Tài liệu Bào chế và đánh giá tác dụng kháng khuẩn của thuốc mỡ thân nước bạc clorid

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA Y DƯỢC NGUYỄN XUÂN TÙNG BÀO CHẾ VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC DỤNG KHÁNG KHUẨN CỦA THUỐC MỠ THÂN NƯỚC NANO BẠC CLORID KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƯỢC HỌC HÀ NỘI - 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA Y DƯỢC NGUYỄN XUÂN TÙNG BÀO CHẾ VÀ ĐÁNH GIÁ TÁC DỤNG KHÁNG KHUẨN CỦA THUỐC MỠ THÂN NƯỚC NANO BẠC CLORID KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƯỢC HỌC Khóa: QH.2012.Y Người hướng dẫn: TS. NGUYỄN THỊ THANH BÌNH HÀ NỘI - 2017 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS.Nguyễn Thị Thanh Bình - Chủ nhiệm Bộ môn Hóa dược và Kiểm nghiệm thuốc, khoa Y Dược – Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt thời gian vừa qua. Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới PGS.TS.Nguyễn Thanh Hải – Phó chủ nhiệm phụ trách khoa Y Dược – Đại học Quốc gia Hà Nội đã định hướng cho nghiên cứu. Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy trong bộ môn Hóa dược và Kiểm nghiệm thuốc và các anh chị trong bộ môn Bào chế và Công nghiệp Dược, khoa Y Dược – Đại học Quốc gia Hà Nội đã chỉ bảo, tạo điều kiện thuận lợi nhất để em hoàn thành thí nghiệm. Hà Nội, ngày 30/5/2017 Tác giả Nguyễn Xuân Tùng DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT AAS AgNO3 ATCC DĐVN MRSA NaCl PDI PEG SEM USP UV VK Atomic Absorption Spectrometric (Quang phổ hấp thụ nguyên tử) Bạc nitrat American type culture collection (Bảo tàng giống chuẩn vi sinh vật Mỹ) Dược điển Việt Nam Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (Tụ cầu kháng Methicillin) Natri clorid Poly Dispersity Index (Chỉ số đa phân tán) Polyethylen glycol Scanning Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử quét) Dược điển Mỹ Ultra violet (Tia tử ngoại) Vi khuẩn DANH MỤC CÁC BẢNG STT Bảng 1.1 Bảng 1.2 Bảng 1.3 Bảng 2.1 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Tên bảng Cơ chế kháng khuẩn của các thuốc kháng khuẩn Kích thước của một số vật liệu micro và nano Số nguyên tử có trong hạt nano bạc Nguyên liệu bào chế thuốc mỡ bạc clorid Độ hấp thụ nguyên tử của các dung dịch bạc chuẩn Kết quả định lượng mẫu thuốc mỡ AgCl 0,13% Lượng ion bạc giải phóng từ thuốc mỡ bạc clorid 0,13% so với Silvasorb® gel theo thời gian Bảng 3.4 Vòng vô khuẩn của thuốc mỡ bạc clorid (TM), kem bạc sulfadiazin 1% (SS) và mẫu trắng trên 1 số vi khuẩn Gram dương Bảng 3.5 Vòng vô khuẩn của thuốc mỡ bạc clorid (TM), kem bạc sulfadiazin 1% (SS) và mẫu trắng trên 1 số vi khuẩn Gram âm Bảng 3.6 Đường kính vòng vô khuẩn của thuốc mỡ bạc clorid 0,13% trên S. aureus và E. coli so với dạng gel bạc clorid 0,13% và Silvasorb® Gel Trang 3 7 12 24 35 36 37 40 41 42 DANH MỤC CÁC HÌNH STT Tên hình Trang Hình 1.1 Tác động của ion bạc lên vi khuẩn 9 Hình 1.2 Ion bạc vô hiệu hóa enzym chuyển hóa oxy của vi khuẩn 10 Hình 1.3 Ion bạc liên kết với các base của DNA 10 Hình 1.4 Ứng dụng của bạc và nano bạc trong y học 14 Hình 1.5 Ưu điểm của bạc clorid so với các dạng khác của bạc 16 Hình 2.1 Quy trình bào chế thuốc mỡ bạc clorid 0,13% 26 Hình 3.1 Kích thước tiểu phân dược chất của thuốc mỡ AgCl 0,13% và Silvasorb® Gel Hình dạng tiểu phân bạc clorid quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa cường độ hấp thụ và nồng độ của bạc Lượng ion bạc giải phóng