Luận văn Nghiên cứu điều chế Hydrogel trên cơ sở Polysaccharide (Chitosan, Alginate) ghép Pluronic F127 ứng dụng hỗ trợ điều trị vết thương bệnh lý Đái Tháo Đường

Nội dung tài liệu: Luận văn Nghiên cứu điều chế Hydrogel trên cơ sở Polysaccharide (Chitosan, Alginate) ghép Pluronic F127 ứng dụng hỗ trợ điều trị vết thương bệnh lý Đái Tháo Đường

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Nguyễn Đình Trung NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ HYDROGEL TRÊN CƠ SỞ POLYSACCHARIDE (CHITOSAN, ALGINATE) GHÉP PLURONIC F127 ỨNG DỤNG HỖ TRỢ ĐIỀU TRỊ VẾT THƯƠNG BỆNH LÝ ĐÁI THÁO ĐƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ: HÓA HỌC Thành phố Hồ Chí Minh – 04/2021
2. BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Nguyễn Đình Trung NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ HYDROGEL TRÊN CƠ SỞ POLYSACCHARIDE (CHITOSAN, ALGINATE) GHÉP PLURONIC F127 ỨNG DỤNG HỖ TRỢ ĐIỀU TRỊ VẾT THƯƠNG BỆNH LÝ ĐÁI THÁO ĐƯỜNG Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Mã số: 8440114 LUẬN VĂN THẠC SĨ: HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS. Trần Ngọc Quyển Thành phố Hồ Chí Minh – 04/2021
3. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. Nếu có bất kỳ sự gian dối nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 04 năm 2021 Học viên cao học Nguyễn Đình Trung
4. LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện cho tôi được học tập và rèn luyện trong suốt thời gian vừa qua. Tôi xin cảm ơn PGS. TS. Trần Ngọc Quyển đã hướng dẫn tôi thực hiện đề tài này. Thầy đã truyền đạt những kiến thức chuyên ngành sâu rộng, những kinh nghiệm nghiên cứu quý báu, và nguồn động lực để tôi có thể vượt qua những khó khăn trong quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin cảm ơn Phòng Vật liệu Hóa dược Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi bao gồm hóa chất, dụng cụ và thiết bị để tôi có thể hoàn thành đề tài. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên tinh thần và hỗ trợ tôi trong thời gian tôi học tập và thực hiện đề tài. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 04 năm 2021 Học viên cao học Nguyễn Đình Trung
5. DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Từ đầy đủ Nghĩa tiếng Việt ĐTĐ Diabetic Đái tháo đường Food and Drug Cục Quản lý Thực phẩm và FDA Administration Dược phẩm Hoa Kỳ PEO Poly (ethylene oxide) Nhóm ưa nước PPO Poly (propylene oxide) Nhóm kỵ nước DLS Dynamic light scattering Tán xạ ánh sáng động Fourier transform infrared FTIR Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier spectroscopy Proton nuclear magnetic 1HNMR Cộng hưởng từ hạt nhân resonance Mw Molecular weight Khối lượng phân tử Lower critical solution LCST Giá trị nhiệt độ tới hạn dưới temperature Uper critical solution UCST Giá trị nhiệt độ tới hạn trên temperature Cys Cystamine dihydrochloride Hóa chất RE Resveratrol Hoạt chất QU Quercetin Hoạt chất CDCl3 Deuterated chloroform Hóa chất Ultraviolet-visible UV-Vis Phổ tử ngoại-khả kiến spectroscopy NPC p-nitrophenyl chloroformate Hóa chất CS Chitosan Hóa chất
6. Dulbecco’s modified Môi trường sinh lý cơ bản nuôi DMEM Eagle’s medium cấy tế bào Sodium Alginate-g- Alg-F127 Mẫu tổng hợp Pluronic F127 CS-F127 Chitosan-g- Pluronic F127 Mẫu tổng hợp THF Tetrahydrofuran Hóa chất DMSO Dimethyl Sulfoxide Hóa chất PBS Phosphate Buffer Dung dịch đệm pH 7,4 Na-Alg Sodium Alginate Hóa chất Na-Alg- Sodium Alginate-g- Mẫu tổng hợp Cys Cystamine F127 Pluronic F127 Hóa chất NHS N-hydroxysucinimide Hóa chất
7. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Nguyên liệu và hóa chất ................................................................. 26 Bảng 2.2. Danh mục các trang thiết bị và dụng cụ ......................................... 27 Bảng 2.3. Hàm lượng 2 hoạt chất được nang hóa trong 2 nền hydrogel ........ 38 Bảng 3.1. Khảo sát nhiệt độ tạo gel của copolymer ghép và khả năng chuyển đổi từ gel sang dung dịch và ngược lại. ......................................................... 53 Bảng 3.2. Kết quả định lượng QU trong hydrogel CS-F127/Alg-F127 ......... 67 Bảng 3.3. Kết quả định lượng RE trong hydrogel CS-F127/Alg-F127. ........ 67 Bảng 3.4. Dữ liệu động học giải phóng thuốc đơn của các mẫu CS-F127- QU/RE, Alg-F127-QU/RE .............................................................................. 72 Bảng 3.5. Dữ liệu giải phóng đa thuốc của các mẫu CS-F127-QU+RE, Alg- F127-QU+RE .................................................................................................. 74 Bảng 3.6. Giá trị T1/2 của các hoạt chất phóng thích ra từ các nền hydrogel mang đơn chất ................................................................................................. 76 Bảng 3.7. Giá trị T1/2 của các hoạt chất phóng thích ra từ các nền hydrogel mang 2 hoạt chất ............................................................................................. 77
8. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Chitosan có nguồn gốc từ vỏ tôm, cua; phản ứng deacetyl hóa chitin tạo chitosan [15] ................................................................................................ 6 Hình 1.2. Cấu trúc của Alginate ...................................................................... 9 Hình 1.3. Scaffold từ hydrogel dextran chuyển từ dạng lỏng sang dạng gel khi có sự tác động của ánh sáng hỗ trợ quá trình tạo mạch máu và tái tạo da [34] ......................................................................................................................... 14 Hình 1.4. Quercetin và cấu trúc Quercetin ..................................................... 15 Hình 1.5. Resveratrol và cấu trúc Resveratrol ............................................... 17 Hình 2.1. Quy trình tổng hợp hệ hydrogel CS -F127 .................................... 31 Hình 2.2. Phương trình phản ứng tổng hợp NPC-F127-NPC ........................ 31 Hình 2.3. Quy trình tổng hợp NPC-F127-NPC.............................................. 32 Hình 2.4. Phương trình phản ứng tổng hợp NPC-F127-OH .......................... 33 Hình 2.5. Quy trình tổng hợp NPC-F127-OH ................................................ 33 Hình 2.6.Sơ đồ phản ứng của quá trình tổng hợp Na-Alg-Cys ...................... 35 Hình 2.7. Sơ đồ tổng hợp copolymer nhạy cảm nhiệt Alg -F127 .................. 36 Hình 3.1. Kết quả phổ 1H-NMR của NPC-F127-NPC .................................. 44 Hình 3.2. Kết quả phổ 1H-NMR của NPC-F127-OH ..................................... 45 Hình 3.3. Kết quả phổ FTIR của NPC-F127-OH ........................................... 46 Hình 3.4. Phổ 1H-NMR của copolymer ghép CS -F127 ................................ 47 Hình 3.5. Kết quả phổ FTIR của CS-F127 (1:15) .......................................... 48 Hình 3.6. Phổ FT-IR của Na-Alg, Cys và Na-Alg-Cys tổng hợp sử dụng EDC/NHS/Cys ................................................................................................ 50 1 Hình 3.7. Phổ H-NMR của Na-Alg-Cys trong dung môi D2O. .................... 51 Hình 3.8. Phổ FT-IR của Alg-F127 (1:10) ..................................................... 52
