Luận văn tốt nghiệp: Tác dụng điều trị bệnh Alzheimer từ Bacopa Monnieri

Luận văn phân tích tác dụng điều trị bệnh Alzheimer của Bacopa monnieri L. Wettst qua phương pháp docking phân tử, cung cấp thông tin hữu ích cho nghiên cứu.

• Tác giả: Nguyễn Thị Thanh Tâm
• Người hướng dẫn: PGS. Bùi Thanh Tùng
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Dược học
• Đề tài: Đánh Giá Tác Dụng Điều Trị Bệnh Alzheimer Của Bacopa Monnieri Bằng Phương Pháp Docking Phân Tử
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC BẢNG
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về bệnh Alzheimer
• 1.2. Giới thiệu về bệnh Alzheimer
• 1.3. Các giai đoạn của bệnh
• 1.4. Nguyên nhân và cơ chế bệnh sinh
• 1.5. Các giả thuyết về các đích phân tử trong bệnh Alzheimer
• 1.6. Trung tâm hoạt động của các đích phân tử
• 1.7. Tổng quan về cây Rau đắng biển (Bacopa monnieri (L.)
• 1.8. Giới thiệu – vị trí – phân loại – phân bố
• 1.9. Đặc điểm thực vật
• 1.10. Thành phần hóa học
• 1.11. Phương pháp docking phân tử
• 1.12. Docking phân tử
• 1.13. Quy tắc Lipinski về các hợp chất giống thuốc
• 1.14. Dự đoán các thông số dược động học và độc tính (ADMET)
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nguyên liệu và thiết bị
• 2.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Sàng lọc bằng docking phân tử
• 2.3.2. Nghiên cứu các đặc điểm giống thuốc
• 2.3.3. Nghiên cứu các đặc tính dược động học và độc tính (ADMET)
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ
• 3.1. Mô phỏng protein docking
• 3.2. Tìm kiếm hợp chất tiềm năng từ kết quả docking
• 3.3. Sàng lọc các hợp chất giống thuốc
• 3.4. Dự đoán các thông số ADMET
• 4. CHƯƠNG 4: BÀN LUẬN
• 4.1. Về kết quả
• 4.2. Về phương pháp
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về bệnh Alzheimer

Bệnh Alzheimer là một trong những nguyên nhân chính gây ra chứng sa sút trí tuệ, đặc trưng bởi sự suy giảm dần dần của trí nhớ và nhận thức. Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), hiện có khoảng 50 triệu người mắc bệnh Alzheimer trên toàn cầu, con số này dự kiến sẽ tăng gấp đôi trong vòng 5 năm tới. Tại Việt Nam, bệnh này cũng đang gia tăng, đặc biệt trong nhóm người cao tuổi. Nguyên nhân chính của bệnh Alzheimer vẫn chưa được xác định rõ ràng, nhưng có nhiều giả thuyết được đưa ra, trong đó có giả thuyết về sự suy giảm chức năng cholinergic và sự tích tụ của amyloid β-protein. Những yếu tố này dẫn đến sự hình thành các mảng xơ thần kinh và đám rối sợi thần kinh, gây ra các triệu chứng lâm sàng của bệnh.

1.1. Nguyên nhân và cơ chế bệnh sinh

Bệnh Alzheimer được coi là một bệnh đa yếu tố, liên quan đến nhiều yếu tố nguy cơ như tuổi tác, di truyền, và các yếu tố môi trường. Các giả thuyết chính về cơ chế bệnh sinh bao gồm sự suy giảm chức năng cholinergic và sự thay đổi trong sản xuất amyloid β-protein. Sự hiện diện của các mảng amyloid và đám rối sợi thần kinh là đặc điểm chính của bệnh. Các nghiên cứu cho thấy rằng sự gia tăng của amyloid β42 so với amyloid β40 có thể liên quan đến sự khởi phát sớm của bệnh. Hơn nữa, stress oxy hóa cũng đóng vai trò quan trọng trong sự tiến triển của bệnh, dẫn đến tổn thương tế bào thần kinh và giảm chức năng nhận thức.