từ thuốc mỡ bạc clorid 0,13% so với Silvasorb® Gel theo thời gian Kích thước tiểu phân của sản phẩm trước và sau khi chiếu UV Kích thước tiểu phân của sản phẩm sau khi bào chế và sau 6 tháng Hoạt tính kháng khuẩn của thuốc mỡ bạc clorid (TM) so với kem bạc sulfadiazin 1% (SS) và mẫu trắng (MT) trên 1 số vi khuẩn Gram dương Hoạt tính kháng khuẩn của thuốc mỡ bạc clorid (TM) so với kem bạc sulfadiazin 1% (SS) và mẫu trắng (MT) trên 1 số vi khuẩn Gram âm Tác dụng kháng khuẩn in vitro của thuốc mỡ bạc clorid 0,13% trên S. aureus và E. coli so với gel bạc clorid 0,13% và Silvasorb® Gel 34 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 35 36 37 38 39 40 41 MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN.......................................................................... 3 1.1. Thuốc kháng khuẩn vết thương do bỏng ................................................ 3 1.1.1. Giới thiệu chung về các thuốc kháng khuẩn ..................................... 3 1.1.2. Các thuốc kháng khuẩn được sử dụng trong điều trị nhiễm trùng vết thương do bỏng ........................................................................................... 5 1.2. Công nghệ nano và công nghệ nano sinh y dược ................................... 6 1.2.1. Công nghệ nano ................................................................................ 6 1.2.2. Công nghệ nano sinh y dược ............................................................ 8 1.3. Bạc và các thuốc kháng khuẩn từ bạc ..................................................... 9 1.3.1. Cơ chế kháng khuẩn của các thuốc từ bạc ........................................ 9 1.3.2. Các dạng bạc được sử dụng làm thuốc kháng khuẩn ..................... 10 1.3.3. Hệ giải phóng ion bạc kéo dài – tiểu phân nano bạc clorid ............ 15 1.4. Đại cương về thuốc mỡ ......................................................................... 16 1.4.1. Khái niệm thuốc mỡ........................................................................ 16 1.4.2. Phân loại thuốc mỡ ......................................................................... 16 1.4.3. Các đặc tính của thuốc mỡ .............................................................. 18 1.4.4. Các phương pháp bào chế thuốc mỡ............................................... 20 CHƯƠNG 2 - NGUYÊN VẬT LIỆU, TRANG THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................... 24 2.1. Nguyên vật liệu, trang thiết bị............................................................... 24 2.1.1. Nguyên vật liệu ............................................................................... 24 2.1.2. Thiết bị nghiên cứu ......................................................................... 25 2.2. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 26 2.2.1. Bào chế thuốc mỡ bạc clorid 0,13% ............................................... 26 2.2.2. Xác định một số đặc tính của thuốc mỡ bạc clorid......................... 27 2.2.3. Đánh giá tác dụng kháng khuẩn in vitro của thuốc mỡ bạc clorid . 31 CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................. 34 3.1. Xác định một số đặc tính của thuốc mỡ bạc clorid 0,13% ................... 34 3.1.1. Kích thước và thế Zeta của tiểu phân dược chất ............................ 34 3.1.2. Hình dạng tiểu phân ........................................................................ 