9. Hình 3.9. Phổ 1HNMR của Alg-F127 ............................................................ 53 Hình 3.10. Chuyển hóa sol-gel của các dung dịch CS-F127 ở 10 °C va 37 °C ......................................................................................................................... 54 Hình 3.11. Đồ thị thể hiện sự tương quan của nồng độ copolymer (%wt/v) và nhiệt độ lên quá trình chuyển pha sol-gel ....................................................... 55 Hình 3.12. (A) Hình ảnh chụp các tiêu chí đánh giá về sự hình thành gel, giản đồ (B) thể hiện mối tương quan giữa nồng độ Alg-F127 và nhiệt độ trong sự tạo gel trong môi trường nước. ....................................................................... 57 Hình 3.13. Đồ thị thể hiện mối liên hệ giữa nồng độ copolymer và nhiệt độ chuyển sol-gel ................................................................................................. 59 Hình 3.14. Hàm lượng nước (%) được hydrogel hấp thụ khi ngâm trong dung dịch PBS 1X (pH 7,4) trong thời gian 12 ngày (n=3). .................................... 62 Hình 3.15. Hàm lượng nước (%) được hydrogel hấp thụ khi ngâm trong dung dịch 2mg/ml collagenase pha bằng PBS 1X (pH 7,4) trong thời gian 12 ngày (n=3). ............................................................................................................... 63 Hình 3.16. Hàm lượng nước (%) được hydrogel hấp thụ khi ngâm trong môi trường DMEM có bổ sung 10% FBS trong thời gian 12 ngày (n=3). ............ 64 Hình 3.17. Tốc độ phân rã của các hydrogel trong các môi trường ngâm: PBS, collagenase và DMEM (n= 3). ........................................................................ 65 Hình 3.18. Đồ thị thể hiện sự tương quan của nồng độ copolymer (%) và nhiệt độ của mẫu CS-F127 gel (a), Alg-F127 gel (b), CS-F127-QU/RE (c); Alg- F127-QU/RE (d) .............................................................................................. 69 Hình 3.19. Kết quả giải phóng QU từ hệ hydrogel CS-F127/Alg-F127 ........ 70 Hình 3.20. Kết quả giải phóng RE từ hệ hydrogel CS-F127/Alg-F127 ......... 71 Hình 3.21. Kết quả giải phóng RE (a) QU (b) từ hai hệ hydrogel CS-F127 và Alg-F127 mang 2 loại hoạt chất. ..................................................................... 74
10. Hình 3.22. Đồ thị biểu diễn % khối lượng giảm cấp sinh học theo thời gian của các mẫu hydrogel CS-F127/Alg-F127 mang hoạt chất RE (a), QU (b) trong môi trường PBS pH 7.4 ................................................................................... 80 Hình 3.23. Đồ thị biểu diễn % khối lượng giảm cấp sinh học theo thời gian của các mẫu hydrogel mang 2 hoạt chất RE, QU trong môi trường PBS pH 7.4 (a) DMEM (b) ....................................................................................................... 81 Hình 3.24. Đồ thị thể hiện sự ổn định của các hydrogel Alg-F127 sau lưu trữ 1 tháng (M1), 2 tháng (M2), 3 tháng (M3) và 6 tháng (M6) ở nhiệt độ bảo quản 4 °C (a) và 37 °C (b) ........................................................................................ 83 Hình 3.25. Đồ thị thể hiện sự ổn định của các hydrogel CS-F127 sau lưu trữ 1 tháng (M1), 2 tháng (M2), 3 tháng (M3) và 6 tháng (M6) ở nhiệt độ bảo quản 4 °C (a) và 37 °C (b) ........................................................................................ 83 Hình 3.26. Độ ổn định của hoạt chất RE (a), QU (b) được đánh giá sau 6 tháng lưu trữ trong môi trường nước tại nhiệt độ phòng 37 ± 2°C và 4 ± 2°C khi mang bởi CS-F127/Alg-F127. .................................................................................. 85