II. Giới thiệu về Bacopa Monnieri

Bacopa Monnieri, hay còn gọi là rau đắng biển, là một loại thảo dược truyền thống trong y học Ayurvedic, được biết đến với tác dụng hỗ trợ điều trị các rối loạn thần kinh. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các hợp chất trong Bacopa Monnieri có khả năng ức chế các đích phân tử liên quan đến bệnh Alzheimer như NMDA, BACE-1, MAO A và AChE. Các hợp chất này có tác dụng chống oxy hóa, giúp bảo vệ tế bào thần kinh khỏi tổn thương. Việc sử dụng Bacopa Monnieri trong điều trị bệnh Alzheimer đang được nghiên cứu sâu hơn thông qua các phương pháp như docking phân tử, nhằm xác định hiệu quả và cơ chế tác động của các hợp chất trong cây.

2.1. Tác dụng của Bacopa Monnieri

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng Bacopa Monnieri có tác dụng tích cực trong việc cải thiện chức năng nhận thức và giảm triệu chứng của bệnh Alzheimer. Các hợp chất trong cây có khả năng ức chế sự phân hủy acetylcholine, một chất dẫn truyền thần kinh quan trọng cho trí nhớ. Hơn nữa, Bacopa Monnieri còn có tác dụng chống oxy hóa mạnh mẽ, giúp giảm thiểu tổn thương tế bào do stress oxy hóa. Việc áp dụng Bacopa Monnieri trong điều trị bệnh Alzheimer không chỉ mang lại hy vọng cho bệnh nhân mà còn mở ra hướng đi mới trong nghiên cứu dược phẩm.

III. Phương pháp docking phân tử

Phương pháp docking phân tử là một công cụ mạnh mẽ trong nghiên cứu dược lý, cho phép mô phỏng tương tác giữa các hợp chất và protein mục tiêu. Trong nghiên cứu này, phương pháp docking được sử dụng để sàng lọc các hợp chất trong Bacopa Monnieri nhằm xác định khả năng ức chế các đích phân tử liên quan đến bệnh Alzheimer. Kết quả từ quá trình docking sẽ cung cấp thông tin về cấu trúc và hoạt tính của các hợp chất, từ đó giúp đánh giá hiệu quả điều trị. Phương pháp này không chỉ tiết kiệm thời gian và chi phí mà còn giúp phát hiện nhanh chóng các hợp chất tiềm năng cho việc phát triển thuốc mới.

3.1. Đánh giá hiệu quả của phương pháp

Kết quả từ phương pháp docking cho thấy nhiều hợp chất trong Bacopa Monnieri có khả năng tương tác mạnh với các protein mục tiêu như NMDA, BACE-1, MAO A và AChE. Các chỉ số như RMSD và năng lượng liên kết được sử dụng để đánh giá độ chính xác của mô hình docking. Những hợp chất có năng lượng liên kết thấp cho thấy tiềm năng cao trong việc phát triển thuốc điều trị bệnh Alzheimer. Việc áp dụng phương pháp này không chỉ giúp xác định các hợp chất có hoạt tính sinh học mà còn mở ra hướng đi mới trong nghiên cứu và phát triển dược phẩm.

Nội dung chính

Giới thiệu dự án

Bệnh Alzheimer (Alzheimer's Disease – AD) là dạng sa sút trí tuệ phổ biến nhất thế giới, chiếm 60–80% tổng số ca mất trí nhớ ở người cao tuổi. Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), hiện có khoảng 50 triệu bệnh nhân trên toàn cầu, dự báo tăng lên 152 triệu vào năm 2050, tương đương tăng gấp đôi mỗi 5 năm. Tại Việt Nam, tỷ lệ mắc là 5% ở nhóm tuổi 65 và 20% ở nhóm trên 85 tuổi; riêng ảnh hưởng từ phơi nhiễm chất độc chiến tranh ước tính khiến 140.000 cựu chiến binh mắc bệnh vào năm 2020.

Problem statement: Các thuốc đang được FDA chấp thuận — Donepezil, Rivastigmine, Galantamine và Memantine — chỉ giải quyết triệu chứng mà không tác động vào cơ chế bệnh sinh sâu xa. Không có lý thuyết cơ chế bệnh sinh thống nhất, và các ứng viên thuốc như solanezumab, verubecestat hay atabecestat đều thất bại ở giai đoạn thử nghiệm lâm sàng. Khoảng trống nghiên cứu rõ ràng: cần một hướng tiếp cận đa đích (multi-target) nhắm đồng thời vào NMDA, BACE-1, MAO A và AChE.

