Ứng dụng công nghệ Nano trong bào chế thảo dược

Công nghệ Nano sinh học

Thành phần hoạt chất là yếu tố quan trọng quyết định chất lượng và giá trị của một loại thảo dược. Các thảo dược có thể được khai thác từ một hoặc một số bộ phận như thân, lá, vỏ cây, hoa, quả, hạt và cả rễ, trải qua quá trình chiết xuất đẻ thu được hoạt chất cần thiết từ mỗi bộ phận. Và để đảm bảo tối ưu hóa chất lượng và số lượng hoạt chất trích ly trong sản phẩm thì lựa chọn phương pháp bào chế phù hợp cho từng loại thảo dược. Ứng dụng công nghệ Nano sinh học chính là giải pháp nâng tầm cây thuốc Việt

Các phương pháp bào truyền thống

Công nghệ phối trộn truyền thống: Đây là phương pháp thủ công và lâu đời nhất trong việc bào chế thảo dược, phương pháp chủ yếu sử dụng cơ học để nghiền, tách, lọc, chiết các hoạt chất và phối trộn với chất mang hoặc tá dược khác. Phương pháp này dễ thực hiện, đầu tư ít tốn kém, và ứng dụng nhiều trong sản xuất bào chế thuốc đông y, Nam y, thuốc Tây y, mỹ phẩm. 

Nhược điểm: các hoạt chất trong sản phẩm dễ bị biến tính, hàm lượng hoạt chất không cao, một số hoạt chất khó hấp thu khi dung nạp vào trong cơ thể người. Mặc dù, qua thời gian quá trình bào chế được cải tiến để loại bỏ các tạp chất không cần thiết, có hại trong dược liệu, hoặc để điều hoà lại các tính năng của vị thuốc, nhưng hiệu quả thu được vẫn thấp hoặc chậm, hoặc cũng có thể có những tác dụng ngược ngoài mong muốn.

Công nghệ vi nang: đây là phương pháp sử dụng vật lý và hóa lý để bào chế nguyên liệu, sau khi nguyên liệu được nghiền nhỏ dạng hạt, sẽ được phối trộn với một hợp chất polymer giúp tạo áo bọc cho từng hạt nhỏ tính chất thảo dược. Lớp áo bọc sẽ bảo vệ hoạt chật không bị tác động của môi trường bên ngoài, làm tăng khả năng hấp thụ cho ngưới sử dụng cả về chất và số lượng. 

Nhược điểm: kích thước hạt còn lớn, khó hấp thụ, hàm lượng hoạt chất trong sản phẩm chưa cao, đặc biệt lớp màng bọc polymer là một trong những thành phần thức ăn của một số vi khuẩn nên sản phẩm có thể bị xâm nhập và ăn mòn lớp vỏ bọc gây ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. 

Công nghệ nano trong bào chế thảo dược

Đây là phương pháp tiên tiến nhất và được ứng dụng rộng rãi để điều chế các hạt có kích thước dưới 100 nm. Ở kích thước này, khi vào cơ thể, vật chất sẽ được hấp thu một cách tối đa, nhả từ từ vào trong máu giúp làm hiệu quả của chúng đồng thời, ctăng lên đáng kể so với những phương pháo truyền thống. Các hoạt chẩt sẽ được đưa về nhiều hệ nano khác nhau phục vụ cho mục đích sử dụng sản phẩm.

Công nghệ Nano sinh học
Hình ảnh giải thích nano cucurmin ( Ảnh: Siêu Thảo Dược)

Cấu trúc của một số hệ nano thường được sử dụng trong thực phẩm chức năng và mỹ phẩm, trên các nền protein, chất béo hoặc cacbon hydrat. Hệ nano kích thước nhỏ có thể được bào chế ở dạng các micells hoặc nhũ tương nano, hoặc được bao bởi các cyclodextrin. Đối với kích thước trên 100 nm, các hoạt chất có thể được bào chế trong các cấu trúc protein hydrocolloids, nhũ tương hoặc nhũ tương có cấu trúc, hoặc được bao bởi các tinh bột, alginate thành các hạt/ vi nang.

Để tổng hợp hạt nano nói chung và hạt nano trong y dược nói riêng gồm có hai phương pháp: bottom-up (từ dưới lên) và top-down (từ trên xuống). 

Trong kỹ thuật bottom-up, chúng ta thường bắt đầu từ các phân tử trong dung dịch, chúng kết tụ lại thành các phần tử có cấu trúc hoặc vô định hình. Trong dược, người ta thường hoà tan các thuốc trong dung môi sau đó thêm “đối dung môi” (anti-solvent) vào và các phân tử bắt đầu kết tụ. Để thu được hạt ở kích thước nano với hình dạng cấu trúc mong muốn, chúng ta có thể điều chỉnh các điều kiện lý hoá và xúc tác trong quá trình phát triển cấu trúc và tránh tạo ra các phẩn tử có kích thước lớn cỡ µm. 

Có rất nhiều kỹ thuật bottom-up khác nhau như kỹ thuật lắng đọng dùng trọng trường lớn có điều khiển (high- gravity controlled precipitation technology), kỹ thuật siêu âm kết tinh (sonocrystallization), kỹ thuật lắng đọng dòng chất lỏng bị giam giữ (confined impinging liquid jet precipitation) và kỹ thuật trộn rung nhiều khe (multiinlet vortex mixing). Một phương pháp thường được sử dụng để tạo hệ nano là nhũ tương dầu-trongnước bao gồm giọt dầu phân tán trong nước có chứa một tự lắp ráp có cấu trúc nano bên trong. Thành phần chính của hệ gồm có một pha dầu chứa các yếu tố thân dầu nào đó cần đưa về dạng nano, một pha nước và một chất hoạt động lưỡng tính hoặc có thể được gọi là phụ gia thân dầu/mỡ.

