Chitosan tăng hiệu quả điều trị bệnh nấm ngoài da của Nano bạc

Hoạt tính kháng nấm là một đặc tính độc đáo của Chitosan đã được sử dụng từ lâu đời. Khi kết hợp với Nano bạc, hoạt tính kháng nấm của Chitosan được tăng cường cho thấy hiệu quả trong phòng và điều trị các nhiễm trùng ngoài da.

Thông tin sơ lược về chitosan

Chitosan là một hợp chất polysaccharide tự nhiên được cấu tạo từ các đơn vị N -glucosamine và N -acetylglucosamine qua liên kết bởi β -1,4 glycoside. Chitosan đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất dược phẩm, thực phẩm và mỹ phẩm nhờ hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm cũng như khả năng tăng tái tạo tế bào.

Chitosan là sản phẩm của phản ứng deacetyl hóa chitin. Chitin là thành phần chính của bộ xương cứng bên ngoài của côn trùng và động vật giáp xác như tôm, cua và tôm hùm, thành tế bào của nấm thật và của một số loài tảo. Ngày nay Chitosan được sản xuất chính từ nguồn chitin lấy từ các loài giáp xác biển (chủ yếu là tôm) bằng phương pháp tổng hợp hóa học hoặc sử dụng enzym. 

• Tổng hợp Chitosan bằng phương pháp hóa học: Acid được sử dụng để khử khoáng bộ xương ngoài của giáp xác và NaOH để loại bỏ protein khỏi vỏ khử khoáng. Sau đó dùng base mạnh deacetylase chitin và tạo ra chitosan.
• Tổng hợp Chitosan bằng phương pháp enzym: Chitin deacetylase (CDAs) là các enzym được sử dụng để khử nhóm acetyl của chitin để tạo ra chitosan.

Chitosan được đặc trưng bởi trọng lượng phân tử và mức độ acetyl hóa, là những thông số quan trọng đối với hoạt tính sinh học của chitosan. Có nhiều cách phân loại Chitosan khác nhau. Với trọng lượng phân tử ≤16 kDa, Chitosan sẽ thuộc nhóm oligochitosan. Loại Chitosan này tương ứng với khoảng 100 đơn vị monome của 100% chitosan đã khử hóa.

Sự phân nhóm thứ hai thường được sử dụng là chitosan trọng lượng phân tử cao, trung bình và thấp. Các loại Chitosan này sẽ có trọng lượng phân tử trên 16 kDa, với sự phân loại:

• Trên 16 kDa đến 190 kDa là Chitosan trọng lượng phân tử thấp (LMW)
• Trên 190 kDa đến 300 kDa là Chitosan trọng lượng phân tử trung bình (MMW) 
• Trên 300 kDa, các Chitosan được xếp vào nhóm trọng lượng phân tử cao (HMW)

Chitosan được chứng minh là an toàn đối với tế bào động vật có vú (người và khỉ) ở nồng độ diệt nấm đối với nấm bệnh ở người. Những phát hiện này đã mở ra những khả năng mới để phát triển Chitosan hoạt chất diệt nấm sử dụng trên lâm sàng. Công nghệ nano nghiên cứu các công thức chitosan mới (ví dụ, sợi nano, nanocomposite hoặc viên nang nano) được ứng dụng để sản xuất hệ phân phối thuốc, trong nấm học y tế và công nghệ sinh học 

Hoạt tính kháng nấm của chitosan

Qua rất nhiều nghiên cứu đã khẳng định rằng Chitosan là một hợp chất chống nấm tự nhiên có nhiều tiềm năng để ứng dụng trong thực tế. Khi kết hợp với các hoạt chất khác có khả năng tác dụng trên nấm cho hiệp đồng tác dụng giúp tiêu diệt vi nấm cũng như ức chế độc lực và khả năng gây bệnh của những mầ bệnh nấm gây hại. 

 

Cơ chế kháng nấm của chitosan

Chitosan là một hợp chất đa năng có hoạt tính kháng nấm có nhiều ứng dụng trong nông nghiệp cũng như trong nền y học. Chitosan tiêu diệt nhiều loại nấm gây bệnh trên cây trồng cũng như gây nhiễm trùng cho con người nhờ nhiều cơ chế tác động đặc biệt đến nhiều thành phần của tế bào nấm. 

Phổ kháng nấm của Chitosan

Đầu tiên Chitosan biết đến với khả năng ức chế sự nảy mầm và hình thái sợi nấm của các loại nấm gây bệnh trên nông sản sau thu hoạch như Rhizopus stolonifer và Botrytis cinerea. Hoạt tính kháng nấm của Chitosan cũng ức chế sự phát triển của Alternaria spp., Colletotrichium spp. và Trichoderma spp, những loại nấm ký sinh và gây bệnh trên cây trồng.

