Nano astaxanthin và lợi ích của nó đối với sức khỏe

Là một caroten ban đầu được sử dụng làm chất tạo màu trong ngành nuôi trồng thủy sản, astaxanthin đang thu hút được sự quan tâm trong khoa học thực phẩm, dinh dưỡng và dược phẩm sinh học trong những năm gần đây do đặc tính chống oxy hóa và chống viêm tuyệt vời cũng như ảnh hưởng sức khỏe của nó đối với bệnh tiểu đường, bệnh tim mạch, ung thư. Tuy nhiên, độ ổn định hóa học kém và khả năng hòa tan trong nước khiến các ứng dụng thực tế của astaxanthin đối với sức khỏe con người trở nên khó khăn. Việc nano astaxanthin được coi là một giải pháp khả thi để giải quyết những thách thức như vậy bằng cách cải thiện tính ổn định hóa học và cung cấp khả năng giải phóng có kiểm soát, do đó tăng cường khả năng tiếp cận sinh học và khả dụng sinh học của nó. Trong bài viết này, chúng tôi cung cấp thông tin tổng quan cập nhật về thành phần hóa học, nguồn và phương pháp chiết xuất astaxanthin. Hơn nữa, các nghiên cứu gần đây về ảnh hưởng sức khoẻ của astaxanthin đã được giới thiệu và sau đó là những tiến bộ gần đây trong việc điều chế các hạt nano khác nhau để đóng gói astaxanthin được nhấn mạnh. Bài viết quan điểm này nhằm mục đích cung cấp hướng dẫn về các thiết kế cấu trúc tiềm năng của các hạt nano astaxanthin và ảnh hưởng của việc nano hóa lên chức năng của nó.

(NANOCMM TECHNOLOGY)

Giới thiệu

Astaxanthin (ASTX) là một loại caroten xanthophyll màu đỏ cam được tìm thấy trong nhiều loại vi sinh vật và động vật biển. ASTX chủ yếu được sử dụng làm chất tạo màu trong nuôi trồng thủy sản, nhưng trong những năm gần đây, tác dụng chống oxy hóa mạnh của nó đã thu hút sự quan tâm ngày càng tăng. Các chức năng sinh học đa dạng của ASTX đã được chứng minh trong cả nghiên cứu lâm sàng và thí nghiệm trên động vật đều có liên quan đến đặc tính chống oxy hóa mạnh mẽ của nó. Ngoài ra, ASTX đã được chứng minh là có tác động tích cực đến sức khỏe trong một số lĩnh vực, bao gồm phòng ngừa bệnh tiểu đường, ung thư và rối loạn tim mạch. ASTX có nhiều hứa hẹn và những ứng dụng hấp dẫn trong dinh dưỡng và sức khỏe con người. Việc phát triển các ứng dụng thực tế cho ASTX là một thách thức do một số nhược điểm, bao gồm khả năng hòa tan trong nước hạn chế, độ ổn định hóa học kém và khả dụng sinh học kém. Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách đóng gói ASTX trong các vật liệu phân hủy sinh học tự nhiên hoặc tổng hợp để tạo thành các hạt nano . Việc nano hóa có thể cải thiện đáng kể khả năng tương thích sinh học và khả dụng sinh học của ASTX, cũng như tăng tỷ lệ thâm nhập của nó, kéo dài thời gian lưu giữ và cho phép phân phối theo mục tiêu. Mục đích của tổng quan này là trình bày tổng quan cập nhật về các đặc tính hóa lý và nguồn tự nhiên của ASTX và thảo luận về ảnh hưởng sức khỏe của nó dựa trên các tài liệu gần đây. Nghiên cứu mới nổi về kỹ thuật đóng gói nano để cải thiện tính ổn định hóa lý và sinh khả dụng của nó cũng được nhấn mạnh.

Đặc điểm hóa học và cấu trúc của astaxanthin

Carotenoid bao gồm một họ bao gồm hơn 600 sắc tố . Đặc điểm cấu trúc chính của carotenoids là hydrocarbon gồm 40 nguyên tử carbon chứa hai hệ thống vòng cuối được nối với nhau bằng chuỗi liên kết đôi liên hợp hoặc hệ thống polyene [ 1 ]. Có hai nhóm được quan tâm nhiều nhất là caroten và xanthophylls. Carotenes chỉ bao gồm carbon và hydro, trong khi xanthophylls là dẫn xuất oxy hóa. Nguyên tử oxy có thể hiện diện trong các nhóm OH như trong zeaxanthin hoặc dưới dạng nhóm oxy như trong canthaxanthin hoặc kết hợp cả hai, chẳng hạn như trong astaxanthin [ 1 ]. Hệ thống polyene mang lại cho carotenoid cấu trúc phân tử đặc biệt, tính chất hóa học và đặc tính hấp thụ ánh sáng.

Astaxanthin (3,3′-dihydroxy-β,β′-carotene-4,4′-dione) là thành viên của xanthophyll carotenoids vì nó chứa các nguyên tử carbon, hydro và oxy ( Hình 1 ). ASTX bao gồm hai vòng đầu cuối được nối với nhau bằng chuỗi polyene. Phân tử này có hai nguyên tử cacbon không đối xứng nằm ở vị trí 3, 3’ của vòng β-ionone với nhóm hydroxyl (-OH) ở hai đầu của phân tử [ 2 ]. ASTX có các đặc tính hóa học độc đáo bên cạnh các chức năng sinh lý và trao đổi chất chung do carotenoid dựa trên cấu trúc phân tử của nó. Chuỗi hydrocarbon gồm các liên kết đôi liên hợp trong cấu trúc của phân tử ASTX và các nhóm ketone và hydroxyl không bão hòa ở đầu chuỗi có thể thu hút các electron chưa ghép cặp hoặc cung cấp electron cho các gốc tự do , do đó loại bỏ các gốc tự do và hoạt động như một chất chống oxy hóa.

Hình 1 . A. Cấu trúc hóa học phẳng của Astaxanthin, B. Mô hình cấu trúc phân tử 3D của ASTX. Tất cả các cấu trúc được vẽ bằng phần mềm KingDraw.

Astaxanthin có công thức phân tử C₄₀H₅₂O₄ , khối lượng phân tử là 596,84 g/mol. Astaxanthin có hai chất đồng phân đối ảnh, 3R, 3′R và 3S, 3′S [ 1 ] ( Hình 2 ), cùng với một dạng meso không phổ biến, 3R, 3’S . ASTX tồn tại ở dạng đồng phân lập thể, đồng phân hình học, dạng tự do và dạng este hóa (diester, monoester) và tất cả các dạng này đều được tìm thấy trong các nguồn tự nhiên. Haematococcus sinh tổng hợp đồng phân (3S, 3′S) ( Hình 2 A) trong khi nấm men Xanthophyllomyces dendrorhous (X. dendrorhous) tạo ra đồng phân (3R, 3′R) ( Hình 2 B) [ 3 ]. Đồng phân lập thể ASTX chính được tìm thấy ở loài nhuyễn thể Euphausia superba ở Nam Cực cũng là đồng phân (3R, 3′R) ( Hình 2 B), chủ yếu chứa dạng este hóa [ 2 ]. Điều thú vị cần lưu ý là đồng phân (3S, 3′S) ( Hình 2 A) được tìm thấy ở cá hồi Đại Tây Dương hoang dã chủ yếu tồn tại ở dạng tự do. ASTX được coi là không ổn định và dễ bị oxy hóa. Do đó, nó được tìm thấy trong tự nhiên hoặc được liên hợp với protein (như cơ cá hồi hoặc bộ xương ngoài của tôm hùm) hoặc được ester hóa với một hoặc hai axit béo [ 3 ].