34 3.1.3. Độ nhớt ........................................................................................... 35 3.1.4. Hàm lượng hoạt chất ....................................................................... 35 3.1.5. Khả năng giải phóng hoạt chất ....................................................... 36 3.1.6. Độ bền với ánh sáng ....................................................................... 37 3.1.7. Độ ổn định theo thời gian ............................................................... 38 3.2. Đánh giá tác dụng kháng khuẩn in vitro của thuốc mỡ bạc clorid ....... 39 3.2.1. So với kem bạc sulfadiazin 1%....................................................... 39 3.4.2. So với Silvasorb® Gel và gel bạc clorid 0,13% .............................. 41 3.3. Bàn luận ................................................................................................ 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ Từ xa xưa, con người đã sử dụng bạc làm các dụng cụ chứa đồ ăn, nước uống để trị bệnh. Bạc được biết đến như một nguyên tố có khả năng khử trùng mạnh nhất tồn tại trong tự nhiên. Đặc tính kháng khuẩn của bạc bắt nguồn từ tính chất hóa học của các ion Ag+ [14]. Ion này có khả năng tiêu diệt vi sinh vật theo nhiều cơ chế [29], nên rất ít khi bị đề kháng [15]. Trong lịch sử, bạc được sử dụng làm thuốc dưới nhiều dạng khác nhau [13], mỗi loại đều có ưu nhược điểm riêng. Điển hình là dung dịch sát khuẩn bạc nitrat 0,5%, kem chữa bỏng bạc sulfadiazin 1%. Về mặt bệnh lý, bỏng là những tổn thương da có nguồn gốc từ các tác nhân không phải cơ học như hóa chất, điện, nhiệt, ánh sáng mặt trời hoặc bức xạ hạt nhân. Không giống như những loại chấn thương khác, vết thương do bỏng gây ra những biến đổi về mặt chuyển hóa cũng như các phản ứng viêm, và do đó, đặt bệnh nhân trước nhiều biến chứng nguy hiểm. Trong điều trị bỏng, nhiễm trùng là nguyên nhân phổ biến nhất dẫn đến bệnh tật và tử vong, biến chứng này gây ra 61% tổng số các trường hợp tử vong do bỏng. Nhiễm trùng vết thương do bỏng đòi hỏi phải được chăm sóc y tế ngay bởi vì nó làm chậm quá trình lành vết thương, gia tăng để lại sẹo, có thể dẫn đến nhiễm trùng máu và hội chứng bất hoạt đa cơ quan. [1] Ở bệnh nhân bỏng, tổn thương da trên diện rộng và thời gian nhập viện dài là nguyên nhân chính làm cho vết bỏng trở thành môi trường thích hợp cho sự phân chia nhanh chóng của vi sinh vật gây bệnh. Nhiễm trùng vết thương do bỏng thường kéo dài hơn và có nguồn gốc từ nhiều loại vi sinh vật hơn so với các vết thương do phẫu thuật. Tác nhân đầu tiên gây nhiễm trùng vết bỏng là các vi khuẩn Gram dương như tụ cầu vàng Staphylococcus aureus kháng methicillin (MRSA), các vi khuẩn Gram âm như Acinetobacter baumannii-calcoaceticus complex, Pseudomonas aeruginosa và các loài Klebsiella. Đáng chú ý là Klebsiella bởi sự gia tăng đề kháng với nhiều loại kháng sinh. Nhiễm trùng vi khuẩn đề kháng kháng sinh ở bệnh nhân bỏng gắn liền với thời gian nhập viện kéo dài. Điều trị nhiễm trùng đa đề kháng (MDR) bằng các liệu pháp kháng sinh ban đầu không đầy đủ làm gia tăng tỷ lệ tử vong. Vết thương do bỏng cũng có thể bị nhiễm nấm, trong đó, phổ biến nhất 1 là Candida albicans. Sử dụng các thuốc kháng khuẩn tại chỗ thích hợp có thể mang lại hiệu quả trong việc điều trị nhiễm trùng và kiểm soát vết thương. [1] Sự ra đời của thuốc kháng khuẩn thế hệ mới từ muối ít tan của bạc với những