Phát triển từ khả năng tiêu diệt nhiều loại nấm trên thức vật, nhiều nhà nghiên cứu đã phát hiện Chitosan có tiềm năng lớn như một chất kháng nấm để điều trị các bệnh do nấm gây bệnh cho người. 

• Chitosan cũng ngăn chặn sự nảy mầm và phát triển của các mầm bệnh gây nhiễm trùng cơ hội ở người như Fusarium oxysporum gây viêm màng mắt khi tiếp, Aspergillus fumigatus gây nhiễm trùng xâm lấn, Rhizopus stolonifer… Chitosan tiêu diệt các nấm thuộc chi Cryptococcus spp gây nhiễm nấm trên nhiều cơ quan quan trọng trong cơ thể như phổi, da, xương, hệ thần kinh và nhiều cơ quan khác… 
• Chitosan cũng cho thấy ức chế sự phát triển của chủng nấm men gây bệnh Candida spp – là nguyên nhân gây nhiễm nấm trên da, niêm mạc phổ biến nhất trên thế giới. Trong nghiên cứu của Sergey N Kulikok và cộng sự, các tế bào nấm Candida khi tiếp xúc với oligochitosan có các lớp thành tế bào bên ngoài căng hơn và các lớp thành tế bào bên trong mỏng hơn. Bên cạnh đó, oligochitosan gây ra những thay đổi trong cấu trúc bên trong tế bào, số lượng không bào tăng lên và nhân hầu như không được phân biệt. Sau khi tiếp xúc lâu dài với oligochitosan, các tế bào nấm bị phá vỡ, ly giải và giải phóng các thành phần ra ngoài khoảng gian bào và dẫn đến chết tế bào nấm. 

Cơ chế kháng nấm của Chitosan: Hoạt tính kháng nấm của Chitosan mạnh mẽ được đề xuất thông qua ba cơ chế tác động trên cả cấu trúc cũng như khả năng phát triển và gây bệnh trên người.

• Chitosan phá hủy màng tế bào nấm: Màng sinh chất của nấm là mục tiêu chính của chitosan. Điện tích dương của chitosan cho phép nó tương tác với các thành phần phospholipid tích điện âm của màng nấm. Điều này sẽ làm tăng tính thấm của màng và gây ra sự rò rỉ của các chất bên trong tế bào, dẫn đến chết tế bào. 
• Khi thấm qua màng tế bào, Chitosan kích hoạt sản xuất nội bào của các loại oxy phản ứng (ROS) và ức chế enzym khử của tế bào nấm và gây chết tế bào. Thử nghiệm trên chủng nấm Neurospora crassa cho thấy Chitosan tác động trên Lipase, chất vận chuyển Monosaccharide và gen mã hóa Glutathione transferase. Đây là những thành phần với nhiệm vụ sửa chữa màng, đồng hóa các chất dị hóa và đệm ROS do chitosan gây ra. 
• Chitosan giảm nguồn dinh dưỡng của nấm: Ở cơ chế này, Chitosan hoạt động như một tác nhân chelat bằng cách liên kết với các nguyên tố vi lượng, hay hạn chế chất dinh dưỡng (nguồn cacbon,nitơ) khiến kết tủa và làm cạn kiệt các chất dinh dưỡng thiết yếu cho sự phát triển bình thường của nấm. Nấm không hấp thụ chất dinh dưỡng sẽ không thể phát triển và chết dần. 
• Chitosan tác động đến thành phần bên trong tế bào nấm: Chitosan có khả năng thâm nhập vào thành tế bào của nấm và liên kết với DNA của nó. Điều này sẽ ức chế sự tổng hợp mRNA và do đó, ảnh hưởng đến việc sản xuất các protein và enzyme thiết yếu. 

Tăng hiệu lực kháng nấm của chitosan bằng Nano bạc

Hoạt tính kháng nấm của Chitosan rất mạnh mẽ cho thấy khả năng phát triển các loại thuốc kháng nấm mới hỗ trợ cũng như có thể thay thế cho các loại thuốc kháng nấm truyền thống đang bộc lộ nhiều yếu điểm cũng như tình trạng kháng thuốc ở nấm. Phức hệ Chitosan kết hợp với Nano bạc y dược làm tăng hoạt tính kháng nấm của Chitosan lân gấp nhiều lần. Trong đó, phức hệ Chitosan – Nano bạc Plasma được đánh giá cao nhất do Nano bạc plasma cũng ức chế sự phát triển cũng như làm giảm độc lực của vi nấm và đặc biệt an toàn khi sử dụng cho người.  

Nano bạc plasma tác động trên tế bào nấm gây bệnh qua tác động trên màng cũng như các thành phần trong tế bào nấm. Bên cạnh đó Nano bạc plasma ức chế sự phát triển và nhân lên của nấm. 

• Nano bạc tác động trên màng tế bào nấm: Nano bạc làm xáo trộn các lớp lipid kép của màng, làm giảm độ lưu động của màng trước các tác nhân bên ngoài tác động lên màng tế bào nấm. Nano bạc làm giảm Ergosterol trong màng nấm dẫn đến giảm tính thấm, tính toàn vẹn của màng nấm cũng như ảnh hưởng đến sinh lý tế bào và các quá trình truyền tín hiệu từ tế bào này sang tế bào khác, tiết protein, và tương tác với vật chủ gây bệnh.
• Nano bạc plasma tương tác bên trong tế bào nấm: Khi xâm nhập vào trong tế bào nấm,  Nano bạc tạo ra các gốc oxy phản ứng (ROS) làm tăng stress oxy hóa nội bào và cảm ứng quá trình apoptosis làm rối loạn chức năng ty thể. 
• Nano bạc plasma ức chế một số quá trình tế bào liên quan đến sự nảy chồi của nấm:  Nano bạc ảnh hưởng đến tỷ lệ chất béo không bão hòa/bão hòa, ảnh hưởng đến khả năng chuyển đổi từ nấm men nảy chồi sang dạng sợi (sợi nấm và giả sợi nấm). Sợi nấm quan trọng cho khả năng gây bệnh của nấm Candida ở bệnh nhân suy giảm miễn dịch.

Chính nhờ cơ chế này, tác dụng của Chitosan hiệp đồng với Nano bạc plasma diệt nấm tăng lên rất nhiều. Ứng dụng đặc tính độc đáo này, các nhà nghiên cứu đã tạo ra phức hệ kết hợp giữa Chitosan và Nano bạc công nghệ Plasma, hoạt chất kiểm soát nhiễm trùng thế hệ mới.

Phức hệ Chitosan- Nano bạc plasma cho thấy hoạt tính kháng lại nhiều loại nấm khác nhau trong nhiều thử nghiệm trên thế giới và trong nước. Hiệu lực kháng nấm của Chitosan- Nano bạc plasma được tăng cường nhờ tác các tác động có thể kể đến là:

• Nhờ vào cấu trúc tích điện dương đã làm tăng khả năng tương tác của các phân tử chitosan- Nano bạc plasma với cấu trúc polyanionic của màng tế bào vi sinh vật. Điều đó làm tăng điều kiện tiếp xúc của hạt Nano bạc với tế bào nấm và giải phóng ion Ag+ gây ra sự mất ổn định của màng tế bào nấm.
• Chitosan làm tăng tính thấm của hạt Nano bạc vào sâu trong tế bào nấm. Khi xâm nhập vào nội bào, Chitosan cùng hạt Nano bạc làm bám lên chuỗi DNA của tế bào nấm, ứa chế quá trình tổng hợp các protein và enzyme cần thiết cho khả năng sinh trưởng của vi nấm. Mặt khác phức hợp Chitosan- Nano bạc plasma ức chế chuỗi hô hấp tế bào cũng như tăng tạo các gốc oxy tự do phá hủy nội bào vi nấm, tiêu diệt nấm nhanh và mạnh hơn, hạn chế nấm sinh gen kháng thuốc. 

• Bên cạnh đó phức hợp Chitosan- Nano bạc plasma còn ức chế sự hình thành sợi nấm ở các chủng nấm men.Sự nảy chồi ở nấm có tính quan trọng cho sự sinh sản cũng như tạo độc lực của nấm trên tế bào vật chủ. 

Một số tác dụng khác của Chitosan

Ngoài khả năng kháng nấm mạnh mẽ, Chitosan cũng mang hoạt tính chống lại nhiều vi khuẩn gây bệnh cũng như hỗ trợ làm lành nhanh vết thương. Nhờ tác dụng đó Chitosan rất hiệu quả khi sử dụng điều trị các nhiễm trùng trên da, niêm mạc. 

Hoạt tính kháng khuẩn của Chitosan

Cũng như đối với nấm, chitosan thấm qua màng huyết tương của vi khuẩn [36]. Các nghiên cứu gần đây cho thấy việc sử dụng chitosan như một chất kháng khuẩn để sử dụng trong lâm sàng. 

Chitosan được thử nghiệm trên nhiều chủng vi khuẩn khác nhau và cho thấy hoạt tính kháng nấm trên cả 2 chủng Gram âm và Gram dương với sự tác động chủ yếu trên màng tế bào vi khuẩn.

• Nhiều nghiên cứu khoa học tiến hành trên cả 2 chủng vi khuẩn và cho thấy Chitosan là một hoạt chất kháng khuẩn mạnh mẽ. Theo nghiên cứu của M.S Benhabiles và cộng sự, Chitosan ức chế sự phát triển của các chủng vi khuẩn Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis. Độ hấp thụ ở bước sóng 640 nm ở nhóm  S.aureus không tiếp xúc với Chitosan là 0,4 (tức là có 1,2 × 10 8 tế bào / mL), nhưng khi tiếp xúc với Chitosan sau 5 giờ , độ hấp thụ giảm còn 0,25 (tức là 0,75 × 10 8 tế bào / mL).  Tương tự ở nhóm vi khuẩn Bacillus, OD giảm từ 0,341 (tức là 1,023 × 10 8 tế bào / mL) chỉ còn 0,123 (tức là 0,369 × 10 8 tế bào / mL). 
• Nghiên cứu trên Gram âm cũng cho thấy tác dụng ức chế của Chitosan trên các chủng E.Coli, V. cholerae, Shigella disenteriae và B. fragilis, P . aeruginosa… Cũng trong thử nghiệm Chitosan làm giảm số lượng vi khuẩn E.Coli từ 1,17 × 10 8 tế bào / mL trong nhóm đối chứng chỉ còn  0,804 × 10 8 tế bào / mL khi tiếp xúc với Chitosan sau 4 giờ . 

Hoạt tính kháng khuẩn của chitosan nhờ tác động đến thành tế bào vi khuẩn, làm rối loạn chức năng và tiêu diệt vi khuẩn với các cơ chế: 

• Chitosan gây ly giải thành tế bào vi khuẩn: Cấu trúc polycation của chitosan là điều kiện tiên quyết cho hoạt động kháng khuẩn.  Tương tác tĩnh điện giữa cấu trúc đa ion và các thành phần chủ yếu là anion của bề mặt vi sinh vật (chẳng hạn như lipopolysaccharide Gram âm và các protein bề mặt tế bào) đóng vai trò chính trong hoạt động kháng khuẩn khả năng cách liên kết với thành tế bào vi khuẩn cũng như tích điện âm gây phá vỡ tế bào, do đó làm thay đổi tính thấm của màng.
• Khi xâm nhập vào trong tế bào vi khuẩn, Chitosan gắn vào DNA gây ức chế sao chép DNA và sau đó làm chết tế bào. 
• Một cơ chế khác có thể xảy ra là chitosan hoạt động như một chất chelat liên kết tự chọn với các nguyên tố kim loại vi lượng gây ra sự sản sinh độc tố và ức chế sự phát triển của vi sinh vật theo nghiên cứu của Kong và cộng sự.  

Chitosan giúp nhanh lành vết thương

Chitosan cũng cho thấy khả năng tăng tốc độ lành các vết thương trong quá trình chữa lành vết thương trên da và niêm mạc. Chitosan được kết hợp với nhiều vật liệu khác nhau giúp nâng cao cơ chế chữa lành vết thương và tạo ra ít sẹo hở.  Phức hợp Nano bạc- Chitosan là sự kết hợp làm hiệp đồng tác dụng của cả 2 hoạt chất trên kích thích vết thương mau lành.

• Sự pha trộn giữa các hạt nano bạc với chitosan giúp tăng cường hoạt động kháng khuẩn. Chitosan có khả năng ổn định hình dạng của hạt Nano bạc cho khả năng tiêu diệt vi khuẩn cũng như ức chế phản ứng viêm tại nơi tổn thương của Nano bạc. Màng chitosan dựa trên Nano bạc cho thấy hoạt tính kháng khuẩn kéo dài và giảm độc tính tiềm ẩn.
• Bên cạnh đó khi kết hợp acid hyaluronic vào trong phức hợp Nano bạc- Chitosan làm tăng hình thành mô hạt, tái biểu mô và tái tạo mô hình mang lại hiệu quả tích cực trong việc chữa lành vết thương ít sẹo.

Có thể nói Chitosan là một hoạt chất tự nhiên có nhiều đặc tính độc đáo tiêu biểu là hoạt tính tiêu diệt nấm gây bệnh. Cùng với khả năng kháng khuẩn, kích thích làm lành vết thương, Chitosan sẽ được ứng dụng phổ biến trong các sản phẩm điều trị cho nhiễm nấm gây bệnh trên da, niêm mạc là một tương lai gần.