Hình 2 . (A) 3S, 3′S ASTX, (B) 3R, 3′R Astaxanthin. Tất cả các cấu trúc được vẽ bằng phần mềm KingDraw.

Trong cấu trúc phân tử Astaxanthin, mỗi liên kết đôi trong chuỗi polyene có thể tồn tại ở hai cấu hình là đồng phân hình học cis hoặc trans [ 4 ]. Hầu hết các carotenoid được tìm thấy trong tự nhiên chủ yếu là các đồng phân trans [ 1 ]. Astaxanthin tự nhiên hoàn toàn trans dễ dàng được đồng phân hóa thành hỗn hợp cis -trans, đặc biệt là các đồng phân 9-cis và 13-cis không bị cản trở vì lý do không gian, bao gồm nhiệt độ cao, tiếp xúc với ánh sáng hoặc sự hiện diện của axit [ 5 ].

Nguồn astaxanthin

Các đồng phân lập thể (3S, 3′S) và (3R 3′R) là những dạng Astaxanthin phổ biến nhất trong tự nhiên ( Hình 2 ). Các nguồn tự nhiên của Astaxanthin bao gồm tảo, nấm men, cá hồi, cá hồi vân, nhuyễn thể , tôm và tôm càng xanh. Nó cũng được tìm thấy ở một số loài chim, chẳng hạn như chim hồng hạc, chim cút và các loài khác. Astaxanthin thương mại chủ yếu được sản xuất từ ​​nấm men Phaffia , Haematococcus và thông qua quá trình tổng hợp hóa học. Haematococcus pluvialis (H. pluvialis) là một trong những nguồn ASTX tự nhiên tốt nhất [ 6 ]. Ngoài ra, ASTX còn có nhiều trong cua, tôm, tôm hùm, chủ yếu từ các phụ phẩm trong quá trình chế biến. Hàm lượng carotenoid trong vỏ cua và tôm thay đổi từ 119 đến 148 μg/g. Ngoài Astaxanthin, các sản phẩm phụ có thể chứa một lượng nhỏ lutein, zeaxanthin và astacene [ 1 ].

ASTX tổng hợp là một phân tử giống hệt với phân tử có nguồn gốc tự nhiên và nó bao gồm một hỗn hợp theo tỷ lệ 1:2:1 gồm các đồng phân (3S, 3S’), (3R, 3S’) và (3R, 3R), tương ứng [ 1 ]. ASTX được sản xuất tổng hợp từ năm 1990 và do chi phí sản xuất thấp hơn nên hiện nay 95% ASTX trên thế giới được sản xuất tổng hợp [ 7 ]. Các nguồn ASTX tự nhiên chính ở quy mô công nghiệp được sản xuất bởi tảo H. pluvialis và nấm men đỏ X. dendrorhous . Chúng không khó trồng và có nhiều nhà nghiên cứu đang nghiên cứu tối ưu hóa hiệu quả sản xuất và một số công nghệ đã được ứng dụng trong ngành. Các công nghệ sản xuất hiện tại bao gồm các hệ thống canh tác khép kín và mở và đôi khi là sự kết hợp của cả hai. Trong hệ thống mở quy mô lớn, Haematococcus giàu ASTX được đặt trong điều kiện căng thẳng về môi trường và dinh dưỡng sau khi phát triển trong điều kiện tăng trưởng tối ưu với sự kiểm soát cẩn thận độ pH, nhiệt độ và mức độ dinh dưỡng [ 8 ]. Các hệ thống thương mại thúc đẩy sản xuất ASTX bằng cách loại bỏ nitrat và phốt phát, tăng nhiệt độ và ánh sáng hoặc bằng cách bổ sung natri clorua vào môi trường nuôi cấy [ 9 ]. Ngoài ra, các lò phản ứng quang sinh học kèm theo ánh sáng nhân tạo ở Thụy Điển và sự kết hợp giữa các lò phản ứng quang sinh học khép kín và hệ thống nuôi cấy mở ở Hawaii đã được áp dụng thành công để sản xuất vi khuẩn Haematococcus thương mại [ 8 ]. Bất chấp sự sẵn có của các công nghệ được sử dụng rộng rãi, nghiên cứu về tăng cường sản xuất ASTX vẫn tiếp tục. Ví dụ, Mahadi và cộng sự, vào năm 2022, đã sử dụng strigolactone analog rac-GR24, một loại phytohormone, để cải thiện sự phát triển của tế bào bằng khả năng sinh tổng hợp axit béo được tăng cường nhằm sản xuất ASTX ở H. pluvialis [ 10 ]. Một nghiên cứu trước đó đã báo cáo rằng việc sử dụng đèn LED màu đỏ và xanh lam trong quá trình phát triển tế bào vi tảo có thể tăng cường sinh tổng hợp ASTX và tăng đáng kể năng suất sản xuất [ 11 ].

Chiết xuất astaxanthin

ASTX chủ yếu được chiết xuất từ ​​các loài Tảo như H. pluvialis, Phaffia rhodozyma (P. rhodozyma) hoặc giáp xác bao gồm tôm , cua [ 12 ]. ASTX từ nguồn tự nhiên chủ yếu ở dạng este hóa và một phần nhỏ ở dạng tự do. H. pluvialis được công nhận là nguồn ASTX tự nhiên tốt nhất, nhưng có trạng thái este hóa cao hơn và dạng ASTX tự do ít hơn so với các nguồn khác [ 8 ]. Ngoài ra, thành tế bào dày của H. pluvialis khiến việc chiết ASTX gặp khó khăn. ASTX được chiết xuất ở trạng thái este hóa bao gồm chủ yếu là 18 este cacbonyl, phần còn lại bao gồm các dạng phân tử este khác [ 12 ]. Đối với các nguồn tài nguyên khác của ASTX, đã có báo cáo rằng tôm chứa 147,7 mg/kg ASTX (3,95% dạng tự do, 19,72% dạng monoester và 74,29% dạng diester), cua tuyết chứa 119,6 mg/kg ASTX (21,16% dạng tự do, 5,11% dạng monoester và 56,57% dạng diester) [ 13 ], và tôm chứa 153 mg/kg ASTX (40,3% dạng tự do và 49,4% dạng ester) [ 14 ]. Các phương pháp chiết xuất phổ biến nhất của ASTX bao gồm phương pháp dung môi, phương pháp tách dầu, phương pháp thủy phân bằng enzyme và phương pháp chiết chất lỏng siêu tới hạn .

Phương pháp dung môi

Trong phương pháp chiết bằng dung môi ASTX, etanol, axit, axeton, axit sunfuric , hexan, rượu isopropyl, axeton và diclometan là những chất chiết được sử dụng phổ biến [ 12 ]. Trong số các chất chiết được nghiên cứu thì axeton được coi là chất thích hợp nhất. So với các dung môi hữu cơ khác như metanol, etanol, acetonitril, độ thu hồi ASTX chiết bằng axeton là cao nhất (44 ± 1%) [ 15 ]. Khi các tế bào nang có thành dày được chiết xuất bằng 40% axeton ở 80°C trong 2 phút, sau đó xử lý bằng kitalase, cellulase và bột bào ngư axeton , tỷ lệ thu hồi ASTX lên tới 68% đã đạt được [ 16 ]. Ngoài ra, việc chiết xuất carotenoid (chủ yếu là ASTX) từ chất thải tôm bằng dung môi hữu cơ đơn lẻ và dung môi hỗn hợp được so sánh bởi Sachindra và cộng sự, năm 2006, cho thấy hỗn hợp dung môi rượu isopropyl và hexane với tỷ lệ 1:1 có tốc độ chiết xuất là (43,9 ± 0,7, μg/g chất thải) [ 17 ]. Sarada và cộng sự, vào năm 2006, đã phát hiện ra rằng việc xử lý axit clohydric cùng với thời gian và nhiệt độ gia nhiệt thích hợp có thể cải thiện đáng kể khả năng chiết xuất (86%–94%) của ASTX [ 18 ]. Tuy nhiên, axeton và các dung môi hữu cơ khác có nhiệt độ sôi tương đối thấp, đặc tính dễ bay hơi, độc tính trung bình, dẫn đến nguy cơ cao hơn về các vấn đề an toàn vệ sinh thực phẩm trong quá trình chế biến công nghiệp thực phẩm.