ưu điểm như kiểm soát tốc độ giải phóng ion bạc ở mức tối ưu, trong thời gian dài có thể góp phần giải quyết các vấn đề kể trên. Theo định hướng nghiên cứu đó, khoa Y Dược – ĐHQGHN đã tổng hợp thành công và xác định các đặc tính của tiểu phân nano bạc clorid. Các thử nghiệm sinh học in vitro đã chứng tỏ các tiểu phân này có tác dụng trên cả vi khuẩn Gram âm và Gram dương. [1,7,8,32] Hướng đến việc bào chế các thuốc kháng khuẩn từ bạc clorid có hiệu lực cao, phổ rộng nhằm điều trị nhanh và hiệu quả nhiễm trùng, đặc biệt là ở các vết thương do bỏng, chúng tôi tiến hành đề tài:“Bào chế và đánh giá tác dụng kháng khuẩn của thuốc mỡ thân nước bạc clorid” với các mục tiêu cụ thể như sau: 1. Bào chế được thuốc mỡ bạc clorid nồng độ 0,13% và xác định một số đặc tính của thuốc. 2. Đánh giá tác dụng kháng khuẩn in vitro của thuốc mỡ bào chế được trên một số chủng vi sinh vật. 2 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 1.1. Thuốc kháng khuẩn vết thương do bỏng 1.1.1. Giới thiệu chung về các thuốc kháng khuẩn - Khái niệm: Các thuốc kháng khuẩn là các thuốc diệt vi khuẩn khi tiếp xúc, chỉ dùng ngoài. Cơ chế tác dụng tùy theo từng nhóm chất, điểm chung là phổ tác dụng rộng và liên tục. - Phân loại: Theo cấu trúc hóa học, cũng phù hợp với tính chất tác dụng, các thuốc kháng khuẩn có thể phân thành 6 nhóm: + Các chất oxy hóa (như các chất giải phóng ra O₂; I₂; Cl₂ …). + Các alcol, phenol, aldehyd và các dẫn chất của chúng. + Hợp chất kim loại nặng. + Các phẩm màu. + Nitrofurazon và dẫn chất. + Các chất hoạt diện catonic. [5] - Cơ chế hoạt động của thuốc kháng khuẩn: Hiện nay, đã có sự tiến bộ đáng kể trong việc nghiên cứu, tìm hiểu cơ chế diệt khuẩn của các thuốc kháng khuẩn. Tuy nhiên, các nghiên cứu về cơ chế hoạt động của các thuốc kháng khuẩn đối với nấm, virus và động vật nguyên sinh lại khá thưa thớt. Cơ chế tác dụng của các tác nhân hóa học được sử dụng như các thuốc kháng khuẩn được trình bày trong bảng 1.1. Bảng 1.1. Cơ chế kháng khuẩn của các thuốc kháng khuẩn [20] Đích tác dụng Thuốc kháng khuẩn Cơ chế hoạt động Vỏ tế bào (vách tế bào, màng ngoài) Glutaraldehyde Phá hủy liên kết ngang của proteins Màng tế bào EDTA, các permeabilizer khác Vi khuẩn Gram âm: loại bỏ Mg²⁺, QACs Tổn thương màng liên quan đến 3 giải phóng một số LPS chất lớp phospholipid kép Chlorhexidine Ở nồng độ thấp ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của màng. Ở nồng độ cao gây đông tụ các tế bào chất Diamines Gây cảm ứng làm rò rỉ các amino acid PHMB, alexidine Tách pha và hình thành các miền của lớp màng lipid Phenols Làm rò rỉ, một số gây ra sự tách cặp Formaldehyde Phá hủy liên kết ngang của proteins, RNA và DNA Glutaraldehyde Phá hủy liên kết ngang của proteins ở vỏ tế bào và một số ở trong tế bào Xen vào giữa DNA Acridines Một phân tử Acridine xen giữa hai lớp của cặp base trong DNA Tương tác với nhóm thiol Các hợp chất của bạc Enzymes liên kết màng (tương tác với nhóm thiol) Liên kết ngang của các đại phân tử Ảnh hưởng tới DNA Ức chế tổng hợp DNA Halogens Hydrogen peroxide, silver ions Phá vỡ sợi DNA Halogens Oxy hóa các nhóm thiol thành disulfides, sulfoxides hoặc disulfoxides Peroxygens Hydrogen peroxide: hoạt động do sự hình thành các gốc tự do hydroxyl, làm oxy hóa nhóm thiol ở trong enzymes và proteins; PAA: sự gián đoạn của các nhóm thiol trong enzymes và proteins Các tác nhân oxy hóa 4 1.1.2. Các thuốc kháng khuẩn được sử dụng trong điều trị nhiễm trùng vết thương do bỏng Tổn thương tổ chức mô là nguồn gốc gây ra mọi rối loạn bệnh lý trong bỏng. Tại các tổn thương, vi sinh vật có thể xâm nhập, gây nhiễm trùng, hoại tử, thậm chí dẫn đến tử vong cho bệnh nhân. Sử dụng các thuốc kháng khuẩn tại chỗ nhằm hạn chế hoặc loại bỏ yếu tố bệnh lý này, tạo điều kiện cho sự sửa chữa và hồi phục của các mô. Sau hơn 80 năm kể từ khi khoa học phát hiện ra penicillin, hàng trăm loại thuốc kháng sinh và các thuốc tương tự đã được phát minh và đưa vào sử dụng. Sự ra đời của kháng sinh đánh dấu kỷ nguyên phát triển mới của y học trong việc điều trị các bệnh nhiễm khuẩn. Tuy nhiên, việc sử dụng kháng sinh rộng rãi, kéo dài, lạm dụng kháng sinh đã tạo điều kiện cho nhiều loại vi sinh vật trở nên kháng thuốc. Đây không chỉ là mối lo ngại chung của ngành y tế mà còn là thảm họa đối với sức khỏe cộng đồng. Các yêu cầu của một thuốc kháng khuẩn vết bỏng tốt bao gồm: Có tác dụng với các vi khuẩn gây nhiễm khuẩn vết bỏng với tỷ lệ kháng thuốc thấp nhất, không hoặc ít gây hại cho mô lành và tế bào lành, không hoặc ít có tác dụng phụ, thấm sâu vào các mô. Dưới đây là một số thuốc kháng khuẩn vết thương bỏng được sử dụng phổ biến hiện nay: - Bạc sulfadiazin 1% Bạc sulfadiazin là sự kết hợp của bạc với một sulfamid. Nhiều phối hợp của bạc với các sulfamid khác nhau đã được nghiên cứu thử nghiệm in vitro, kết quả cho thấy bạc sulfadiazin cho tác dụng tốt nhất. Điều này có thể được giải thích là do sự liên kết mạnh của bạc sulfadiazin với DNA của vi sinh vật. Thuốc có phổ kháng khuẩn rộng, tiêu diệt được nhiều loại vi sinh vật như S. aureus, E. coli, Klebsiella, P. aeruginosa, Proteus, Enterobacteraceae và cả C. albicans. Bạc sulfadiazin có thể gây giảm bạch cầu. Tác dụng phụ này gặp ở 5-15% bệnh nhân, thường xảy ra khi sử dụng trên diện tích rộng, 2-3 ngày sau khi bắt đầu dùng thuốc. Bạc sulfadiazin được sản xuất từ năm 1960 dưới dạng kem nồng độ 1% màu trắng, không tan trong nước, ít thấm sâu vào hoại tử, khó vệ sinh vết thương, thời gian tác dụng ngắn. Sản phẩm có thể làm giảm khả năng tái tạo biểu mô còn độc tính đối với tủy xương chủ yếu là do propylen glycol có trong dạng thuốc gây nên. Sự đề kháng của vi khuẩn trên dòng sản phẩm này cũng đã được ghi nhận. [1] 5 - Bạc nitrat (AgNO3) Dung dịch AgNO3 thể hiện hoạt tính kháng khuẩn cao, có thể tiêu diệt cả P. aeruginosa, ít bị đề kháng, ngoài ra còn có tác dụng giảm viêm ở bề mặt vết thương. Dung dịch bạc nitrat 0,5% đã từng là một thuốc điển hình và phổ biến nhất để điều trị các bết bỏng ngoài da. Ở nồng độ lớn hơn 1% dung dịch bạc nitrat có khả năng gây độc với tế bào và các mô; nitrat làm giảm khả năng liền vết thương, khi bị khử thành nitrit sẽ tạo ra các chất oxi hóa gây độc cho tế bào, giảm khả năng tái tạo tế bào biểu mô. Thuốc có thể gây hạ natri và clo máu, gây kiềm chuyển hoá và methemoglobin. Dung dịch bạc nitrat cho nồng độ ion Ag+ cao nhưng không ổn định. Dung dịch dễ chuyển sang màu xám khi tiếp xúc với ánh sáng. Đắp tốn gạc, gây đen đồ vải. [1] - Axit Boric Axit Boric là một axit yếu, thuốc được sử dụng dưới dạng dung dịch 3% hoặc dạng bột tinh thể màu trắng. Axit boric có tác dụng ức chế sự phát triển của trực khuẩn mủ xanh. Chỉ định để điều trị vết thương nhiễm trực khuẩn mủ xanh, trung hoà vết bỏng do vôi tôi nóng. Thuốc có nguy cơ gây nhiễm toan chuyển hoá, không được dùng trên diện tích