Chitosan/chitin là một polisacarit mạch thẳng, có nguồn gốc tự nhiên, tập trung nhiều trong vỏ các loài thủy sản giáp xác như tôm, cua, mai mực. Nó có khả năng hòa hợp và tự phân hủy sinh học, độc tính thấp, hoạt tính sinh học cao và đa dạng như kháng khuẩn, kháng nấm, tăng sinh tế bào, tăng cường miễn dịch của cơ thể với các tác dụng kích thích sản sinh bạch cầu, giảm cholesterol trong máu, hạn chế sự phát triển của khối u, có tác dụng tốt trên các vết thương, vết bỏng. Trên thế giới, việc ứng dụng chitosan trong các lĩnh vực y sinh và xử lý môi trường đã được phát triển mạnh mẽ. Tại Việt nam, Phòng Polyme thiên nhiên, Viện Hóa học, Viện KHCN VN là một trong những cơ sở đầu tiên nghiên cứu ứng dụng thành công chitosan trong các lĩnh vực này.

Theo hướng nghiên cứu chung đó, trên cơ sở đặc thù về chuyên môn là nghiên cứu đặc trưng và ứng dụng vật liệu nano, nhóm nghiên cứu tại Phòng Vật liệu Nano Y sinh, Viện Khoa học Vật liệu, Viện KHCN VN đã phối hợp với Phòng Công nghệ các chất có hoạt tính sinh học, Viện Hóa học tiến hành nghiên cứu ứng dụng của chitosan cấu trúc nano trong y sinh học (chế tạo hệ dẫn thuốc, gốm y sinh…) và xử lý môi trường (kháng khuẩn, hấp phụ kim loại nặng).

Ứng dụng trong chế tạo gốm y sinh

Trong những năm gần đây, các tiến bộ về vật liệu gốm y sinh đã được ứng dụng và phát triển rất nhiều trong vấn đề chăm sóc sức khỏe con người. Trong đó, gốm y sinh Hap có nhiều tiềm năng ứng dụng do tính tương thích và hoạt tính sinh học cao, đặc biệt là nhu cầu sử dụng Hap để tạo các sản phẩm xương dùng trong phẫu thuật chấn thương chỉnh hình. Vật liệu nano HAp/CS được tổng hợp từ dung dịch theo phương pháp phản ứng hóa học giữa muối chứa ion canxi (Ca²⁺) với muối chứa gốc phốt phát (PO₄^3-) có pha trộn chitosan.

Cấu trúc màng Hap/CS trong dung dịch mô phỏng SBF (sau 14 ngày)

Để kiểm tra hoạt tính sinh học, compozit HAp/CS được ngâm trong môi trường giả dịch người SBF (Simulated Body Fluid) trong khoảng thời gian 14 ngày và sử dụng bình điều nhiệt để giữ nhiệt độ của hỗn hợp ở 37^oC. Từ ảnh FESEM, ta thấy sau 14 ngày các tinh thể HAp đã bao phủ toàn bộ bề mặt compozit HAp/CS. Kết quả thử nghiệm này chứng tỏ compozit HAp/CS có hoạt tính sinh học tốt trong môi trường mô phỏng dịch người SBF.

Ứng dụng trong hệ dẫn thuốc

Chitosan ở cấu trúc nano, với tính năng quan trọng là tương thích sinh học và có khả năng phân hủy sinh học, có thể được sử dụng như một chất dẫn thuốc tiềm năng. Để tạo cấu trúc phù hợp với mục đích dẫn thuốc cho chitosan, các tác giả sử dụng tripolyphosphate (TPP) làm chất tạo liên kết chéo thông qua tương tác tĩnh điện. Qua phân tích sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), quá trình nhả chậm đã được ghi nhận khi thực hiện thử nghiệm trong môi trường giả dịch ruột và giả dịch dạ dày. Từ thời gian nhả thuốc khi không có CS-TPP vào khoảng 7-8 giờ trong môi trường giả dịch ruột và khoảng 0,5 giờ trong môi trường giả dịch dạ dày, artesunate đã được kéo dài thời gian nhả thuốc lên khoảng 25-30 giờ. Trên cơ sở đó, CS-TPP đã được ứng dụng làm chất dẫn thuốc cho thuốc trị sốt rét artesunate thuộc dẫn xuất artemisinin.