Phương pháp chiết xuất dầu

Do đặc tính hòa tan trong dầu của carotenoid nên tốc độ chiết của phương pháp dầu tương đối cao. Tỷ lệ dầu là yếu tố quan trọng ảnh hưởng lớn đến tốc độ khai thác từ tài nguyên thiên nhiên . Chen và cộng sự, vào năm 1982, nhận thấy rằng tốc độ chiết tỷ lệ thuận với tỷ lệ dầu và chất thải cua, và khi tỷ lệ dầu là 1:1 thì việc chiết xuất sắc tố và thu hồi dầu đạt được tối đa [ 19 ]. Hooshmand và cộng sự, vào năm 2017, cũng đã tìm ra phương pháp chiết xuất ASTX được tối ưu hóa bằng cách sử dụng dầu thực vật để chiết chất thải cua với tỷ lệ dầu/chất thải là 5:1 ở 78 °C trong 95 phút (0,372 μg/g) [ 20 ]. Một bài báo được xuất bản gần đây đã so sánh dầu biển (dầu cá) với dầu hướng dương thông thường , đưa ra bằng chứng về khái niệm chứng minh tiềm năng sử dụng dầu cá chiết xuất từ ​​chất thải cá trong quá trình chiết xuất ASTX từ các sản phẩm phụ của tôm [ 21 ]. Ngoài ra, có báo cáo cho rằng hàm lượng nước có tác động đáng kể đến tốc độ chiết xuất, có thể là do hàm lượng nước cao (lên tới 67%) trong chất thải ướt của tôm tạo ra lực cản chuyển khối bằng cách bịt kín các lỗ chân lông, do đó hạn chế tiếp xúc. với dầu cá [ 21 ].

Phương pháp thủy phân bằng enzyme

Carotenoit tự nhiên có trong động vật giáp xác dưới dạng carotenoprotein, một phức hợp protein-sắc tố [ 22 ]. Mặc dù chiết xuất bằng dung môi và dầu có thể chiết xuất ASTX từ tài nguyên thiên nhiên, độ ổn định của ASTX chiết xuất bị ảnh hưởng bởi quá trình xử lý nhiệt cần thiết để loại bỏ dung môi hữu cơ, và do đó các enzyme đã được đưa vào để chiết xuất carotenoprotein để cải thiện độ ổn định của ASTX. Ví dụ, Pattanaik và cộng sự, vào năm 2021, đã sử dụng enzyme papain để chiết xuất carotenoprotein từ chất thải vỏ tôm Kiddi để thử nghiệm cho một loại cá cảnh ăn trong 120 ngày [ 23 ]. Chất thải tôm cũng được cấy vi khuẩn Lactobacillus và sau đó ASTX được chiết xuất bằng hệ thống dung môi hữu cơ [ 24 ]. Một hỗn hợp gồm 4 enzyme thương mại đã được sử dụng để tách phức hợp protein-sắc tố từ chất thải tôm và siêu lọc được sử dụng để tách protein khỏi sắc tố [ 24 ]. Một nghiên cứu khác cho thấy khả năng ứng dụng của việc sử dụng dầu đậu nành (tỷ lệ chiết cao nhất ở tỷ lệ 1:1 (v/w) dầu và chất thải của tôm) để chiết xuất ASTX, sau đó xử lý bằng protease thương mại, Milezyme® 8X, đã cải thiện đáng kể sự gia tăng của ASTX tăng 58% [ 19 ].

Phương pháp chiết chất lỏng siêu tới hạn

Là một công nghệ mới được phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây, công nghệ chiết chất lỏng siêu tới hạn (SCFE) là phương pháp chiết tập trung vào chất lỏng siêu tới hạn (SCF), trạng thái chất lỏng đặc biệt của một chất, dùng để chỉ bất kỳ chất nào ở nhiệt độ và áp suất trên mức tới hạn của nó. điểm, tại đó không tồn tại pha lỏng và pha khí riêng biệt [ 25 ]. Các đặc tính hóa lý như mật độ, độ nhớt và độ khuếch tán của SCF có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi nhiệt độ và áp suất trên điểm tới hạn. Công nghệ SCFE có hiệu quả cao và đã có nhiều nghiên cứu được thực hiện trong những năm gần đây. SCFE cũng là một phương pháp chiết xuất thân thiện với môi trường vì có thể đạt được quá trình chiết không dung môi khi CO 2 hoạt động như một chất lỏng siêu tới hạn [ 12 ]. Đối với SCFE, độ hòa tan của các hợp chất hữu cơ phụ thuộc phần lớn vào sự cân bằng giữa mật độ chất lỏng và áp suất hơi chất tan , cả hai đều được kiểm soát bởi nhiệt độ và áp suất chất lỏng. Sự gia tăng áp suất làm tăng mật độ chất lỏng, có nghĩa là tăng độ hòa tan của các chất hòa tan. Mặt khác, khi nhiệt độ tăng, mật độ chất lỏng giảm nhưng áp suất hơi chất tan tăng. Ví dụ, Wang và cộng sự, vào năm 2012, đã sử dụng CO 2 siêu tới hạn để chiết xuất ASTX từ H. pluvialis bằng dầu hướng dương và tìm thấy điều kiện tối ưu về nhiệt độ ở 65°C và áp suất ở 43,5 MPa, khi bổ sung etanol đồng dung môi. là 2,3 mL/g (L [ 26 ]. Ethanol dung môi đã cải thiện độ phân cực của CO 2 , do đó cải thiện khả năng hòa tan của các phân tử phân cực (L [ 26 ). Tương tự, Sánchez-Camargo và cộng sự, vào năm 2011, đã xử lý đông lạnh Brazil- phụ phẩm tôm hồng sấy khô sử dụng CO 2 siêu tới hạn để chiết xuất ASTX và hiệu suất cao nhất là 20,7 µg/g (chất thải khô) ở 43°C và 37 MPa; 10 wt% ethanol làm dung môi đồng dung môi với CO 2 được sử dụng để chiết xuất ASTX ở 50° C và 30 MPa và thu được 30,8 μg/g (chất thải khô) ASTX [ 27 ]. Tuy nhiên, khi ethanol được sử dụng làm chất chiết, giá thành của SCFE tăng mạnh do nhiệt độ cao và áp suất cao (L [ 26 ] .

