Ứng dụng tiềm năng từ da cá rô phi và vỏ tôm trong y học

Cơ thể còn người khi bị thương sẽ sinh ra các phản ứng sinh lý để sửa chữa mô. Nhưng khi vết thương quá sâu, quá trình tái tạo hồi phục mô cũng sẽ bị trì hoãn. Trong y học, những nỗ lực đáng kể đã được thực hiện trong việc thiết kế tìm ra các vật liệu sinh học để thay thế các mô bị hư hỏng. Trong đó bọt xốp là vật liệu thường được dùng dể băng vết thương, sửa chữa xương sụn, xốp cầm máu, thấm hút dịch tiết từ các tổn thương trên da.

Một miếng bọt biển lý tưởng phải có cấu trúc hoạt động như một giá đỡ, bảo vệ vết thương khỏi các chất gây ô nhiễm từ môi trường, và có tính tương thích sinh học, cấu trúc xốp, tính thấm cao để trao đổi khí, tính linh hoạt, khả năng hấp thụ dịch tiết và khả năng phân hủy sinh học cao.

Bên cạnh đó, việc thúc đẩy sự phát triển nuôi trồng thủy sản cùng các ngành công nghiệp chế biến các sản phẩm đông lạnh tạo ra một lượng lớn chất thải như đầu tôm và da cá rô phi - nguồn cung cấp các hợp chất có giá trị thương mại và có thể ứng dụng trong ngành dược phẩm và thực phẩm.

Collagen có các đặc tính sinh học tuyệt vời được ưa thích để phát triển vật liệu sinh học dùng để điều trị vết thương. Tuy nhiên, collagen cho thấy tốc độ phân hủy sinh học cao và độ bền cơ học thấp, hạn chế các ứng dụng của nó trong y tế. Bọt xốp làm từ collagen mềm khi chạm vào, có cấu trúc dạng sợi. Để cải thiện các đặc tính sinh học và cơ học của chúng, các nhà nghiên cứu đã tiến hành kết hợp collagen với các polyme tự nhiên khác nhau chẳng hạn như chitosan. Nghiên cứu hiện tại đưa ra giả thiết rằng: bọt xốp được tạo thành từ collagen ( chiết xuất từ da cá rô phi ) và chitosan ( chiết xuất từ vỏ tôm ) có thể sử dụng làm vật liệu sinh học trong y học. 

Vật liệu sinh học của bọt biển Coll / Ch (A) và Coll / A (B). Collagen: Coll, Chitosan: Ch, Algin.

Da cá rô phi xanh (Oreochromis aureus)  và vỏ tôm (Litopenaeus ssp.) – phụ phẩm trong công nghiệp chế biến thủy sản được thu gom từ các khu công nghiệp chế biến ở Sonora, Mexico đóng gói trong các túi nhựa và bảo quản ở 20°C. Sau quá trình khử protein và chất béo thu được chiết xuất collagen từ da cá rô phi xanh và chiết xuất chitosan từ vỏ của tôm sau khi được khử khoáng và protein. Một số chỉ tiêu như đường kính, độ dày, độ xốp, màu sắc, khả năng thấm hút và tính kháng khuẩn của bọt xốp đối với vi khuẩn Staphylococcus aureus được ghi nhận. 

Kết quả phân tích cho thấy tất cả bọt xốp được tạo ra từ collagen và chitosan đều có màu sáng. Độ xốp của bọt biển nằm trong khoảng 88 - 95%, khả năng thấm hút dịch cao, có độ cứng và độ bền cơ học vừa phải, độ co giãn lớn hơn và hoạt tính kháng khuẩn cao nhất lên đến 46,62% chống lại vi khuẩn Staphylococcus aureus. Chúng tôi dự đoán rằng bọt biển dựa trên collagen của cá và chitosan của tôm có thể đóng vai trò như một chất thay thế vật liệu sinh học để chữa lành các vết thương trên da do tính chất cơ học của chúng và đặc tính kháng khuẩn.

Hoạt động kháng khuẩn của bọt biển Coll (A) và Coll / Ch / A (3: 1: 1) (B) chống lại S. aureus. Collagen: Coll, Chitosan: Ch, Alginate: A.

Đây cũng là một giải pháp thay thế để giảm tác động của chất thải phụ phẩm đến môi trường sinh thái do sự phân hủy của nó. Chitosan và collagens là các polyme tự nhiên có nguồn gốc thủy sinh với đặc tính phù hợp trong ứng dụng y học. Khi kết hợp chitosan và collagen tạo nên xốp có độ mềm, mịn, xốp, thấm hút, kháng khuẩn cao đem lại những hiệu quả tích cực như thúc đẩy quá trình chữa lành da, hoạt động như một hàng rào vật lý, hấp thụ các dịch lỏng của cơ thể từ vết thương đồng thời ngăn chặn vi khuẩn phát triển. 

Ngoài ra, chitosan và collagen có thể phân hủy sinh học và không độc hại, hình dạng và kích thước khác nhau tùy theo mục đích sử dụng và phương pháp chiết xuất và trong quá trình tinh chế khác nhau. Độ xốp là một yếu tố quan trọng vì nó làm tăng diện tích bề mặt. Ngoài ra, độ xốp quyết định các tính chất cơ học và khả năng giữ nước, vì vậy một miếng xốp cầm máu dễ dàng thấm hút các chất lỏng có trong vết thương nhờ vào hàm lượng collagen cao. Độ bền của bọt xốp phụ thuộc vào cấu trúc vi mô, kích thước lỗ xốp và độ dày.

Chiết xuất collagen thu được từ các loài động vật có vú cao hơn, tiếp theo là từ các loài sinh vật biển. Có sự khác biệt trong tính thấm hút là do biến tính collagen trong vật liệu sinh học. Mức nhiệt độ biến tính của collagen thu được từ da cá rô phi (O. niloticus) trong khoảng 35–36oC. Do đó, khi vật liệu sinh học làm từ bọt xốp có chứa chiết xuất collagen ở nhiệt độ của cơ thể con người, collagen có xu hướng được hòa tan trong các chất lỏng sinh học, thể hiện khả năng phân hủy sinh học hoàn toàn.

References: Antibacterial, mechanical and physical properties of collagen - chitosan sponges from aquatic source. Valenzuela-Rojo, R. D., López-Cervantes, J., Sánchez-Machado, D. I., Escárcega-Galaz, A. A., & Martínez-Macias, M. del R. (2020).. Sustainable Chemistry and Pharmacy, 15(January). https://doi.org/10.1016/j.scp.2020.100218