quá rộng. [1] - Mỡ Maduxin (Madhuxin) Đây là dạng thuốc mỡ màu nâu đen được bào chế từ lá của cây sến (Madhuca pasquieri Dubard H. Sapotaceae). Maduxin có thành phần là cao của lá sến, dầu hạt sến và vaselin. Maduxin được nghiên cứu bào chế từ 19901995. Đây là thuốc chữa nhiễm khuẩn vết bỏng có hiệu quả. Thuốc có tác dụng với tụ cầu vàng, trực khuẩn mủ xanh, E.coli, Proteus,... Gạc tẩm thuốc đắp vào vết thương làm giảm tiết dịch, giảm mùi hôi. Thuốc kích thích biểu mô hóa ở bỏng nông và tạo mô hạt ở bỏng sâu. Thuốc có tác dụng tốt với bỏng vôi. Tuy nhiên, thuốc thường gây đau cho bệnh nhân và làm đen vải trải.[1] 1.2. Công nghệ nano và công nghệ nano sinh y dược 1.2.1. Công nghệ nano Nano theo tiếng Latin có nghĩa là nhỏ, bé. Công nghệ nano (nanotechnology) là công nghệ nghiên cứu phát triển và sử dụng các vật liệu siêu nhỏ ở kích cỡ nanomet (bảng 1.2) để phục vụ cho lợi ích của cuộc sống con người. 6 Bảng 1.2. Kích thước của một số vật liệu micro và nano Vật liệu Kích thước (nm) Sợi tóc 50.000-80.000 Vi khuẩn 500-10.000 Hồng cầu 7.000-8.000 Virus 100-400 Ribosome ~ 10 AND ~3 Nguyên tử carbon ~ 0,1 Thông thường, mắt thường chỉ có thể nhìn thấy được vật thể khoảng 50 µm (tương đương với sợi tóc). Như vậy, vật thể nano là những vật thể không thể nhìn thấy được bằng mắt thường (chỉ có thể quan sát được bằng kính hiển vi điện tử). Do kích thước siêu nhỏ nên tiểu phân nano (nanoparticles) đã tạo ra những tính chất đặc trưng mới khác hẳn so với tiểu phân micro (như siêu dẫn, siêu bền, siêu thuận từ, siêu thấm, v.v.). Chính vì vậy, ngay sau khi ra đời, thế giới nano đã thu hút sự quan tâm mạnh mẽ của giới khoa học và nhà sản xuất dẫn đến nhanh chóng hình thành lĩnh vực công nghệ nano. Ngành công nghệ mới mẻ này đã tạo ra một cuộc cách mạng rộng lớn làm đảo lộn nhiều ngành khoa học, liên quan đến các lĩnh vực của đời sống xã hội như vật lý, lý-sinh, sinh học phân tử, công nghệ sinh học, y-dược học, v.v. Công nghệ nano là khoa học liên ngành, ngay sau khi ra đời, đã phát triển nhanh chóng, tạo ra nhiều sản phẩm trên thị trường nhằm phục vụ đời sống con người. Từ năm 2001-2005, ở Mỹ đã có trên 100 bằng phát minh được cấp cho công nghệ nano dược. Năm 2006 doanh số về công nghệ nano toàn cầu đã đạt 50 tỉ USD. Hiện nay, các nước phát triển như Mỹ, Nhật bản, Công đồng châu Âu ... đều đang đầu tư những dự án lớn cho công nghệ nano với tầm nhìn lâu dài. [28] 7 Sự khác biệt về tính chất của vật liệu nano so với vật liệu khối bắt nguồn từ hai hiện tượng sau đây: - Hiệu ứng bề mặt: Khi vật liệu có kích thước nm, các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt, sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có kích thước nanomet khác biệt so với vật liệu ở dạng khối. Nhờ hiệu ứng này mà các dược chất ít tan, khi được điều chế dưới dạng tiểu phân nano thì tốc độ hòa tan và tác dụng sinh học tăng lên rất nhiều. - Hiệu ứng kích thước: Các tính chất vật lý, hóa học của các vật liệu đều có một giới hạn về kích thước. Nếu vật liệu mà nhỏ hơn kích thước này thì tính chất của nó hoàn toàn bị thay đổi. Người ta gọi đó là kích thước tới hạn. Vật liệu nano có tính chất đặc biệt là do kích thước của nó có thể so sánh được với kích thước tới hạn của các tính chất. [9] 1.2.2. Công nghệ nano sinh y dược Công nghệ nano dược (Pharmaceutical Nanotechnology) hình thành trên cơ sở áp dụng thành tựu của công nghệ nano nói chung vào lĩnh vực nghiên cứu chế tạo các tiểu phân nano dược phẩm, các hệ mang thuốc nano hoặc các thiết bị nano dùng chẩn đoán và điều trị bệnh. Y học nano (nanomedicine) là y học dùng dược chất và dạng thuốc nano hoặc thiết bị nano để chẩn đoán, phòng và điều trị bệnh. [2,22,25,27] Do có nhiều tính năng độc đáo và kích thước tương đương với các phân tử sinh học nên hiện nay, công nghệ nano đang được đầu tư nghiên cứu, đặc biệt là trong lĩnh vực y sinh. Các ứng dụng tiêu biểu của công nghệ nano trong lĩnh vực này là: - Chẩn đoán: Sử dụng các hạt nano (hạt nano vàng, nano từ, chấm lượng tử…) để đánh dấu các phân tử sinh học, vi sinh vật, phát hiện các chuỗi gen nhờ vào cơ chế bắt cặp bổ sung của DNA hoặc cơ chế bắt cặp kháng nguyên – kháng thể. - Vận chuyển thuốc: Cung cấp thuốc cho từng tế bào cụ thể bằng cách sử dụng các hạt nano nhằm tiết kiệm thuốc và tránh các tác dụng phụ. 8 -Mô kỹ thuật: Công nghệ nano có thể giúp cơ thể tái sản xuất hoặc sửa chữa các mô bị hư hỏng bằng cách sử dụng “giàn” dựa trên vật liệu nano và các yếu tố tăng trưởng. [10,12] 1.3. Bạc và các thuốc kháng khuẩn từ bạc 1.3.1. Cơ chế kháng khuẩn của các thuốc từ bạc Các thuốc từ bạc đều có chung một nguyên tắc là thuốc cần phải giải phóng bạc dưới dạng ion để cho tác dụng kháng khuẩn. Bản thân bạc kim loại dạng khối không kháng khuẩn, nhưng khi chịu một tác động hóa học như sự oxy hóa nó sẽ tạo ra ion bạc có hoạt tính kháng khuẩn. [13] Hình 1.1. Tác động của ion bạc lên vi khuẩn Các đặc tính kháng khuẩn của bạc bắt nguồn từ tính chất hóa học của các ion Ag+. Ion này có khả năng liên kết mạnh với peptidoglican, thành phần cấu tạo nên thành tế bào của vi khuẩn và ức chế khả năng vận chuyển oxy vào bên trong tế bào dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn. Nếu các ion bạc được lấy ra khỏi tế bào ngay sau đó, khả năng hoặt động của vi khuẩn lại có thể được phục hồi, vì vậy chúng ta không bị tổn thương khi tiếp xúc với các ion này. Có một cơ chế tác động của các ion bạc lên vi khuẩn đáng chú ý được mô tả như sau: Sau khi Ag+ tác động lên lớp màng bảo vệ của tế bào vi khuẩn gây bệnh nó sẽ đi vào bên trong tế bào và phản ứng với nhóm mercapto – SH của phân tử enzym chuyển hóa oxy và vô hiệu hóa men này dẫn đến ức chế quá trình hô hấp của tế bào vi khuẩn. [30] 9 Hình 1.2. Ion bạc vô hiệu hóa enzym chuyển hóa oxy của vi khuẩn Ngoài ra các ion bạc còn có khả năng liên kết với các base của DNA và trung hòa điện tích của gốc phosphat do đó ngăn chặn quá trình sao chép DNA. [31] Hình 1.3. Ion bạc liên kết với các base của DNA Collins và cộng sự (2013) đã phát hiện ra rằng các ion bạc hòa tan tác động lên các tế bào vi khuẩn theo hai cách chính: làm tăng tính thẩm thấu của màng tế bào và cản trở quá trình trao đổi chất của tế bào dẫn đến phá hủy các tế bào. Khi sử dụng phối hợp bạc với các thuốc kháng sinh, cả hai cơ chế này của ion bạc có thể giúp các thuốc kháng sinh hiện nay có hiệu quả hơn đối với các vi khuẩn kháng thuốc. [26] 1.3.2. Các dạng bạc được sử dụng làm thuốc kháng khuẩn Nhiều dạng bạc được sử dụng để làm thuốc, điển hình là: 10 Dung dịch keo bạc Đây là dạng được sử dụng phổ biến nhất trước năm 1960, các tiểu phân ion bạc tinh khiết, tích điện, được phân tán trong môi trường lỏng. Các ion tích điện đẩy nhau, vì thế chúng được phân tán đồng nhất trong môi trường ngay cả khi đã bôi thuốc lên vết thương. [8] Phức hợp bạc protein Phức hợp bạc với các protein phân tử nhỏ làm tăng tính ổn định của ion bạc trong dung dịch. Tuy nhiên khả năng kháng khuẩn kém ion bạc và do có một số nhược điểm nhất định nên vào những năm 1960 chúng nhanh chóng được thay thế bởi các muối bạc. [11] Muối bạc Bạc nitrat 0,5% đã từng là một dung dịch điển hình và phổ biến nhất để trị các bết bỏng ngoài da. Dung dịch muối bạc thể hiện tính kháng khuẩn cao, ít bị vi sinh vật kháng lại và nó còn có khả năng giảm viêm bề mặt vết thương. Tuy nhiên, dung dịch muối bạc không ổn định, dễ chuyển sang màu xám khi tiếp xúc với ánh sáng. Ở nồng độ lớn hơn 1% dung dịch bạc nitrat có khả năng gây độc với tế bào và các mô; nitrat làm giảm khả năng liền vết thương và khi bị khử thành nitrit sẽ tạo ra các chất oxi hóa gây độc tế bào, giảm khả năng tái tạo tế bào biểu mô. [11] Bạc sulfadiazin Bạc sulfadiazin (tên thương mại: Flammazine, Silvadene) được sử dụng nhiều trong những năm 1970. Bạc nitrat và natri sulfadiazin được phối hợp để tạo thành bạc sulfadiazin sử dụng làm thuốc. Phức hợp này tác dụng lên thành tế bào vi khuẩn. Tác dụng kháng khuẩn là tác dụng hiệp đồng của cả ion bạc và sulfadiazin. Các dạng thuốc phối hợp các sulfamid khác nhau với bạc đã được nghiên cứu thử nhiệm in vitro, kết quả cho thấy bạc sulfadiazin cho tác dụng tốt nhất. Điều này có thể được giải thích là do sự liên kết mạnh của bạc sulfadiazin với DNA của vi sinh vật. Sự đề kháng của vi khuẩn trên dòng sản phẩm này cũng đã được ghi nhận. Sản phẩm có thể làm giảm khả năng tái tạo biểu mô. Độc tính đối với tủy xương của thuốc bạc sulfadiazin chủ yếu là do propylen glycol có trong dạng thuốc gây nên. [11] 11 Tiểu phân nano bạc nguyên tố Hạt nano bạc là các hạt bạc có kích thước từ 1 nm đến 100 nm. Do có diện tích bề mặt lớn nên hạt nano bạc có khả năng kháng khuẩn tốt hơn so với các vật liệu khối do khả năng giải phóng nhiều ion Ag+ hơn. Các hạt nano bạc có hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt. Hiện tượng này tạo nên màu sắc từ vàng nhạt đến đen cho các dung dịch có chứa hạt nano bạc với các màu sắc phụ thuộc vào nồng độ và kích thước hạt nano. [11] Bảng 1.3. Số nguyên tử có trong hạt nano bạc Kích thước hạt nano Ag (nm) Số nguyên tử 1 31 5 3900 20 250000 Tiểu phân nano bạc có nhiều đặc tính sinh học đáng lưu ý như: - Tác dụng diệt khuẩn: Ion bạc có hoạt tính mạnh, dễ dàng liên kết với các protein tích điện âm, RNA, DNA, ion clorid. Đặc tính này đóng vai trò chính trong cơ chế kháng khuẩn của bạc nhưng cũng gây phức tạp khi chúng có thể liên kết với protein trong vết thương. Cơ chế đề kháng là làm giảm tính thấm với bạc và/hoặc tăng cường hoạt động của hệ thống bơm đẩy bạc ra khỏi tế bào. Vì vậy, việc sử dụng bạc thiếu kiểm soát có thể dẫn tới gia tăng khả năng đề kháng của vi khuẩn. Bạc nitrat giải phóng ion bạc ở nồng độ cao nhưng nhanh, nên phải thay miếng băng dán thường xuyên (lên đến 12 lần/ngày). Bạc sulfadiazin cung cấp đủ lượng bạc cần thiết nhưng tác dụng duy trì yếu. Tuy nhiên, so với bạc nitrat, bạc sulfadiazin đã có sự cải thiện đáng kể (chỉ phải thay miếng băng dán 2 lần/ngày). Bạc calci phosphat và bạc clorid giải phóng ion bạc kéo dài nhưng khó đủ nồng độ. Dạng tiểu phân nano bạc có thể coi là dạng lý tưởng nhất để chế tạo băng dán vết thương, vết bỏng nhờ khắc phục được các hạn chế của các dạng bạc nói trên. Tiểu phân nano bạc giải phóng Ag0, dạng này khó bị bất hoạt bởi ion clorid hay chất hữu cơ 12