Mục tiêu nghiên cứu:

1. Sàng lọc 50 hợp chất từ cây Rau đắng biển (Bacopa monnieri (L.) Wettst) có khả năng ức chế đồng thời ≥3 trong 4 đích phân tử: NMDA, BACE-1, MAO A, AChE bằng phương pháp docking phân tử (Molecular Docking)
2. Đánh giá đặc điểm giống thuốc theo Quy tắc 5 của Lipinski (Rule of 5 – RO5) cho các ứng viên hàng đầu
3. Dự đoán các thông số dược động học và độc tính (ADMET) bằng mô hình in silico

Kết quả mong đợi: Xác định ≥3 hợp chất từ Bacopa monnieri thỏa mãn RO5, không có độc tính AMES, qua được hàng rào máu não (Blood-Brain Barrier – BBB) và có năng lượng liên kết thấp hơn chất đối chứng đã được phê duyệt.

---

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

So sánh giải pháp hiện có

Tiêu chí	Thuốc đơn đích hiện tại	Phương pháp in vitro/in vivo	Sàng lọc ảo (in silico) – Dự án này
Chi phí	Thấp (đã có)	Rất cao	Thấp
Thời gian	Ngắn	Dài (năm)	Ngắn (tuần)
Phạm vi khảo sát	1 đích/nghiên cứu	Hạn chế	50 hợp chất × 4 đích
Độ độc với người	Đã biết	Cần thử nghiệm	Dự đoán in silico
Tiếp cận đa đích	Không	Hạn chế	Có

Phân tích yêu cầu theo MoSCoW

• Must have: Năng lượng liên kết (ΔG) ≤ chất đối chứng; ức chế ≥3 đích; RMSD ≤ 1.5 Å trong re-dock
• Should have: Thỏa mãn ≥2 tiêu chí RO5; không có độc tính AMES; log BB > −1
• Could have: Qua BBB tốt (log BB > 0.3); không ức chế CYP3A4/CYP2D6
• Won't have (lần này): Thử nghiệm in vitro, in vivo hoặc lâm sàng

Thiết kế hệ thống

Technology Stack

Công cụ/Phần mềm	Phiên bản	Mục đích
AutoDock Vina	1.1.2	Engine docking phân tử chính
AutoDock Tools	1.5.6	Chuẩn bị protein/phối tử (.pdbqt)
Discovery Studio	2021 Client	Biểu diễn tương tác 2D/3D protein–ligand
Avogadro	Latest	Tối ưu hóa cấu trúc 3D phối tử (Conjugate Gradients)
UCSF Chimera	1.x	Tính RMSD, đánh giá chồng khít cấu trúc
pkCSM (online)	—	Dự đoán thông số ADMET
SCFBio (online)	—	Tính toán các thông số RO5
PubChem	—	Nguồn cấu trúc phân tử (SMILES, .sdf)

Các đích phân tử và PDB ID

Đích	PDB ID	Phối tử đồng kết tinh	Vai trò trong Alzheimer
NMDA receptor	1PBQ	5,7-dichlorokynurenic acid	Ngăn kích thích thần kinh do glutamate
BACE-1 (β-secretase)	4X7I	LY2886721	Ức chế tạo Aβ peptide
MAO A	2Z5X	Harmine	Giảm ROS, tăng dẫn truyền thần kinh
AChE	4EY7	Donepezil	Bảo tồn acetylcholine (ACh) trong khớp thần kinh

Workflow tổng thể

PubChem → 50 hợp chất Bacopa + 4 chất đối chứng
    ↓
Chuẩn bị protein (loại H₂O, gắn H, trường lực Kollman)
    ↓
Re-dock phối tử đồng kết tinh → Xác nhận RMSD ≤ 1.5 Å
    ↓
Docking 50 hợp chất × 4 protein đích (AutoDock Vina)
    ↓
Lọc: ΔG ≤ ΔG(đối chứng) + ức chế ≥3 đích → 15 hợp chất
    ↓
Sàng lọc RO5 (SCFBio) → 3 hợp chất giống thuốc
    ↓
Phân tích ADMET (pkCSM) → 3 ứng viên tiềm năng

Methodology

• Phương pháp phát triển: Nghiên cứu sàng lọc ảo (Virtual Screening) theo quy trình 3 bước tuần tự (Waterfall): docking → RO5 → ADMET
• Thuật toán tìm kiếm: Gradient Descent kết hợp với Iterated Local Search trong AutoDock Vina; số vòng lặp mặc định = 8; khoảng cách lưới (grid spacing) = 0.375 Å
• Hàm tính điểm (Scoring function): Hàm thực nghiệm mặc định của AutoDock Vina ước tính năng lượng tự do Gibbs (ΔG, kCal/mol)

---

Implementation và kết quả

Development process

Pha 1 – Chuẩn bị và xác thực quy trình: Tải 4 cấu trúc protein từ Protein Data Bank (PDB). Loại bỏ phân tử nước và các tinh thể tạp; bổ sung hydro thiếu; gắn trường lực Kollman bằng AutoDock Tools. Thiết lập grid box dựa trên vị trí phối tử đồng kết tinh:

NMDA (1PBQ):  grid size = 88×82×? Å,   center x=34.09
BACE-1(4X7I): grid size = 80×54×62 Å,  center x=27.58
MAO A (2Z5X): grid size = 55×?×12 Å,   center x=2.65
AChE (4EY7):  grid size = 59×?×51 Å,   center x=-2.86

Pha 2 – Re-dock và xác nhận RMSD:

Protein   | Phối tử đồng kết tinh          | ΔG (kCal/mol) | RMSD (Å)
----------|-------------------------------|---------------|----------
NMDA      | 5,7-dichlorokynurenic acid     | -5.687        | < 1.5
BACE-1    | LY2886721                     | -9.261        | < 1.5
MAO A     | Harmine                       | -6.x          | < 1.5
AChE      | Donepezil                     | -12.990       | < 1.5

Tất cả RMSD < 1.5 Å → quy trình docking được xác nhận là đáng tin cậy.

Pha 3 – Sàng lọc 50 hợp chất: Tối ưu hóa cấu trúc 3D phối tử bằng phương pháp Conjugate Gradients trong Avogadro, chuyển sang định dạng .pdbqt, thực hiện docking với AutoDock Vina.

Testing và validation

Tiêu chí lọc pha 1 (docking):

• ΔG ≤ ΔG(chất đối chứng) tương ứng
• Có khả năng ức chế ≥3 trong 4 đích

Kết quả: 15/50 hợp chất đáp ứng tiêu chí.

Tiêu chí lọc pha 2 (RO5):

Hợp chất	MW (Da)	HBD	HBA	logP	MR	Giống thuốc
Apigenin	270	3	5	2.195	✓(40–130)	Có (5/5)
Luteolin	~286	4	6	~1.9	✓	Có (5/5)
Ebelin lactone	454	1	3	7.479	✓	Có (vi phạm logP)
Bacopaside II	928	10	18	1.077	✗	Không
Bacopaside III	846	7	16	2.713	✗	Không

Kết quả: 3/15 hợp chất vượt qua sàng lọc RO5.

Kết quả ADMET

Thông số	Apigenin	Ebelin lactone	Luteolin
Caco2 (log Papp)	1.13	✓ cao	✓
HIA	Cao (>80%)	Cao	Cao
log BB (BBB)	-0.907	Trong ngưỡng	✓
log PS (CNS)	-2.251	—	-1.x (tốt nhất)
log VDss	0.153	✓	✓
CYP3A4 (cơ chất)	Không	Có	Không
CYP2D6 (ức chế)	Có	Không	Không
AMES toxicity	Không	Không	Không
Độc tính gan	Không	Không	Không
hERG inhibition	Không	Không	Không

Kết quả đạt được

• 3/3 hợp chất tiềm năng được xác định (Apigenin, Luteolin, Ebelin lactone)
• Apigenin và Luteolin thỏa mãn 5/5 tiêu chí RO5 — hiệu suất 100% so với quy tắc giống thuốc
• Không có hợp chất nào có độc tính AMES, độc tính gan hay ức chế kênh kali tim (hERG)
• Quy trình sàng lọc giảm từ 50 xuống còn 3 ứng viên, tỷ lệ lọc đạt 94%

---

Đổi mới và đóng góp

Đổi mới kỹ thuật

1. Tiếp cận đa đích (Multi-target Drug Design): Thay vì sàng lọc theo một đích duy nhất như phần lớn nghiên cứu trước, đề tài này đánh giá đồng thời 4 đích: NMDA, BACE-1, MAO A và AChE trong một quy trình sàng lọc liên tục. Apigenin được phát hiện tạo tương tác liên kết đặc trưng với cả 4 đích:

• NMDA: liên kết hydro với Arg131; liên kết π–anion với Asp224; liên kết π–σ với Ser180
• BACE-1: liên kết π–π với Tyr71; liên kết hydro với Thr329
• MAO A: liên kết alkyl/π–alkyl với Leu259, Lys280, Ile273
• AChE: liên kết π–π xếp chồng với Trp86, His447, Trp286

2. Ứng dụng thực vật học Ayurvedic vào sàng lọc ảo hiện đại: Bacopa monnieri đã được sử dụng trong y học Ayurvedic hơn 3.000 năm, nhưng đây là một trong các nghiên cứu đầu tiên tại Việt Nam hệ thống hóa 50 hợp chất của cây bằng in silico multi-target docking.

3. Phát hiện Ebelin lactone như ứng viên mới: Ebelin lactone (MW = 454 Da, logP = 7.479) không thỏa mãn hoàn toàn RO5 nhưng có năng lượng liên kết cạnh tranh và ADMET không độc — mở ra hướng tối ưu hóa cấu trúc (structural optimization) để giảm logP về ngưỡng chấp nhận (<5).

So sánh với prior art

Nghiên cứu	Đích	Phương pháp	Số hợp chất	Đổi mới của đề tài
Bệnh nhân Alzheimer điều trị bằng Donepezil (FDA, 1996)	AChE duy nhất	Lâm sàng	1	Sàng lọc 50 hợp chất, 4 đích
Nghiên cứu BACE-1 inhibitor (LY2886721, lâm sàng pha 2)	BACE-1 duy nhất	Synthetic chemistry	1	Multi-target; nguyên liệu tự nhiên
Đề tài này	4 đích đồng thời	In silico docking + RO5 + ADMET	50	Tiết kiệm chi phí; định hướng đa đích

---

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản ứng dụng

• Phòng thí nghiệm dược học: Apigenin và Luteolin có thể được đưa vào thử nghiệm in vitro ức chế AChE và MAO A ngay với chi phí thấp vì cả hai flavonoid này đều có sẵn thương mại.
• Công nghiệp dược phẩm: Ebelin lactone có thể là khung cấu trúc (scaffold) để tổng hợp dẫn xuất mới với logP được điều chỉnh.
• Nghiên cứu dược liệu học: Kết quả định hướng chiết xuất chuẩn hóa Bacopa monnieri tập trung vào phân đoạn giàu Apigenin/Luteolin.

Yêu cầu triển khai thực tế

• Thử nghiệm in vitro: Xác định IC₅₀ của Apigenin và Luteolin trên enzyme AChE tái tổ hợp (recombinant AChE)
• Thử nghiệm in vivo: Mô hình chuột chuyển gen APP/PS1 để đánh giá giảm mảng Aβ
• Chi phí ước tính giai đoạn tiếp theo: Thử nghiệm in vitro ~50–100 triệu VNĐ; in vivo pha tiền lâm sàng ~500–1.000 triệu VNĐ

Tiềm năng thị trường

Thị trường thuốc Alzheimer toàn cầu ước đạt 13,7 tỷ USD vào 2025. Một thuốc có cơ chế đa đích từ nguồn thảo dược có thể định vị trong phân khúc "functional nutraceutical" hoặc ứng viên thuốc kê đơn mới với lợi thế nguyên liệu sẵn có ở Việt Nam.

---

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

• Phương pháp docking phân tử là tĩnh — không mô phỏng sự linh hoạt của protein (protein flexibility) hay hiệu ứng dung môi (solvation effect) đầy đủ. Cần bổ sung bằng mô phỏng Molecular Dynamics (MD) để đánh giá độ bền phức hợp protein–ligand theo thời gian.
• Các thông số ADMET dự đoán in silico (pkCSM) có sai số so với thực nghiệm, đặc biệt đối với thấm BBB — cần xác nhận bằng mô hình tế bào MDCK hoặc PAMPA.
• Ebelin lactone vi phạm tiêu chí logP (7.479 > 5) → cần tối ưu hóa cấu trúc.

Hướng phát triển

1. MD Simulation: Chạy mô phỏng động lực học phân tử 100 ns cho Apigenin–AChE và Luteolin–BACE-1 để xác nhận độ bền liên kết
2. QSAR Modeling: Xây dựng mô hình định lượng cấu trúc–hoạt tính (Quantitative Structure–Activity Relationship) từ 50 hợp chất đã docking
3. Thực nghiệm xác nhận: Đo IC₅₀ của Apigenin, Luteolin với enzyme AChE và MAO A
4. Tối ưu hóa Ebelin lactone: Thiết kế dẫn xuất giảm logP bằng cách thêm nhóm hydroxyl hoặc amine phân cực

---

Đối tượng hưởng lợi

• Sinh viên Dược/Y: Tài liệu thực hành sàng lọc ảo với quy trình đầy đủ từ PDB → docking → RO5 → ADMET; sử dụng phần mềm miễn phí hoặc chi phí thấp
• Nhà nghiên cứu dược lý: Framework chuẩn để mở rộng sang sàng lọc 200–500 hợp chất từ các thảo dược Việt Nam khác; có thể tái sử dụng toàn bộ pipeline AutoDock Vina
• Doanh nghiệp dược phẩm: Định hướng R&D từ Bacopa monnieri — ước tính rút ngắn giai đoạn hit identification từ 2–3 năm xuống còn 3–6 tháng nhờ sàng lọc ảo
• Nhà hoạch định y tế: Bằng chứng khoa học bước đầu hỗ trợ chuẩn hóa và phát triển sản phẩm từ cây Rau đắng biển trong danh mục thuốc quốc gia

---

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật để tái hiện nghiên cứu? Máy tính Windows 10 (ví dụ: Dell Latitude E7450 trở lên), AutoDock Vina 1.1.2, AutoDock Tools 1.5.6, Discovery Studio 2021 Client (free), Avogadro, Chimera 1.x, kết nối internet để truy cập PubChem, pkCSM, SCFBio.

2. Tại sao chọn AutoDock Vina thay vì Glide hay GOLD? AutoDock Vina là phần mềm mã nguồn mở, miễn phí, có tốc độ tính toán nhanh hơn AutoDock 4 khoảng 100 lần, phù hợp với quy mô nghiên cứu sinh viên và đã được xác nhận rộng rãi trong cộng đồng docking phân tử.

3. Kết quả có thể mở rộng sang bao nhiêu hợp chất? Pipeline hiện tại có thể mở rộng lên hàng nghìn hợp chất bằng cách sử dụng scripting Python kết hợp AutoDock Vina batch mode và cluster computing.

4. Làm thế nào tích hợp với hệ thống nghiên cứu lâm sàng hiện tại? Kết quả in silico cần được xác nhận qua chuỗi: in vitro enzyme assay → in vitro cell assay → in vivo animal model → Phase I clinical trial. Đây là bước hit identification trong chuỗi Drug Discovery Pipeline.

5. Chi phí và ROI so với phương pháp HTS (High-Throughput Screening)? Sàng lọc ảo in silico chi phí gần như bằng 0 (phần mềm miễn phí, điện và thời gian). HTS truyền thống cho 50 hợp chất × 4 đích ước tính 200–400 triệu VNĐ. Tiết kiệm >95% chi phí ở giai đoạn hit identification.

---

Kết luận

Khóa luận đã thực hiện thành công quy trình sàng lọc ảo in silico ba bước cho 50 hợp chất từ Bacopa monnieri trên 4 đích phân tử liên quan đến bệnh Alzheimer. Kết quả nổi bật:

• Apigenin và Luteolin — hai flavonoid thỏa mãn toàn bộ 5 tiêu chí RO5, không có độc tính AMES/gan/tim, qua được hàng rào máu não, và có năng lượng liên kết cạnh tranh so với thuốc đối chứng FDA
• Ebelin lactone — ứng viên tiềm năng với ADMET tốt, cần tối ưu hóa cấu trúc để giảm logP
• Quy trình sàng lọc đa đích giúp tăng hiệu quả phát hiện ứng viên thuốc, đặc biệt có giá trị trong bối cảnh nguồn nguyên liệu thảo dược phong phú của Việt Nam

Nghiên cứu khẳng định tiềm năng của cây Rau đắng biển trong điều trị bệnh Alzheimer và cung cấp nền tảng khoa học để tiếp tục đánh giá thực nghiệm in vitro và in vivo, từng bước hướng tới phát triển thuốc từ thực vật có tác dụng đa đích trong điều trị bệnh thoái hóa thần kinh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1. Tổng quan về bệnh Alzheimer 1. Giới thiệu về bệnh Alzheimer Bệnh Alzheimer (được đặt theo tên của nhà tâm thần học người Đức Alois Alzheimer) là loại bệnh mất trí nhớ phổ biến nhất và được biết đến như là một bệnh thoái hóa thần kinh tiến triển chậm. Đây là một trong những nguyên nhân phổ biến của chứng sa sút trí tuệ và chủ yếu được phân biệt bởi sự suy giảm dần dần của trí nhớ và nhận thức 1.