Tác dụng sức khỏe của nano astaxanthin

Tác dụng chống oxy hóa nano astaxanthin

Các phân tử oxy hóa có khả năng phản ứng rất cao, chẳng hạn như các gốc tự do và các loại oxy phản ứng (ROS), được tạo ra bởi quá trình trao đổi chất hiếu khí bình thường trong sinh vật để duy trì quá trình sống. Tuy nhiên, số lượng quá lớn các phân tử oxy hóa có thể phản ứng với các thành phần tế bào như protein, lipid và DNA, thông qua phản ứng dây chuyền, gây ra quá trình oxy hóa protein và lipid cũng như tổn thương DNA, có liên quan đến nhiều bệnh khác nhau [ 2 ]. Những hành động có hại do stress oxy hóa gây ra có thể được hạn chế bởi các chất chống oxy hóa nội sinh và ngoại sinh như carotenoids [ 28 ]. Naguib đã so sánh hoạt động chống oxy hóa của các carotenoid khác nhau và ASTX có khả năng phản ứng tương đối cao nhất đối với các gốc peroxyl [ 29 ]. ASTX chứa 13 liên kết đôi liên hợp không bão hòa. Các liên kết đôi liên hợp này chứa các electron chưa ghép cặp và có hiệu ứng điện tử hoạt động. ASTX cung cấp các electron để kết hợp với các gốc tự do tạo thành các chất gây nghiện vô hại, đồng thời dập tắt oxy nhóm đơn, từ đó loại bỏ các gốc tự do và chấm dứt phản ứng dây chuyền của các gốc tự do [ 12 ]. Trong một nghiên cứu in vitro , Chintong và cộng sự, vào năm 2019, đã sử dụng ASTX chiết xuất từ ​​chất thải tôm để thử nghiệm hoạt động chống oxy hóa của nó [ 30 ]. Có báo cáo rằng ASTX đã thực hiện hiệu quả việc loại bỏ gốc tự do 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH), 2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS), loại bỏ β-carotene và khả năng dập tắt oxy nhóm đơn [ 30 ]. Xu và cộng sự, năm 2017, đã điều trị cho chuột ăn nhiều chất béo chia thành 4 nhóm bằng sự kết hợp giữa ASTX và dầu hạt lanh (FO) trong 10 tuần (hòa tan ASTX 1 g/kg trong FO, 4 nhóm: 0% ASTX + FO, 25% ASTX + FO, 50% ASTX + FO, 75% ASTX + FO, tương ứng), nhận thấy rằng phương pháp điều trị này ức chế stress oxy hóa và peroxid hóa lipid ở gan do chế độ ăn nhiều chất béo [ 31 ].

Với nhu cầu oxy lớn nhưng khả năng chống oxy hóa tương đối thấp, tế bào thần kinh có nguy cơ cao bị tổn thương do oxy hóa [ 32 ]. Trong một nghiên cứu gần đây, các nhà nghiên cứu tuyên bố rằng ASTX trong chế độ ăn uống có thể vượt qua hàng rào máu não và tích tụ ở vùng hải mã và vỏ não của não chuột [ 33 ]. Phát hiện này cho thấy khả năng ASTX ngăn ngừa tổn thương chức năng thần kinh khi bị các gốc tự do tấn công. Trong một thử nghiệm trên động vật, người ta đã thiết lập mô hình giảm trọng lượng của chấn thương sọ não trong cơ thể bằng cách sử dụng chuột , phát hiện ra rằng ASTX làm giảm đáng kể sự tổn thương oxy hóa thông qua các con đường truyền tín hiệu khác nhau [ 35 ]. Chuột bị giết vào lúc 24 và 72 giờ do chấn thương sọ não sau khi điều trị ASTX ở 3 mức độ khác nhau bằng dầu ô liu: 25 mg/kg, 75 mg/kg và 150 mg/kg [ 35 ]. Việc điều trị đã làm tăng đáng kể sự biểu hiện của peroxiredoxin 2, yếu tố liên quan đến yếu tố hạt nhân-erythroid 2 và sirtuin 1 (SIRT1), trong khi quá trình phosphoryl hóa kinase 1 và p38 điều hòa tín hiệu apoptosis bị ức chế.

Hoạt động chống viêm nano astaxanthin

Người ta thừa nhận rõ ràng rằng tình trạng viêm dai dẳng góp phần vào cơ chế bệnh sinh của nhiều bệnh, bao gồm ung thư, bệnh tim và xơ vữa động mạch [ 36 ]. Bằng cách phản ứng với các anion superoxide để tạo ra peroxynitrite, oxit nitric (NO) với mức độ nhất định gây độc tế bào gây tổn thương tế bào trong quá trình viêm [ 37 ]. NO synthase cảm ứng (iNOS) là yếu tố chính quyết định việc sản xuất NO của đại thực bào, có thể được kích hoạt bởi nhiều tác nhân khác nhau, bao gồm lipopolysacarit , interferon-gamma và yếu tố hoại tử khối u-α (TNF-α) [ 37 ]. Là một trong những yếu tố phiên mã quan trọng nhất về phản ứng viêm, yếu tố hạt nhân-κB (NF-κB) kiểm soát sự biểu hiện của nhiều gen, chẳng hạn như TNF-α, interleukin-1β, interleukin-6, cyclooxygenase-2 và iNOS [ 38 ].

ASTX có tác dụng chấm dứt tình trạng viêm trong hệ thống sinh học. Một thử nghiệm kéo dài 26 tuần trên chuột đã báo cáo rằng ASTX tự nhiên làm giảm tổn thương gan do asen gây ra, cũng như ức chế phản ứng viêm với asen thông qua con đường NF-κB [ 39 ]. Hai nhóm chuột tiêu thụ ASTX hàng ngày (250 mg/kg khối lượng cơ thể) trong 2 tuần sau khi điều trị 24 tuần bằng natri arsenite [ 39 ]. Có báo cáo rằng ASTX làm giảm đáng kể việc sản xuất các cytokine gây viêm, chẳng hạn như yếu tố hoại tử khối u-α và interleukin-6 trong bạch cầu trung tính được kích thích bằng lipopolysacarit , cải thiện khả năng thực bào và diệt vi khuẩn của bạch cầu trung tính và giảm sản xuất anion superoxide và hydro peroxide [ 40 ]. Một nghiên cứu khác báo cáo sự ức chế tình trạng viêm liên quan đến hen suyễn ở chuột lang bị hen suyễn, sau khi các đối tượng được cho ăn bằng cách kết hợp chiết xuất Ginkgo biloba với ASTX (5–200 mg ASTX mỗi kg trọng lượng cơ thể) và Vitamin C [ 41 ]. Ngoài ra, người ta đã chứng minh rằng tổn thương viêm trong não do microglia hoạt hóa đóng vai trò quan trọng trong chấn thương não sớm sau xuất huyết dưới nhện (SAH) [ 42 ]. Zhang và cộng sự, vào năm 2019, đã thực hiện một thử nghiệm trên động vật nghiên cứu tác dụng của ASTX đối với phản ứng viêm và tổn thương thứ phát sau SAH và các cơ chế hoạt động cơ bản, phát hiện ra rằng phương pháp điều trị bằng ASTX (20 μl/chuột sau 30 phút, 4 giờ, hoặc 8 giờ sau chấn thương và 2,0 μl/chuột ở 30 phút sau SAH) ức chế đáng kể sự kích hoạt thụ thể giống thu phí 4, điều hòa tăng biểu hiện SIRT1, do đó ức chế phản ứng viêm tiếp theo cả in vivo và in vitro [ 43 ].