Bên cạnh ứng dụng làm chất dẫn thuốc cho thuốc trị sốt rét artesunate, nhóm nghiên cứu hiện đang tiếp tục thử nghiệm chế tạo các hệ dẫn thuốc khác, trong đó có các hệ dẫn thuốc thông minh, ví dụ hệ dẫn thuốc chữa ung thư có khả năng hướng đích có thành phần “dẫn dắt”, thâm nhập nội bào và gây chết tế bào ung thư theo chương trình hoặc hệ dẫn có lõi từ tính, có khả năng được “dẫn dắt” bằng từ trường ngoài. Các hệ dẫn thuốc này được cho là sẽ tiết kiệm được dược chất và làm tăng đáng kể hiệu quả chữa trị bệnh. Ngoài ra, việc ứng dụng các dẫn xuất khác của chitosan hay thay thế chitosan bằng các polisacarit khác hiệu quả hơn cho từng ứng dụng cũng đang được tiến hành.

Ứng dụng trong liệu pháp nhiệt trị ung thư

Nhiệt trị là một liệu pháp trị bệnh khá phổ biến, trong đó có điều trị bệnh ung thư. Vật liệu hạt từ được biết đến là chất có thể làm môi trường sinh nhiệt (tự đốt nóng) dưới tác dụng của từ trường xoay chiều với yêu cầu ứng dụng y sinh là phải bền lâu và có thông số tốc độ đốt riêng ban đầu SRA (Specific Adsorption Rate) phải đạt đủ cao. Một số kết quả ban đầu khi sử dụng O – cacboxymethyl chitosan làm chất bọc hạt sắt từ Fe₃O₄ để nghiên cứu khả năng đốt nhiệt cũng đã thể hiện khả năng ứng dụng hạt nano chitosan biến tính trong việc nhiệt trị điều trị ung thư. Kết quả đốt nhiệt ban đầu của mẫu chất lỏng chứa hạt từ Fe₃O₄ bọc bởi O – cacboxymethyl chitosan tiến hành ở cường độ từ trường 80 Oe và tần số 236 kHz được thể hiện tại hình sau.

Hệ đốt từ và kết quả đốt nhiệt từ của hạt từ CS/Fe₃O₄

Từ đồ thị ta thấy với nồng độ ban đầu của Fe₃O₄ là 0.1 mg/ml, kết quả tốc độ gia nhiệt và nhiệt độ bão hòa cũng thay đổi tuyến tính theo các sự pha loãng khác nhau. Những kết quả đốt nhiệt ban đầu như trên cho thấy khả năng ứng dụng chất lỏng từ trên cơ sở CS/Fe₃O₄ trong việc đốt nhiệt điều trị ung thư.

Ứng dụng trong hấp phụ kim loại nặng trong dung dịch

Nhóm nghiên cứu đã tổng hợp được nanocomposit Fe₃O₄/CS và Al(OH)₃/Fe₃O₄/CS với dung lượng hấp phụ cao, nhằm mục đích hấp phụ ion kim loại nặng trong nước, sử dụng khả năng hấp phụ tốt các ion kim loại của CS (nhờ khả năng tạp phức của các nhóm amino (-NH₂)). Vai trò của Fe₃O₄ là tạo từ tính cho vật liệu đảm bảo vật liệu sau hấp phụ được tách loại dễ dàng bằng từ trường, đồng thời mở ra khả năng giải hấp phụ (cũng bằng từ trường) và tái sử dụng vật liệu.

Kết quả phân tích bằng EDS chứng minh rằng Ni (II), Pb(II), Cu (II), Cr (VI)... đã được hấp phụ hiệu quả vào bề mặt màng Fe₃O₄/CS và Al(OH)₃/Fe₃O₄/CS. Đồng thời, với giá thành hợp lý, khả năng ứng dụng vật liệu chitosan để hấp phụ kim loại nặng, làm sạch nước và môi trường là khả thi.

Ứng dụng trong chế tạo dung dịch/gel kháng khuẩn

Chitosan/nano bạc (CS/Ag-NPs) được nghiên cứu ứng dụng trong việc kháng khuẩn trong dung dịch nhờ đặc tính kháng khuẩn đặc biệt của hạt nano bạc. Các tính chất của CS/Ag-NPs đã được khảo sát bằng phổ UV-vis, ảnh hiển vi truyền qua (TEM). Khả năng kháng khuẩn của vật liệu trên đã được khảo sát với một số vi khuẩn như vi khuẩn gram âm (E.Coli và P.aeruginosa), vi khuẩn gram dương (L.fermentum, S.aureus và B.subtilis) và nấm (C.albians). Khảo sát đã chứng minh khả năng ứng dụng của vật liệu CS/Ag-NPs trong kháng khuẩn dung dịch.

Đây chính là cơ sở để nhóm nghiên cứu hiện đang tiếp tục tiến hành chế tạo gel/keo với ba thành phần chính chứa nano Ag kết hợp với curcumin, trên nền chitosan nhằm đưa ra sản phẩm hoàn hảo hơn trong y dược và mỹ phẩm (điều trị các vết thương ngoài da, có tính sát khuẩn vừa nhanh làm liền sẹo, làm mịn da...)