Công nghệ top-down thường bắt đầu từ các tinh thể hoặc phần tử có kích thước cỡ µm trở lên và làm giảm kích thước đến cỡ nano bằng cách nghiền chẳng hạn. Nghiền khô (như nghiền phun jet milling) không đủ để có thể thu được kích thước nano, do đó trong đa số trường hợp người ta sử dụng nghiền ướt. Nghiền ướt nghĩa là các hoạt chất hoặc thuốc được phân tán trong dung dịch chất hoạt động bề mặt hoặc chất ổn định tạo thành một huyền phù micro (microsuspension) và sau đó đưa vào máy nghiền. Một quy trình nghiền ướt sử dụng bi được phát triển bởi Liversigde và các cộng sự gọi là Công nghệ NanoCrystal (Liversidge and Cundy 1995). Hầu hết các sản phẩm trên thị trường trong những năm trước 2010 được sản xuất từ công nghê này. Huyền phù được đưa vào bình nghiền có chứa các bi có kích thước khoảng 0,2 đến 0,6 mm. Những viên bi chuyển động bởi bộ phận trộn và các tinh thể được nghiền gữa các viên vi chuyển động tạo nên hệ phân tán nano.

Trong các phương pháp nano để bào chế thảo dược và thực phẩm chức năng, phương pháp đơn giản nhất là hỗn hợp dầu, dung môi và chất hoạt động bề mặt. Các phương pháp tương tự cũng có thể tạo hệ nano như nano nhũ tương, huyền phù, dung môi và nhũ tương cô quay. Đồng hoá nóng hoặc đồng hoá áp suất cao, vi nang, siêu âm, sấy phun, .… tạo các hệ nano bằng các kỹ thuật thường được sử dụng để sản xuất quy mô lớn. Ngoài ra, một số kỹ thuật phức tạp hơn có thể được ứng dụng để tạo hệ nano như lắng đọng, nghiền quay, quay điện, tạo sợi nano, v.v…

Các phương pháp điều chế nano đều có những ưu và nhược điểm nhất định, và được lựa chọn tuỳ theo quy mô sản xuất, khả năng đầu tư, hoặc theo cấu trúc và tính chất mong muốn của hệ. Đây là những phương pháp có thể sử dụng để điều chế thực phẩm chức năng và dược phẩm. Công nghệ nano trong thảo dược thường được ứng dụng cho các hệ truyền dẫn thuốc, tăng sinh khả dụng, hiệu ứng đích, tăng khả năng bảo vệ, cho hạt mang nano, bảo vệ/ dẫn các hoạt chất chống ung thư, chống oxi hoá, chống sốt rét, chống viêm hoặc kháng khuẩn. Đối với thực phẩm chức năng, công nghệ nano ứng dụng cho các hệ truyền dẫn thực phẩm, vật liệu liên kết, cho hệ cần tăng sinh khả dụng đối với các hoạt chất khó hấp thụ, hoặc hệ giúp tăng độ bền hoạt chất/ vitamin/ gia vị/ hương thơm. Ngoài ra công nghệ nano có thể ứng dụng để tạo ra các thiết bị an toàn, cảm biến chuẩn đoán thành phần thực phẩm,…. 

Ưu điểm của nano thảo dược:

+ Tránh độc hại/ tác dụng không mong muốn, 

+ Tăng cường độ ổn định, độ bền, 

+ Cải thiện hoạt tính sinh học/ sinh khả dụng, 

+ Bảo vệ thuốc không bị thoái biến hoá học và vật lý.

Bảng 1. Ưu và nhược điểm của công nghệ bào chế nano so với dạng công nghệ bào chế truyền thống.

Tính chấtDạng truyền thốngDạng nano
Tính đặc hiệuHoạt chất đi qua các vị rí không tác động trức khi lên vị trí cần tác độngVận chuyển hoạt chất một cách hướng đích hơn đến các vị trí cần tác động
Liều lượngCần cung cấp liều lượng ban đầu khá caoCó thể điều chỉnh được liều lượng và thời gian phóng thích hoạt chất
Hiệu quảNồng độ hoạt chất tại vị trí cần tác động khá thấpNồng độ hoạt chất tại các vị trí cần tối ưu
Tác dụng phụKhông thể tránh được tác dụng phụ của hoạt chấ tại các vị trí không tác độngHạn chế tối đa

Bảng 2. Một số sản phẩm tiêu biểu ứng dụng công nghệ nano trên Thế giới

Sản phẩmThành phần chínhCông dụngDạng
Hạt mang lipid rắn CurcuminoidsCurcuminoidsChống ung thư và oxy hoáNhu tương micro
Nano axit GlycyrhizicAxit GlycyrhizicChống viêm/ tang huyết ápCô quay, siêu âm
Nano cuscuta chinensisFlavonoids và lignansBảo vệ gan, chống oxi hoáHuyền phù nano
Hạt nano taxelTaxelChống ung thưCô dung môi nhu tương
Vi nang ArtemisininArtemisininChống ung thưTự hợp/ tự lắp ráp
Vi nang CamptothecinCamptothecinChống ung thưThẩm tách
Hạt nano BerberinBerberinChống ung thưDạng đặc ion

Nguồn: sở khoa học và công nghệ TP.HCM

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *