Tách chiết Collagen từ vảy cá nước ngọt

Vảy cá thành collagen trong phòng thí nghiệm

Collagen từ lâu đã được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng y sinh. Tuy nhiên, hầu hết các sản phẩm phổ biến trên thị trường đều có nguồn gốc từ động vật có vú như lợn, bò và cừu. Ứng dụng lâm sàng của các vật liệu này lâu nay vẫn có phần bị hạn chế do những ảnh hưởng từ quan điểm tôn giáo, văn hóa liên quan đến vật liệu có nguồn gốc từ động vật có vú. Ngoài ra, các lo ngại về nguy cơ lây bệnh truyền nhiễm từ động vật có vú cũng khiến quy trình kiểm tra xử lý phức tạp, nghiêm ngặt.

“Vảy cá có nguồn collagen tương đối dồi dào và giải quyết được hầu hết các vấn đề của collagen từ động vật có vú gặp phải” – TS. Nguyễn Thúy Chinh cho biết. Trong quá trình sơ chế, vảy cá vốn được xem là phế phẩm của các khu chợ dân sinh hay nhà máy chế biến. Với sản lượng cá rô phi hằng năm ở Việt Nam khoảng 50 ngàn tấn (chiếm 2,2% tổng sản lượng thủy sản nuôi) và hàng trăm nghìn tấn cá chép các loài thì nghiên cứu này vừa tận dụng phế phẩm, hạn chế gây ô nhiễm môi trường vừa thu được nguồn collagen có chất lượng tốt phục vụ cho lĩnh vực y sinh.

Phương pháp tách chiết collagen từ vảy cá nước ngọt Việt Nam, của TS. Nguyễn Thúy Chinh và các cộng sự tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới đã được Cục Sở hữu trí tuệ cấp bằng độc quyền giải pháp hữu ích số 2-0002775.

Trên thế giới, các nhà khoa học cũng đã có nhiều công trình về việc tách chiết collagen từ vảy cá. Điển hình là năm 2018, các nhà khoa học đến từ Đại học Công nghệ Nanyang, Singapore (NTU Singapore) công bố collagen được tách chiết từ vảy cá vược, cá ngừ và cá rô phi có thể đem lại nhiều tiềm năng trong việc điều trị và chữa lành vết thương. “Cái khác của chúng tôi là sử dụng vảy của các loài cá chép nước ngọt có nguồn gốc từ Việt Nam, không phải cá nước mặn hay nước lợ như các nghiên cứu đã có. Không chỉ sự đa dạng sinh học ở mỗi nơi sẽ tác động đến sự trưởng thành của cá nước ngọt theo những cách khác nhau mà ở những nhiệt độ khác nhau cũng dẫn đến thành phần và cấu tạo của vảy cá khác nhau”– TS. Nguyễn Thúy Chinh giải thích.

Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu cũng đặt ra mục tiêu sử dụng collagen thu được như chất mang ứng dụng trong việc điều trị giảm axit uric trong máu và dùng làm vật liệu tái tạo mô và chữa lành vết thương. Từ hỗn hợp vảy cá thu được từ các chợ dân sinh ở Hà Nội, Vĩnh Phúc… nhóm nghiên cứu tiến hành việc rửa sạch, phơi khô rồi ngâm trong kiềm để loại bỏ chất béo trên bề mặt. Lớp vảy cá thu từ quá trình trên được ngâm trong dung dịch hỗn hợp acid bazơ trong 8 giờ bằng máy khuấy cơ học kết hợp khuấy siêu âm tốc độ cao để loại bỏ protein và tạp chất. Để tách khoáng chất khỏi vảy cá, nhóm nghiên cứu tiếp tục ngâm hỗn hợp thu được vào axit theo tỷ lệ thể tích 1:2 rồi khuấy bằng máy cơ học trong 20 phút.

Tiếp tục đưa vảy cá ngâm dung dịch axit axetic trong 24 giờ bằng máy khuấy cơ học kết hợp khuấy siêu âm tốc độ cao. Lọc thu được dung dịch collagen trong axit axetic. Thêm NaCl rắn vào dung dịch trên và tiến hành làm lạnh để thu collagen rồi chiết bằng phễu chiết. Collagen thô tiếp tục được hòa tan trong axit axetic, kết tinh lần hai bằng NaCl rắn rồi tiến hành thẩm tích bằng màng thẩm tích trong 48 giờ để thu collagen tinh khiết dạng gel. Nếu muốn làm khô, đưa collagen gel vào nhiệt độ 200 độ C sẽ thu được collagen dạng màng khô, xốp, màu trắng ngà.

Một trong những phát hiện của nhóm nghiên cứu trong quá trình tách chiết là việc tách chiết collagen từ vảy cá hoàn toàn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Ở giai đoạn đầu tiên khi tiến hành tách chiết trong điều kiện nhiệt độ thường, nhóm nghiên cứu thường rơi vào hoàn cảnh “lúc tách được lúc không” hoặc chất lượng các mẻ không đồng đều. Quan sát các thí nghiệm, nhóm nghiên cứu nhận thấy, khi tách chiết vào mùa đông thì lượng collagen thu được cao hơn mùa hè. Do nhiệt độ mùa hè cao hơn nên hầu hết collagen chuyển thành gelatin, dẫn đến hiệu suất thấp, có mẻ không thu được collagen. TS. Chinh hào hứng nói: “Sau phát hiện này, toàn bộ quá trình tách chiết đều được thực hiện trong bể điều nhiệt có nhiệt độ 4 độ C, giúp quá trình thu collagen ổn định và không bị biến đổi tính chất”.

Collagen thu được có cấu trúc dạng sợi, đường kính sợi 0,5-1 micromet, các sợi collagen tập trung thành bó sợi, kích thước 2,5-4 micromet. Đại diện nhóm nghiên cứu cho biết, đây là đặc trưng của collagen loại 1, loại collagen phổ biến trong cơ thể người và rất quan trọng cho việc chữa lành vết thương, tạo độ co giãn, đàn hồi và giữ sự liên kết giữa các mô với nhau.

TS Nguyễn Thúy Chinh tại phòng thí nghiệm.

Hiệu quả trong các thử nghiệm

Những chiếc vảy cá mà trở thành collagen, nguồn vật liệu y sinh đầu vào lĩnh vực y tế. Trên thị trường, bên cạnh collagen được sử dụng trong làm đẹp, nhiều ứng dụng khác cũng khá phổ biến như sử dụng làm vật liệu băng vết thương. Tuy nhiên, giá thành của các sản phẩm nhập ngoại tương đối cao so với khả năng tiêu dùng trong nước. “Với công nghệ nguồn vật liệu trong nước, chúng tôi tin rằng, sợi collagen tự nhiên từ vảy cá có thể kết hợp với các hoạt chất ginsenoside Rb1, polyphenol trà hoa vàng để ứng dụng làm vật liệu cầm máu và điều trị vết thương” – TS. Nguyễn Thúy Chinh chia sẻ.

Từ collagen dạng gel thu được, nhóm nghiên cứu tiến hành phối trộn với hoạt chất ginsenoside Rb1 - một hợp chất hóa học thuộc họ ginsenoside được tìm thấy trong chi thực vật Panax, có tác dụng chống viêm, chống dị ứng và polyphenol từ trà hoa vàng rồi đưa vào xilanh của thiết bị in 3D để in thành màng sản phẩm có thể dán lên vết thương.

Thử nghiệm trên chuột được tiến hành tại Học viện Quân y, kết quả thu được khiến nhóm nghiên cứu nhận thấy hiệu quả rõ rệt của collagen thu được từ vảy cá. Cụ thể, với nhóm chỉ dùng gạc thường thì nhóm chuột được sử dụng gạc màng collagen, thời gian cầm máu giảm một nửa, trong khi đó, với cùng một kích thước vết thương, sau bảy ngày, nhóm sử dụng màng collagen có diện tích vết thương nhỏ hơn khoảng 8% so với nhóm chỉ sử sử dụng gạc thông thường.

Với thử nghiệm sử dụng collagen từ vảy cá làm chất mang allopurinol giúp định hướng ứng dụng điều trị giảm axit uric trong máu, tác nhân gây bệnh gout, nhóm nghiên cứu cũng nhận được kết quả khả quan. Sau 24 tiếng, thử nghiệm trên ba nhóm chuột: nhóm chỉ uống nước muối sinh lý, nhóm dùng allopurinol không có collagen làm chất mang và nhóm dùng allopurinol có collagen làm chất mang, kết quả cho thấy, nồng độ axit uric trong máu của nhóm dùng allopurinol có collagen làm chất mang thấp nhất, thấp hơn khoảng 14% so với nhóm dùng allopurinol không có collagen làm chất mang và thấp hơn khoảng 23% so với nhóm chỉ dùng nước muối sinh lý.

TS. Nguyễn Thúy Chinh lý giải: “Collagen có tác dụng như chiếc vỏ, bảo vệ allopurinol trước tác động của axit trong dạ dày, khiến các dược chất giải phóng chậm hơn, do đó tác dụng của dược chất với cơ thể được duy trì lâu dài hơn. Collagen từ vảy cá có khả năng tương thích với cơ thể cao và không gây hại cho cơ thể người”.

Những kết quả trên là kết quả bước đầu để TS. Nguyễn Thúy Chinh và cộng sự tiếp tục nghĩ đến những nghiên cứu sau này. Một trong những hướng nghiên cứu mà chị đang quan tâm là sản phẩm này không chỉ tiềm năng với vết thương ngoài da mà còn hiệu quả cả với vết thương bên trong cơ thể. “Nếu có điều kiện chúng tôi sẽ nghiên cứu về sản phẩm cầm máu cho những vết thương bên trong như ở não, bụng,… Để làm được điều đó, chúng tôi cần phải tiếp tục tối ưu quy trình tách chiết, tăng độ tinh khiết cũng như bổ sung các đánh giá về khả năng tự tiêu trong cơ thể” – chị giải thích.

Chưa dừng lại ở đó, với nghiên cứu này, TS Nguyễn Thúy Chinh và các cộng sự cũng ấp ủ việc mở rộng nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường, nhiệt độ vùng miền tới chất lượng của collagen trong vảy các loài cá. Thời gian trước, các vảy cá được sử dụng hầu hết chỉ thu thập ở Hà Nội, Vĩnh Phúc,… Vì thế, nếu có thể tiến hành các nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu sẽ có thêm cái nhìn toàn cảnh và đưa ra khuyến nghị hợp lý nếu nghiên cứu này được thương mại hóa.

“Như khi nghiên cứu bột từ vỏ hàu làm vật liệu hấp phụ, chúng tôi thấy vỏ hàu ở Quảng Ninh và Phú Quốc có thành phần, tính năng khác nhau đáng kể. Vì thế, môi trường cũng sẽ ảnh hưởng đến các loại cá. Tôi dự đoán có thể là sự khác nhau của trình tự axit amin trong collagen. So sánh với các nghiên cứu chiết collagen từ vảy cá chép trên thế giới thì thấy rằng, collagen thu được từ vảy cá chép trong nước mà nhóm nghiên cứu sử dụng có nhiệt độ biến tính, hàm lượng và trình tự axit amin cùng một số tính chất đều có sự khác biệt” – TS. Chinh nói thêm.

Hiện nhóm nghiên cứu đang hoàn thiện đề tài để có thể kết hợp với doanh nghiệp hướng tới việc phát triển một sản phẩm giúp cầm máu từ vật liệu này.