cách dung dịch acid khác nhau, chitosan tạo độ nhớt khác nhau.

Độ ẩm: < 10%
Chitosan là cationic polyamine tại pH < 6,5 nên có khả năng tương tác tốt các tác nhân tích điện âm và phức chelate của ion kim loại.
Chitosan có chứa nguyên tử Nito nên sẽ có khả năng tham gia các phản ứng của nhóm amine như N-acyl hoá, phản ứng Shciff.
Chitosan ổn định ở nhiệt độ phòng nhưng hút ẩm mạnh sau khi sấy khô. Chitosan tương kỵ với tác nhân oxi hoá
Đặc tính lý hoá phụ thuộc: khối lượng phân tử, mức độ deacetyl hoá, pH môi trường và sự phân bố điện tích trong phân tử.

Ứng dụng

Chitosan có thể chứa/mang nhiều loại phân tử khác nhau như protein, lipid, kim loại, các chất có vòng thơm hoặc thậm chí cả chất nhuộm. Do vậy, tính ứng dụng của Chitosan rất đa dạng, từ các dạng bào chế trong các liệu pháp gene, tới các liệu pháp phối hợp chẩn đoán và đưa thuốc tới vị trí khối u trúng đích, hoặc thậm chí hỗ trợ cho các liệu pháp điều trị khối u đặc hiệu như liệu pháp quang nhiệt.

Chitosan có đặc tính tương thích sinh học và phân huỷ sinh học, tạo nên một chất mang thân thiện với tế bào góp phần hạn chế các phản ứng đào thải dữ dội từ cơ thể.

Các đặc điểm lý tính của Chitosan còn có thể mô phỏng khung xương tế bào trong các kỹ thuật tái tạo mô phôi nhân tạo. Hoạt tính kháng vi sinh vật kể cả các vi khuẩn gram âm và gram dương, hoặc các hoạt tính kháng virus cũng góp phần giúp trong Chitosan trở thành một polymer hấp dẫn trong các dạng phóng thích hoạt chất cấp tiến.

Trong ngành hóa thực phẩm, với tính chất không bị hấp thụ qua đường tiêu hoá, Chitosan được xem như là một chất xơ ăn kiêng và đã được thêm vào làm chất phụ gia trong các sản phẩm thức ăn ở nhiều trên các nước.

Chitosan cũng đang được ứng dụng vào việc tạo ra các mẫu cấy ghép thân thiện với cơ thể trong ngành kỹ thuật mô phôi.

Chitosan cũng cho thấy khả năng kích thích cầm máu, kích hoạt các phản ứng miễn dịch và kích hoạt đại thực bào trong điều kiện gây viêm.

Ngoài ra, sự kích thích cơ học của polymer nói chung và Chitosan nói riêng cũng là một ứng dụng độc đáo đang được khai thác trong việc hỗ trợ tế bào sinh trưởng và phát triển, nhầm tạo ra các cấu trúc hỗ trợ các điều trị vết thương hoặc thậm chí thay thế các cơ quan thương tổn.

Mặc dù đã xuất hiện từ lâu, Chitosan vẫn là một vật liệu tiềm năng trong các dạng bào chế phóng thích. Tính chất kém tan không chỉ không làm kém đi tính hấp dẫn của nó mà ngược lại, nó còn mở đường cho những khả năng và tiềm năng mới trong việc tạo nên các sản phẩm thân thiện với môi trường cả trong và ngoài ngành công nghiệp sản xuất dược phẩm.

NGUỒN THAM KHẢO: