Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Selenium (Se) là một trong những nguyên tố vi lượng thiết yếu và quan trọng đối với quá trình chuyển hóa dinh dưỡng ở người cũng như động vật. Se là thành phần cấu trúc chính của khoảng 25 hợp chất selenoprotein; selenoprotein bao gồm những enzyme tiêu biểu như iodothyronine deiodinase (GPx), glutathione peroxidase (TRx) và thioredoxin reductase đóng vai trò quan trọng, kích thích hệ miễn dịch thông qua cơ chế không đặc hiệu trong cơ thể người và động vật. Các nghiên cứu gần đây cho thấy, sự thiếu hụt selen trong cơ thể có thể dẫn đến một trong các hội chứng như giảm khả năng sinh trưởng, giảm trương cơ lực, ức chế khả năng miễn dịch của cơ thể, gây tổn thương thần kinh, bệnh tim mạch, hoại tử gan, xơ hóa tụy, giảm sắc tố mô, các dạng ung thư và có thể dẫn đến tử vong. Ngược lại, khi cung cấp đủ hàm lượng Se trong cơ thể (với liều trung bình là khoảng 200 µg) có thể góp phần phục hồi hệ thống miễn dịch cũng như tăng cường khả năng đề kháng của cơ thể chống lại sự nhiễm trùng thông qua quá trình tăng cường hoạt động của hệ bạch cầu và hoạt động của tuyến ức. Nhiều nghiên cứu khác cũng cho thấy việc bổ sung Se vào khẩu phần ăn hàng ngày cũng góp phần tăng cường chất lượng các sản phẩm trứng và sữa ở các loại động vật nuôi. Các sản phẩm từ trứng, sữa giàu Se cũng đã được thương mại rộng rãi trên hơn 20 quốc gia trên thế giới. Tuy nhiên, việc sử dụng selen vô cơ hoặc hữu cơ theo phương pháp truyền thống thường kém hiệu quả và gây độc với người sử dụng. Nguyên nhân là do độc tính của selen vô cơ như sodium selenite cao và khả năng hấp thụ trong cơ thể thấp, do đó giới hạn giữa liều hiệu dụng sinh học và liều gây độc của Se vô cơ và hữu cơ là rất nhỏ. Khi sử dụng Se vô cơ vượt quá 400 µg/ngày thường dẫn đến hiện tượng ngộ độc. Trong khi đó, nano Se đã khắc phục được những nhược điểm này của Se dạng vô cơ và hữu cơ, nano Se không những có khả năng chống oxi hóa mạnh mà còn có hoạt tính sinh học cao hơn nhiều so với các nguồn Se vô cơ (như sodium selenite) hay Se hữu cơ (như selenomethionine). Nano selen còn có ưu điểm vượt trội là độc tính rất thấp, liều hiệu dụng sinh học của chúng nhỏ hơn hàng trăm lần so với giá trị LD₅₀ của các nguồn Se vô cơ hay Se hữu cơ, nên rất an toàn cho người và vật nuôi.

Hiện nay có rất nhiều nghiên cứu về việc chế tạo nano Se nhưng chủ yếu tập trung vào các phương pháp chính bao gồm: phương pháp hóa học sử dụng các chất khử như NaBH₄, hydrazine, v.v. phương pháp vật lý sử dụng nhiệt độ, vi sóng, áp suất, v.v. làm tác nhân khử và phương pháp sinh học sử dụng các tác nhân khử sinh học như vi sinh vật, emzyme hay các hoạt chất có nguồn gốc tự nhiên. Tuy vậy, các phương pháp này đều có nhược điểm là các chất khử còn tồn dư trong sản phẩm sau khi chế tạo, hiệu suất tạo hạt nano thấp, thời gian bảo quản không được lâu, v.v. nên gặp nhiều hạn chế khi triển khai ứng dụng, nhất là trong lĩnh vực làm thực phẩm bảo vệ sức khỏe hay thuốc yêu cầu chất lượng sản phẩm cao. Trong khi đó, phương pháp chiếu xạ là một phương pháp chế tạo hạt nano được công nhận là có nhiều ưu điểm vượt trội như: không sử dụng chất khử nên thân thiện với môi trường và con người, có khả năng sản xuất trên quy mô công nghiệp, sản phẩm có độ tinh khiết cao và dễ dàng điều chỉnh kích thước hạt thông qua sự thay đổi đổi liều và suất liều chiếu xạ. Ngoài ra, trong chế tạo hạt nano luôn yêu cầu phải sử dụng chất ổn định (thường là các polymer sinh học) để tránh sự kết cụm, làm gia tăng kích thước hạt nano trong quá trình hình thành cũng như trong bảo quản chế phẩm sau khi chế tạo. Phương pháp chiếu xạ còn thể hiện ưu điểm nữa là không có sự hạn chế trong việc lựa chọn chất ổn định trong quá trình chế tạo sản phẩm nano.

