Fibroin - vật liệu sinh học đầy hứa hẹn
Nhóm các nhà khoa học gồm Phạm Duy Toàn, Lưu Quang Phúc, Nguyễn Ngọc Yến, Lương Huỳnh Vũ Thanh, Trường Đại học Cần Thơ đã thực hiện đề tài nghiên cứu “Chiết xuất fibroin và ứng dụng bào chế hệ vi hạt có khả năng tương thích sinh học từ kén tằm thu hoạch tại Đà Lạt”.
TS Phạm Duy Toàn, trưởng nhóm cho biết, fibroin là một loại protein cấu trúc chính trong sợi tơ tằm, nổi bật với đặc tính bền vững, tương thích sinh học cao, phân hủy được trong cơ thể và có khả năng kiểm soát giải phóng dược chất. Đặc biệt, fibroin đã được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) phê duyệt sử dụng trong y sinh.
Nhờ cấu trúc β-sheet đặc trưng, fibroin không chỉ có độ bền cơ học và hóa học cao, mà còn có thể tự tạo thành các vi hạt hoặc siêu vi hạt mà không cần đến chất xúc tác mạnh. Điều này mở ra tiềm năng lớn cho việc chế tạo các hệ dẫn truyền thuốc, mỹ phẩm hoặc vật liệu tái tạo mô.
Tuy nhiên, thành phần và đặc tính của fibroin có thể thay đổi tùy theo nguồn tơ tằm. Tơ tằm Đà Lạt, một trong những nguồn nguyên liệu nổi tiếng tại Việt Nam, vẫn chưa được nghiên cứu nhiều về mặt này. Nhóm nghiên cứu đã lựa chọn nguồn tơ này để phát triển quy trình chiết xuất và bào chế hệ vi hạt fibroin mang tính ứng dụng cao.
Kén tằm được thu mua từ các hộ nuôi tại Đà Lạt. Bước đầu, nhóm nghiên cứu loại bỏ lớp sericin - loại protein gây dị ứng - bằng cách đun kén trong dung dịch sodium carbonate. Sau đó, sợi tơ sạch được hòa tan trong hỗn hợp muối gồm calcium chloride, calcium nitrate và ethanol để thu được dung dịch fibroin.
Từ 10 gram kén tằm, nhóm thu được 7,3 gram tơ đã loại sericin. Tiếp theo, 5 gram sợi tơ này cho ra khoảng 1,25 gram fibroin - đạt hiệu suất 25,06%.
Fibroin sau đó được bảo quản dưới dạng dung dịch hoặc đông khô thành bột, vẫn giữ ổn định tính chất sau nhiều tháng.
Phân tích phổ hồng ngoại FT-IR xác nhận các nhóm chức đặc trưng của fibroin như -OH, C=O, N-H và C-N vẫn được giữ nguyên, chứng minh quá trình chiết xuất đã thành công.
Từ dung dịch fibroin, nhóm nghiên cứu bào chế hệ vi hạt bằng phương pháp đổi dung môi: cho fibroin tiếp xúc với ethanol, khiến các phân tử protein tự kết tủa thành hạt nhỏ. Tỷ lệ fibroin:ethanol được tối ưu là 1:5. Hiệu suất tạo hạt đạt 65%.
An toàn cho da và mô sống
Phân tích kích thước bằng kỹ thuật tán xạ ánh sáng động cho thấy vi hạt có kích thước trung bình khoảng 0,175 µm, phân bố khá đồng đều trong khoảng 0,1 - 0,3 µm - phù hợp với yêu cầu về hệ dẫn truyền thuốc hoặc mỹ phẩm hiện đại.
Đặc biệt, phổ FT-IR của các vi hạt cho thấy cấu trúc protein vẫn được bảo toàn sau quá trình bào chế, chứng tỏ phương pháp này không làm biến tính fibroin.
Để kiểm tra mức độ an toàn, nhóm nghiên cứu áp dụng phương pháp HET-CAM - một thử nghiệm thay thế trên màng phôi gà, đánh giá phản ứng kích ứng. Cả dung dịch fibroin và hệ vi hạt fibroin đều không gây sưng tấy, xuất huyết hay tổn thương mạch máu, trái ngược với chất đối chứng gây kích ứng mạnh (sodium lauryl sulfate).
Kết quả này cho thấy vật liệu fibroin từ tằm Đà Lạt an toàn với mô sống, phù hợp để ứng dụng trong các sản phẩm tiếp xúc trực tiếp với da hoặc đường tiêu hóa.
Một yếu tố quan trọng khác được kiểm tra là khả năng tồn tại của vi hạt trong môi trường tiêu hóa - điều kiện bắt buộc nếu muốn ứng dụng làm hệ dẫn truyền thuốc đường uống.
Khi thử nghiệm trong dung dịch mô phỏng dịch dạ dày (pH 1,2) và ruột non (pH 6,8), hệ vi hạt fibroin vẫn giữ được đến 99,8% khối lượng ban đầu. Điều này chứng tỏ vi hạt fibroin có khả năng bảo vệ dược chất bên trong khỏi sự phân hủy bởi môi trường axit và enzyme tiêu hóa - một yêu cầu thiết yếu với hệ mang thuốc uống.
Dựa trên các kết quả phân tích độ kết tinh, cấu trúc hóa học và tính ổn định, nhóm nghiên cứu khẳng định vi hạt fibroin từ kén tằm Đà Lạt có chất lượng tốt, hiệu suất cao, dễ bào chế và có tiềm năng ứng dụng lớn. Những đặc điểm như kích thước nhỏ, cấu trúc bền, không gây kích ứng và ổn định trong đường ruột là những tiêu chí lý tưởng cho một hệ chất mang dược chất.
Kết quả nghiên cứu không chỉ mở ra hướng tận dụng nguồn nguyên liệu tơ tằm Việt Nam một cách hiệu quả hơn, mà còn đóng góp vào xu hướng phát triển vật liệu sinh học tự nhiên - bền vững và an toàn.
Trong tương lai, fibroin từ tơ tằm Đà Lạt có thể được ứng dụng để tạo các hệ mang thuốc tiêm hoặc uống, kem dưỡng sinh học, mặt nạ sinh học, hoặc vật liệu trong tái tạo mô, phẫu thuật thẩm mỹ. Ngoài ra, các nghiên cứu tiếp theo có thể hướng đến tải nạp hoạt chất kháng sinh, kháng viêm hoặc tái tạo mô vào vi hạt để phát triển các sản phẩm hoàn chỉnh.