Hoạt động chống tiểu đường nano astaxanthin

Nói chung, bệnh đái tháo đường có liên quan nhiều đến stress oxy hóa, gây ra bởi tăng đường huyết do rối loạn chức năng của tế bào β tuyến tụy và tổn thương mô, tăng sản xuất gốc tự do hoặc giảm khả năng chống oxy hóa [ 44 ]. Tăng đường huyết mãn tính có thể dẫn đến sự gia tăng ROS và sản xuất các loại nitơ phản ứng bởi ty thể, quá trình tự oxy hóa glucose và bất hoạt enzyme chống oxy hóa , dẫn đến tổn thương mô khác nhau và góp phần gây ra bệnh thần kinh, bệnh thận, bệnh võng mạc và rối loạn mạch máu [ 37 ]. Có báo cáo rằng ASTX có thể làm giảm căng thẳng oxy hóa do tăng đường huyết ở tế bào β tuyến tụy, cải thiện nồng độ glucose và insulin trong huyết thanh, điều đó có nghĩa là ASTX có thể ngăn chặn tế bào β tuyến tụy khỏi nhiễm độc glucose [ 45 ]. Trong một nghiên cứu gần đây, Du và cộng sự, vào năm 2020, đã nghiên cứu sự ức chế α-glucosidase bởi ASTX all-trans [ 46 ]. Người ta đã chứng minh rằng ASTX all-trans hoạt động như một chất ức chế cạnh tranh, chiếm không gian của túi hoạt động để ngăn cơ chất liên kết với α-glucosidase [ 46 ]. Trong một nghiên cứu khác, Nakano và cộng sự, vào năm 2008, đã so sánh tác dụng của ASTX kết hợp với các chất chống oxy hóa khác như axit ascorbic và α-tocopherol chống lại tổn thương oxy hóa ở chuột mắc bệnh tiểu đường do streptozotocin gây ra và phát hiện ra rằng sự kết hợp của ASTX (0,1 g/ kg ASTX trong chế độ ăn, trong 20 tuần) với α-tocopherol có thể ức chế căng thẳng oxy hóa do bệnh tiểu đường gây ra để cải thiện tổn thương oxy hóa [ 47 ]. Một số nghiên cứu khác cho thấy ASTX có thể ngăn ngừa sự tiến triển của bệnh thận do tiểu đường bằng cách giảm căng thẳng oxy hóa trên thận và ngăn ngừa tế bào thận bị tổn thương [ 48 ], điều chỉnh căng thẳng oxy hóa, viêm và apoptosis trong các tế bào biểu mô ống lượn gần được điều trị bằng glucose cao [ 49 ], và loại bỏ ROS trong ty thể của tế bào trung mô [ 50 ].

Hoạt động chống ung thư nano astaxanthin

ROS như superoxide, hydrogen peroxide và gốc hydroxyl được tạo ra trong quá trình trao đổi chất hiếu khí bình thường góp phần gây ra các bệnh lão hóa và thoái hóa như ung thư và xơ vữa động mạch thông qua quá trình oxy hóa DNA, protein và lipid [ 51 ]. Một nghiên cứu in vitro về tác dụng của ASTX chống lại ung thư vú đã báo cáo sự giảm đáng kể tỷ lệ tăng sinh và ức chế sự di chuyển của tế bào ung thư [ 52 ]. Sự giao tiếp giữa tế bào và tế bào thông qua các điểm nối bị thiếu trong các khối u ở người, do đó việc phục hồi giao tiếp này làm giảm sự tăng sinh tế bào khối u (W [ 53 ). Các dẫn xuất của Canthaxanthin và ASTX đã được báo cáo là có tác dụng tăng cường sự giao tiếp giữa các điểm nối giữa các nguyên bào sợi phôi chuột và các tế bào nguyên bào sợi sơ cấp ở da người. [ 54 ]. Ngoài ra, Jyonouchi và cộng sự, vào năm 2000, đã phát hiện ra rằng ASTX có thể ngăn chặn sự phát triển của tế bào sarcoma xơ và kích thích khả năng miễn dịch chống lại các kháng nguyên khối u , cho thấy rằng ASTX có thể phát huy hoạt động chống khối u thông qua việc tăng cường các phản ứng miễn dịch [ 55 ].

Xơ hóa gan là sự tích tụ quá mức các protein ma trận ngoại bào dẫn đến xơ gan, là nguyên nhân chính gây ung thư biểu mô tế bào gan. Chức năng chính của tế bào gan hình sao không hoạt động (HSC) là lưu trữ vitamin A và duy trì chất nền ngoại bào ở gan khỏe mạnh và việc kích hoạt HSC thường được kích hoạt do tổn thương gan [ 56 ]. HSC được kích hoạt đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của bệnh xơ gan bằng cách tiết ra các cytokine bao gồm yếu tố tăng trưởng có nguồn gốc từ tiểu cầu và yếu tố tăng trưởng biến đổi β (TGF-β), tạo điều kiện cho sự biệt hóa và tăng sinh của HSC, ức chế sự thoái hóa của protein ma trận ngoại bào , đặc biệt là collagen, và kích hoạt quá trình sinh tổng hợp của nó [ 57 ]. Yang và cộng sự, vào năm 2015, đã phát hiện ra rằng ASTX ức chế sự tích tụ ROS và sự biểu hiện của gen gây xơ do TGFβ1 gây ra trong tế bào LX-2, một dòng tế bào HSC bất tử của con người [ 58 ]. Yang và cộng sự, vào năm 2016, cũng phát hiện ra rằng ASTX đã ngăn chặn việc kích hoạt HSC và đảo ngược HSC về trạng thái không hoạt động [ 59 ].

Phòng ngừa các bệnh tim mạch

Bệnh tim mạch (CVD) là nguyên nhân gây tử vong phổ biến nhất trên toàn thế giới. Là một trong những yếu tố nguy cơ của bệnh tim mạch, hội chứng chuyển hóa là một tập hợp các tình trạng sinh lý bao gồm rối loạn lipid máu , tăng huyết áp, béo phì, suy giảm dung nạp glucose và rối loạn chức năng chuyển hóa glucose, đồng thời làm tăng nguy cơ mắc bệnh tim mạch [ 60 ]. Căng thẳng oxy hóa có liên quan đến sự phát triển của CVD, dẫn đến quá trình oxy hóa lipid không bão hòa trong lipoprotein mật độ thấp (LDL) và cholesterol [ 37 ]. Các oxit được tạo ra có thể lắng đọng trên thành mạch máu gây xơ vữa động mạch [ 2 ]. Li và cộng sự, vào năm 2004, đã phát hiện ra rằng ASTX làm giảm đáng kể sự xâm nhập của đại thực bào vào các tổn thương và giảm sự xuất hiện của apoptosis đại thực bào và vỡ mảng bám, cho thấy ASTX có thể cải thiện sự ổn định của mảng bám trong môi trường xơ vữa động mạch bằng cách tăng adiponectin [ 61 ]. Trong một nghiên cứu khác về đánh giá tác động lên hoạt động của paraoxonase, thioredoxin reductase, các thông số stress oxy hóa và đặc tính lipid ở thỏ bị tăng cholesterol máu, ASTX đã ngăn chặn hoạt động của các enzyme này khỏi quá trình oxy hóa protein do tăng cholesterol máu gây ra ở liều 100 mg và 500 mg/100 g trong một nghiên cứu khác. Dùng thử 60 ngày [ 62 ].