Bên cạnh đó, β-glucan là một polysaccharide có nguồn gốc từ thành tế bào các loại nấm, vi khuẩn và các loại ngũ cốc nói chung. Trong nhiều năm trở lại đây, β-glucan đã được biết đến và nghiên cứu rộng rãi bởi những hoạt tính sinh học hữu ích như: kích thích đại thực bào, tăng cường miễn dịch, kháng khối u, kháng ung thư, chống lão hóa, kháng viêm, kháng khuẩn, virus, giảm mỡ máu, kích thích tạo máu và chữa lành vết thương, giúp cho quá trình tiêu hóa tốt hơn, làm sạch vi khuẩn gây hại trong hệ tiêu hóa và đảm bảo thực hiện chính xác phản ứng nhu động ruột, làm giảm các vấn đề có liên quan đến tiêu hóa kém như tạo mụn nhọt, viêm ruột và giảm cholesterol huyết thanh và lượng triglyceride. Chính vì vậy, trong quá trình chế tạo nano selen bằng phương pháp chiếu xạ, ngoài đóng vai trò là một hợp chất sinh học bổ sung với nhiều đặc tính vượt trội, β-glucan còn đóng vai trò là một chất ổn định giúp ổn định các hạt nano selen, giảm kích thước hạt nano và chống kết tụ hạt sau quá trình chế tạo.

Mặc dù đã có một số công trình nghiên cứu chế tạo nano selen trong và ngoài nước sử dụng chitosan, oligochitosan, dextran, carboxymethyl cellulose, v.v. làm chất ổn định, nhưng hầu như chưa có công trình nào công bố về việc sử dụng β-glucan làm chất ổn định trong chế tạo nano selen, đặc biệt chế tạo bằng phương pháp bức xạ. Chính vì vậy, việc sử dụng β-glucan tan nước làm chất ổn định trong chế phẩm nano selen hứa hẹn nhiều triển vọng ứng dụng, vì β-glucan nấm men đã được sử dụng rất phổ biến để làm thực phẩm bảo vệ sức khỏe. Hơn nữa, cho đến nay vẫn chưa có chế phẩm nano selen nào được thương mại để sử dụng cho vật nuôi, thủy sản hay cho người được sản xuất và thương mại trong nước, do đó việc nghiên cứu tạo chế phẩm nano selen sử dụng β-glucan làm chất ổn định nhằm đánh giá các hoạt tính sinh học của chúng và hướng tới làm thực phẩm chức năng để tăng cường các hoạt động miễn dịch là rất cần thiết nhằm tăng cường sức đề kháng và hỗ trợ trong điều trị bệnh.

Chính vì vậy, đề tài “Ứng dụng bức xạ chế tạo nano selen ổn định trong β-glucan và xác định khả năng tăng cường miễn dịch của chế phẩm” đã được Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ, Sở Khoa học và Công nghệ TP. Hồ Chí Minh cấp kinh phí thực hiện, Trung tâm Công nghệ TP. Hồ Chí Minh là đơn vị chủ trì và PGS. TS. Lê Quang Luân làm chủ nhiệm.

Sau 24 tháng thực hiện nhóm nghiên cứu đã hoàn thành các nội dung đã đăng ký của đề theo đúng tiến độ và mục tiêu ban đầu đồng thời đạt được đầy đủ các sản phẩm đã đăng ký. Đề tài đã được Hội đồng nghiệm thu đánh giá xuất sắc với các kết quả đạt được cụ thể như sau:
- Đã tách chiết thành công β-glucan từ nấm men bia đồng thời chế tạo thành công β-glucan tan nước có khối lượng phân tử thấp bằng phương pháp chiếu xạ tia gamma Co-60 với hiệu suất cao và có đặc trưng cấu trúc không thay đổi so với β-glucan ban đầu.
- Liều chiếu xạ chuyển hóa bão hòa đối với các mẫu SeNPs/β-glucan có nồng độ Se⁴⁺ ban đầu là 40, 60, 80, 100 và 120 ppm đã được xác định là 4, 6, 8, 10 và 12 kGy.
- Đã xác định được kích thước hạt của dung dịch keo SeNPs/β-glucan lần lượt là 64,79, 71,74; 92,02; 96,71 và 110,1 nm khi chiếu xạ ở liều chiếu xạ chuyển hóa bão hòa của các mẫu SeNPs/β-glucan có nồng độ Se⁴⁺ ban đầu tương ứng là 20, 60, 80, 100 và 120 ppm.
- Điều kiện phù hợp để chế tạo dung dịch keo SeNPs/β-glucan có nồng độ selen đạt 80 ppm và kích thước hạt 92 nm đã xác định được đối với nồng độ chất ổn định β-glucan là 2%, pH ~ 5 và suất liều là 10 kGy/h.
- Kết quả phân tích cấu trúc sản phẩm bằng phương pháp đo tán xạ ánh sáng động (DLS), chụp ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), đo nhiễu xạ tia X và phổ hồng ngoại (FTIR) cho thấy hạt nano selen được ổn định bởi các phân tử β-glucan thông qua các liên kết tỉnh điện giữa các phân tử Se và O- trong phân tử β-glucan (-Se---O-) dưới dạng cấu trúc vỏ-lõi (xem hình 1).