Tác dụng lên hệ vi sinh vật đường ruột

Hệ vi sinh vật đường ruột, như một phần không thể thiếu của cơ thể con người, là một hệ sinh thái bao gồm tới 5000 loài, có tác động đến nhiều loại chức năng trao đổi chất và sinh học. Nó có thể được điều chỉnh bởi các yếu tố khác nhau như gen chủ, chế độ ăn uống, lối sống và thuốc. Rối loạn sinh học là sự mất cân bằng trong cân bằng nội môi của hệ vi sinh vật đường ruột , có thể góp phần gây ra tình trạng viêm và rối loạn chuyển hóa bao gồm béo phì, tiểu đường, ung thư, v.v. [ 63 ]. Tác dụng tích cực của ASTX đối với hệ vi sinh vật đường ruột ở các điều kiện khác nhau đã được báo cáo trong những năm gần đây. Ví dụ: [ 64 ]; đã đánh giá tác động của ASTX đối với thành phần của hệ vi sinh vật đường ruột, cũng như các tổn thương gan do ethanol và kiểu hình bệnh gan nhiễm mỡ do rượu ở mô hình chuột được cho ăn ethanol [ 65 ]. Sau 12 tuần, ASTX (50 mg/kg trọng lượng cơ thể) đã được chứng minh là đảo ngược đáng kể ảnh hưởng nghiêm trọng đến cấu trúc và thành phần của hệ vi sinh vật đường ruột được tạo ra bởi chế độ ăn nhiều chất béo cộng với ethanol [ 65 ]. Tương tự, trong một nghiên cứu khác về tác dụng của (3R,3′R)-ASTX ( Hình 2 B) từ X. dendrorhous lên chuyển hóa lipid và hệ vi sinh vật đường ruột ở chuột được nuôi bằng chế độ ăn nhiều chất béo, ASTX đã tối ưu hóa tỷ lệ Bacteroides tới Firmicutes và tăng hàm lượng Verrucomicrobia , đặc biệt là Akkermansia [ 66 ]. Những con chuột được chia thành 8 nhóm và 4 trong số chúng nhận được chế độ ăn ASTX hoặc X. dendrorhous (ASTX 0,005%, ASTX 0,01%, X. dendrorhous 10% w/w, X. dendrorhous 20% w/w, tương ứng) trong 8 tuần [ 66 ]. Tỷ lệ giữa Bacteroides và Firmicutes đóng vai trò chính trong sự thay đổi trọng lượng cơ thể vì nó ảnh hưởng đến sự hấp thụ calo trong thức ăn của cơ thể và Akkermansia là một loại men vi sinh [ 66 ]. Việc cung cấp ASTX qua đường miệng nhắm vào hệ vi sinh vật đường ruột phải đối mặt với những thách thức như khả năng hòa tan trong nước kém và độ ổn định trong đường tiêu hóa (GI). Đóng gói nano là một giải pháp khả thi do tính ổn định của nó ở đường tiêu hóa trên và khả năng giải phóng thuốc có thể kiểm soát được. Các hạt nano DNA/chitosan được nạp ASTX (hàm lượng ASTX 0,48 mg/mL, trong 4 tuần) cho thấy sự ổn định tiêu hóa trong chất lỏng GI mô phỏng và sự ổn định enzyme khi có mặt của pepsin hoặc trypsin [ 67 ]. Nhiều loại hạt nano được chế tạo bằng các vật liệu sinh học khác nhau (cụ thể là polysacarit , protein và lipid) sẽ được thảo luận trong phần tiếp theo.

Độc tính của astaxanthin

Ít độc tính toàn thân ở liều thấp ASTX từ các nguồn tự nhiên và tổng hợp đã được báo cáo. Trong một nghiên cứu kéo dài một năm ở chuột, các dấu hiệu ngộ độc nhẹ được tìm thấy dưới dạng thay đổi về hóa học lâm sàng bao gồm tăng cholesterol huyết thanh, bilirubin ở liều hàng ngày từ 125 mg/kg thể trọng/ngày trở lên. Ngoài ra, trong các nghiên cứu suốt đời ở chuột cống, chế phẩm dạng hạt với 8% ASTX không gây ung thư [ 68 , 69 ]. Một nghiên cứu khác báo cáo rằng chế độ ăn của chuột tiếp xúc với sinh khối vi tảo giàu ASTX trong 90 ngày không có tác dụng phụ đáng kể về mặt sinh học đối với một loạt các thông số liên quan đến sức khỏe [ 70 ]. Kết quả tương tự đã được báo cáo bởi một nghiên cứu khác điều trị chuột bằng chất tổng hợp (3S, 3′S)-ASTX trong 13 tuần [ 71 ]. Cả hai nghiên cứu đều báo cáo sự thay đổi màu sắc của phân hoặc chất chứa trong đường tiêu hóa, có liên quan đến hiệu ứng tạo màu của ASTX.

Phương pháp đóng gói nano astaxanthin

Là một caroten có hoạt tính chống oxy hóa cao hơn nhiều so với các loại khác, nhu cầu về ASTX như một hợp chất hoạt động trong thực phẩm chức năng, dược phẩm dinh dưỡng và thực phẩm bổ sung có tác dụng tăng cường sức khỏe đang tăng nhanh trên thị trường hiện nay. Tuy nhiên, độ hòa tan trong nước cực thấp, khả năng tiếp cận sinh học qua đường uống kém và khả dụng sinh học thấp của ASTX là những trở ngại cho các ứng dụng thực tế của ASTX. Hơn nữa, ASTX có độ ổn định hóa học tương đối kém, đặc biệt là trong quá trình chế biến và bảo quản [ 72 ]. Do cấu trúc phân tử không bão hòa, ASTX dễ bị phân hủy trong dung dịch axit và kiềm, oxit, dưới ánh sáng và nhiệt UV [ 73 ]. Do đó, nhiều loại hạt nano dựa trên các cấu trúc khác nhau đã được nghiên cứu để đóng gói nano astaxanthin nhằm tăng cường khả năng hòa tan trong nước, tính ổn định, khả năng tiếp cận sinh học, khả dụng sinh học và các hoạt động sinh học của nó.

Các hạt nano dựa trên polysacarit

Polysacarit bao gồm các monosacarit được liên kết với nhau thông qua liên kết glycosid, tạo thành cấu trúc chuỗi tuyến tính hoặc phân nhánh. Chúng rất giàu các nhóm chức khác nhau, tất cả đều tương tác với các hợp chất hoạt tính sinh học nhằm mục đích đóng gói, bao gồm các nhóm carboxylic, amin, hydroxyl và sulfate [ 74 ]. Ví dụ, chitosan, một polysaccharide cation tuyến tính bao gồm d-glucosamine liên kết với β-(1–4) và N-acetyl-d-glucose-amine [ 75 ]. Là một polyme cation tự nhiên có khả năng phân hủy sinh học chủ yếu được chiết xuất từ ​​chitin giáp xác bằng phương pháp khử acetyl trong kiềm, chitosan có khả năng phân hủy sinh học, tương thích sinh học, an toàn cho người sử dụng và là loại polysacarit được nghiên cứu rộng rãi nhất để phân phối thuốc qua đường uống. Do đặc tính điện tích cation của nó trong dung dịch axit, các hạt nano chitosan có thể được điều chế bằng phương pháp tạo gel ion, thông qua tương tác tĩnh điện với các anion tích điện trái dấu, cũng như tạo phức polyelectrolyte với các đại phân tử polyanion khác [ 76 ]. Có nhiều phương pháp khác nhau để thay đổi cấu trúc của chitosan. Tuy nhiên, an toàn thực phẩm cần phải được ưu tiên hàng đầu trong quá trình biến đổi hóa học các chất mang nano dựa trên polysacarit cho các ứng dụng phân phối chất dinh dưỡng. Độ hòa tan trong nước, độ ổn định, khả năng hấp thụ trong cơ thể con người và hoạt động sinh học của các hợp chất kỵ nước như ASTX được tăng cường đáng kể khi được bao bọc trong các hạt nano polyme làm từ các polyme phân hủy sinh học tự nhiên như polysaccharide [ 77 ]. Ví dụ, một nghiên cứu gần đây đã chứng minh rằng Hu và cộng sự, vào năm 2020, đã chế tạo thành công các hạt nano phức hợp ternary caseinate-chitosan-dextran [ 78 ]. Như được hiển thị trong Hình 3 , các hạt nano được chế tạo bằng cách sử dụng liên hợp axit stearic-chitosan và natri caseinat thông qua quá trình tạo gel ion, cũng như cấu trúc nano của nó được liên kết ngang bằng cách sử dụng dextran oxy hóa thông qua phản ứng bazơ Schiff [ 78 ]. Các hạt nano được nạp nano astaxanthin cho thấy khả năng loại bỏ gốc ABTS cao hơn trong pha nước so với ATS tự do, cũng như hoạt động chống xơ hóa tăng lên đáng kể trong các tế bào LX-2 được sử dụng làm mô hình tế bào HSC [ 78 ]. Sorasitthiyanukarn và cộng sự, vào năm 2022, đã chế tạo các hạt nano chitosan oligosacarit/alginate được nạp ASTX bằng cách nhũ hóa dầu trong nước, sau đó là tạo gel ionotropic, cho thấy độ ổn định bảo quản tốt hơn ở 4°C trong 60 ngày và tăng cường độ ổn định, khả năng tiếp cận sinh học, khả dụng sinh học và hoạt động chống oxy hóa [ 73]. Tốc độ giải phóng nano astaxanthin trong hạt nano cao hơn (63% trong 36 giờ) ở giá trị pH thấp hơn (1,2) so với môi trường trung tính hoặc kiềm trong nghiên cứu giải phóng trong ống nghiệm. Một nghiên cứu khác sử dụng chitosan và DNA tinh trùng cá hồi để chế tạo hệ thống mang nano phân tán trong nước cho nano astaxanthin, chứng minh khả năng hòa tan trong nước và tính ổn định, nâng cao hiệu quả hấp thu tế bào và khả năng chống oxy hóa [ 79 ]. Với khả năng sống sót của tế bào là 61,9% so với 59,9% của vitamin C và ASTX tự do là 51,3%, hệ keo DNA/chitosan (ADC) nạp nano astaxanthin cho thấy tác dụng bảo vệ tế bào rõ ràng chống lại tổn thương tế bào oxy hóa do H₂O_{2 gây ra trong tế bào Caco-2.} Ở cùng nồng độ ASTX (3,35 nM), hạt nano ADC thể hiện hiệu suất thu gom ROS là 54,3%, cao gấp hai lần so với ASTX tự do (26,8%). Vitamin C cho thấy hiệu quả loại bỏ ROS tương đương với ASTX tự do ở nồng độ mol cao hơn nhiều (10,58 nM) [ 79 ]. Kim và cộng sự, vào năm 2022 đã sử dụng phương pháp tạo gel ion để điều chế các hạt nano chitosan-tripolyphosphate nhằm bao bọc nano astaxanthin, cải thiện hoạt động chống oxy hóa trong cả mô hình in vitro và in vivo [ 80 ].

Hình 3 . Liên hợp axit stearic-chitosan (SA-CS), natri caseinat (NaCaS), dextran oxy hóa (Odex), astaxanthin (ASTX). Cơ chế đề xuất của các hạt nano phức hợp ternary caseinate-chitosan-dextran .

In lại và chuyển thể từ Ref. [ 78 ] với sự cho phép của Elsevier.

Các hạt nano dựa trên lipid

Chất mang gốc lipid được tổng hợp từ lipid ăn được, chất nhũ hóa và/hoặc chất hoạt động bề mặt, do đó có chức năng tuyệt vời trong việc bao bọc các hợp chất hoạt tính kỵ nước. Với tính sẵn có sinh lý và đặc tính kỵ nước, lipid là vật liệu tương thích sinh học và phù hợp để vận chuyển các hoạt chất sinh học hòa tan trong nước kém để cung cấp qua đường miệng [ 74 ]. Lipid phân cực, đặc biệt là phospholipid , là các hợp chất hoạt động bề mặt và tương thích sinh học tốt cũng như là chất mang thích hợp để ổn định, bảo vệ và giải phóng có kiểm soát các hợp chất hoạt động [ 75 ]. Các hạt nano dựa trên lipid, chẳng hạn như nhũ tương nano và hạt nano lipid rắn (SLN), nhận được nhiều sự chú ý khi phân phối ASTX do khả năng tương thích sinh học tuyệt vời, khả năng phân hủy sinh học, độc tính thấp và phù hợp để phân phối các hợp chất lipophilic, trong khi liposome không được nghiên cứu rộng rãi cho mục đích này do quá trình tổng hợp phức tạp, giá thành cao và độ ổn định kém. Thách thức lớn của việc chuẩn bị các vật liệu nano dựa trên lipid là độ nhạy cao của chúng với sự thay đổi độ pH và nhiệt độ. Khalid và cộng sự, vào năm 2017, đã sử dụng phospholipid biến đổi bằng enzyme, lecithin biến đổi và natri caseinat để điều chế nhũ tương nano O/W nạp nano astaxanthin thông qua phương pháp đồng nhất hóa áp suất cao và đánh giá độ ổn định hóa lý [ 81 ]. Tuy nhiên, độ ổn định hóa lý của nhũ tương nano astaxanthin phụ thuộc rất nhiều vào các áp lực môi trường khác nhau và bản chất của chất nhũ hóa [ 81 ]. Một nghiên cứu khác đã điều chế thành công nano astaxanthin được bao bọc trong liposome có đường kính từ 192 đến 282 nm và đánh giá hoạt động chống oxy hóa [ 82 ]. SLN được giới thiệu vào đầu những năm 1990 và được thiết kế để kết hợp các ưu điểm của hạt polyme, liposome và nhũ tương [ 83 ]. SLN là các nhũ tương nano/vi lượng O/W trong đó pha lipid được kết tinh hoàn toàn và có cấu trúc tinh thể có trật tự cao ở nhiệt độ phòng/cơ thể. Một nghiên cứu gần đây đã đề xuất một chiến lược điều chế mới, chế tạo các hạt nano lai lipid-polymer rắn (SLPN) cho thấy độ ổn định GI tuyệt vời và tăng cường hoạt động chống oxy hóa khi được nạp nano astaxanthin sau khi tối ưu hóa [ 84 ]. Việc điều chế SLPN đạt được bằng cách liên hợp tại chỗ giữa dextran bị oxy hóa và albumin huyết thanh bò . Sau đó, trọng lượng phân tử khác nhau của dextran, nhiệt độ liên hợp và thời gian đã được nghiên cứu và tối ưu hóa [ 84 ]. Những thiếu sót chính của SLN là khả năng nạp thuốc thấp và trục xuất thuốc sau quá trình chuyển đổi đa hình của lõi lipid [ 85]. Chất mang lipid có cấu trúc nano (NLC) là SLN biến đổi trong đó pha lipid bao gồm hỗn hợp tương thích sinh học của lipid rắn và lỏng [ 86 ]. NLC có cấu trúc rắn vô định hình hoặc cấu trúc tinh thể ít trật tự hơn, không kết tinh hoàn toàn. Khi thuốc được hòa tan trong dầu và đồng thời được bao bọc trong lipid rắn, việc kết hợp dầu vào lõi của lipid rắn dẫn đến khả năng tải cao hơn và giải phóng thuốc có thể kiểm soát được [ 87 ].

Ngoài ra, còn có một số nghiên cứu khác cho thấy các hạt nano gốc lipid nạp nano astaxanthin có tác dụng tiềm tàng đối với sức khỏe. Tamjidi và cộng sự, vào năm 2014, đã thiết kế các hạt nano dựa trên axit oleic và glyceryl behenate (OA-GB) với kích thước từ 85,1 đến 138,3 nm để bao bọc nano astaxanthin, cho thấy độ ổn định hóa học tốt hơn [ 88 ]. Santonocito và cộng sự, vào năm 2012, đã sử dụng axit stearic để tạo ra các hạt nano lipid tàng hình được nạp nano astaxanthin (ASTX-SSLN) và báo cáo rằng các hạt nano này cung cấp nano astaxanthin trong hệ thần kinh trung ương , có thể được sử dụng làm chất mang tiềm năng để điều trị Bệnh Alzheimer [ 89 ]. Trong một nghiên cứu khác, các hạt nano lai lipid-polymer (LPN) đã được thiết lập để nạp ASTX và tác dụng bảo vệ tai đã được đánh giá [ 90 ]. Người ta phát hiện ra rằng ASTX-LPN làm giảm biểu hiện của protein tiền apoptotic (caspase 3/9 và cytochrome-c) và tăng biểu hiện của protein chống apoptotic Bcl-2 [ 90 ].

Các hạt nano dựa trên protein

Protein thường được coi là nguyên liệu an toàn và có tầm quan trọng dinh dưỡng cao. Protein có chức năng tuyệt vời là tạo màng, tạo gel, nhũ hóa tạo bọt và khả năng giữ nước [ 75 ]. Chúng được công nhận là chất mang hiệu quả các hợp chất hoạt tính sinh học, chất béo, dầu, axit béo và hương vị (L [ 91 ). Tuy nhiên, thực tế là hầu hết các protein đều có khả năng tiêu hóa cao trong đường tiêu hóa khiến việc thiết kế một cấu trúc ổn định để mang các hoạt chất sinh học trở nên khó khăn. Ngoài ra, cấu trúc bậc hai và bậc ba có thể dễ dàng bị ảnh hưởng bởi các điều kiện môi trường khắc nghiệt, chẳng hạn như nhiệt độ cao và áp suất thẩm thấu , gây ra hiện tượng giãn nở và biến tính cấu trúc protein trong quá trình sản xuất hạt nano [ 74 ]. hầu hết các protein động vật phổ biến được sử dụng trong quá trình đóng gói là whey protein , casein, gelatin và collagen, trong khi các protein có nguồn gốc từ thực vật là protein đậu nành , zein và gliadin [ 92 ].

Whey protein có chức năng sinh học vượt trội, đặc biệt là đặc tính tạo gel và nhũ hóa. β-lactoglobulin và α-lactalbumin là những protein whey phổ biến nhất, đã được nghiên cứu rộng rãi cho mục đích đóng gói [ 75 ]. Zanoni và cộng sự, vào năm 2019, đã sử dụng whey protein cô đặc , một sản phẩm phụ có giá trị gia tăng của chuỗi sản xuất phô mai, làm chất mang để sản xuất các hạt nano astaxanthin phân tán trong nước [ 93 ]. Các hạt nano cho thấy tác dụng bảo vệ dưới bức xạ UV, quá trình oxy hóa do Fe(III) và xử lý nhiệt. Tuy nhiên, các hạt nano được phát hiện là không ổn định dưới độ pH từ 3,5 đến 5,5, tương ứng với điểm đẳng điện trung bình của whey protein. Trong quá trình tiêu hóa mô phỏng in vitro, sự giải phóng nano astaxanthin từ các hạt nano đạt khoảng 76% sau quá trình tiêu hóa mô phỏng ở ruột trong 2 giờ và 86% sau 3 giờ, và dạng ASTX chính được chuyển thành ASTX tự do (75%) sau 2 giờ . Trong một nghiên cứu khác, [ 35 ]; đã sử dụng cả phương pháp gia nhiệt ướt truyền thống và siêu âm để điều chế các sản phẩm phản ứng Maillard (MRP) của whey protein và kẹo cao su hạt lanh, cho thấy các đặc tính chức năng nâng cao như độ hòa tan, hoạt tính chống oxy hóa và khả năng nhũ hóa [ 35 ]. Sau đó, MRP được sử dụng để điều chế gel nhũ tương chứa nano astaxanthin cho thấy khả năng đóng gói được tăng cường và giải phóng ASTX theo từng vị trí cụ thể ( Hình 4 ). TWP-FG và UWP-FG cho thấy khả năng giữ nước cao hơn WP và WP-FG, cho thấy cấu trúc mạng ba chiều ổn định hơn. Gel nhũ tương cho thấy ít bị phân hủy qua đường miệng ( khả năng tiêu hóa 2% ASTX trong nước bọt) và khả năng kháng pepsinolysis. Người ta đưa ra giả thuyết rằng phương pháp điều trị ghép và siêu âm đã giúp tăng khả năng tiếp cận sinh học của ASTX và giảm quá trình tiêu hóa cũng như phân hủy của nó trong gel nhũ tương. C. Liu và cộng sự, vào năm 2018, đã điều chế thành công β-lactoglobulin được nạp nano astaxanthin với các phức hợp nano được phủ chitosan oligosacarit (khoảng 40 và 60 nm) [ 65 ]. So với ASTX tự nhiên, các phức hợp nano duy trì hoạt tính nhặt gốc hydroxyl của ASTX khi xử lý bằng axit, nhiệt độ cao và bức xạ cực tím. Việc đóng gói có thể giúp giải phóng  kéo dài trong nước ép GI mô phỏng. Chen và cộng sự, vào năm 2021, đã sử dụng liên hợp protein whey phân lập (WPI)-dextran (DX) được biến đổi triphenylphosphonium bromide (TPP) bằng phương pháp tự lắp ráp để chuẩn bị các vật liệu mang nano astaxanthin mới (193,64 nm) cho việc phân phối nhắm mục tiêu ty thể ASTX [ 94 ] . Các chất mang nano cho thấy sự ổn định tốt trong dịch máu được kích thích, làm giảm đáng kể việc tạo ra ROS được tạo ra từ hydrogen peroxide, bảo vệ mức bình thường của màng ty thể tiềm năng và thúc đẩy mạnh mẽ sức sống của các tế bào ung thư bạch cầu trong tế bào đại thực bào chuột (RAW 264.7).

Hình 4 . Whey protein (WP), gôm hạt lanh (FG), WP-FG được xử lý bằng phương pháp làm nóng ướt có sự hỗ trợ của siêu âm (UWP-FG), phương pháp làm nóng ướt không được điều chế bằng sóng siêu âm WP-FG (TWP-FG). Khả năng giữ nước (A), Hiệu suất tải và khả năng tải (B), Tốc độ giải phóng ASTX (C) và nitơ hòa tan TCA (D) của gel nhũ tương được ổn định bằng hỗn hợp WP, WP-FG, TWP-FG và UWP- FG. Các chữ cái khác nhau trong cùng một cột biểu thị sự khác biệt có ý nghĩa (p < 0,05).

Kết luận

Nano astaxanthin là một carotenoid được tìm thấy rộng rãi trong các sản phẩm biển. Có những phương pháp sản xuất và chiết xuất hàng loạt nano astaxanthin đã được chứng minh rõ ràng. Do đặc tính chống oxy hóa mạnh mẽ, nano astaxanthin đã được chứng minh là có hiệu quả trong cuộc chiến chống lại nhiều bệnh tật ở người. Việc sử dụng khoa học và công nghệ nano đã chứng kiến ​​một sự đột biến lớn trong hai thập kỷ qua. Dựa trên các vật liệu tự nhiên và có khả năng phân hủy sinh học, bao gồm polysacarit, protein và lipid, các hạt nano làm hệ thống phân phối đã được chứng minh là một lựa chọn đầy hứa hẹn, khả thi và an toàn để đóng gói và giải phóng có kiểm soát các loại thuốc và hợp chất hoạt tính sinh học khác nhau . ASTX đã được nghiên cứu để tương thích với nhiều phương pháp đóng gói nano. Tuy nhiên, việc chế tạo các hạt nano chứa nano astaxanthin này thường phức tạp và tốn kém để đạt được kích thước hạt trung bình và các đặc tính hóa lý mong muốn. Do đó, vẫn còn một chặng đường dài trước khi đưa công nghệ đóng gói nano astaxanthin vào sản xuất thực tế.

Nguồn tham khảo Health benefits of astaxanthin and its encapsulation for improving bioavailability: A review
Beifang Li, Ji-Young Lee, Yangchao Luo