Bệnh Alzheimer đặc trưng bởi các mảng thần kinh và đám rối sợi thần kinh (Hình 1.1) là kết quả của sự tích tụ amyloid-beta peptide (Aβ) trong vùng bị ảnh hưởng nhiều nhất của não, thùy thái dương trung gian và các cấu trúc thần kinh 2.1: Cấu trúc của não và tế bào thần kinh trong khỏe mạnh (a) và tế bào thần kinh trong não bị bệnh Alzheimer (b) 2 Luan van Bệnh Alzheimer, một bệnh lý nhận thức thần kinh, là nguyên nhân phổ biến nhất của sa sút trí tuệ; chiếm tới 60 tới 80% nguyên nhân sa sút trí tuệ ở người cao tuổi. Trên thế giới có hàng triệu người mắc bệnh Alzheimer và sa sút trí tuệ, Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) ước tính số người mắc bệnh Alzheimer đang tăng nhanh 10. Hiện tại, có khoảng 50 triệu bệnh nhân mắc Alzheimer trên toàn thế giới và con số này được dự báo sẽ tăng gấp đôi sau mỗi 5 năm và sẽ tăng lên tới 152 triệu vào năm 2050 2. Ở Mỹ, ước tính có khoảng 13% số người ≥ 65 và 45% người ≥ 85 bị bệnh Alzheimer.

Bệnh này tỷ lệ mắc ở phụ nữ như nam giới, một phần vì phụ nữ có tuổi thọ dài hơn. Tỷ lệ hiện mắc ở các nước công nghiệp hóa dự kiến sẽ tăng lên do tỷ lệ người cao tuổi tăng lên 11. Theo Hội thần kinh học Việt Nam, Bệnh Alzheimer là bệnh của người cao tuổi. Tỷ lệ mắc là 5% ở quãng tuổi 65 và 20% cho người trên 85 tuổi 3.

Tại Việt Nam, yếu tố gây bệnh đáng kể đầu tiên là chất độc da cam từ chiến tranh, các nhà nghiên cứu ước lượng, vào năm 2020 sẽ khoảng 432,000 cựu chiến binh mắc bệnh Alzheimer, trong đó có khoảng 140,000 trường hợp liên quan đến phơi nhiễm chất độc chiến tranh 4. Các giai đoạn của bệnh Các giai đoạn lâm sàng của bệnh Alzheimer có thể được phân loại thành: 1. Giai đoạn tiền lâm sàng hoặc giai đoạn tiền triệu chứng, có thể kéo dài vài năm hoặc hơn. Giai đoạn này được đặc trưng bởi mất trí nhớ nhẹ và thay đổi bệnh lý sớm ở vỏ não và hồi hải mã, không có suy giảm chức năng trong các hoạt động hàng ngày và không có các dấu hiệu và triệu chứng lâm sàng của bệnh Alzheimer 12-14.

Giai đoạn nhẹ hoặc giai đoạn đầu của bệnh, một số triệu chứng bắt đầu xuất hiện, chẳng hạn như bệnh nhân gặp khó khăn trong cuộc sống hàng ngày, mất tập trung và trí nhớ, mất phương hướng về địa điểm và thời gian, thay đổi tâm trạng, và sự phát triển của bệnh trầm cảm 14,15. Giai đoạn bệnh Alzheimer phát triển trung bình, trong đó bệnh lây lan đến các vùng vỏ não dẫn đến mất trí nhớ ngày càng tăng, khó nhận biết gia đình và bạn bè, mất kiểm soát xung động và khó đọc, viết và nói 14. Alzheimer giai đoạn nặng hoặc giai đoạn muộn, bao gồm sự lây lan của bệnh đến toàn bộ vùng vỏ não với sự tích tụ nghiêm trọng của các 3 Luan van mảng thần kinh và các đám rối sợi thần kinh, dẫn đến suy giảm chức năng và nhận thức tiến triển mà bệnh nhân không thể nhận ra gia đình của và có thể nằm liệt giường, khó khăn trong việc nuốt và đi tiểu, và cuối cùng dẫn đến cái chết của bệnh nhân do những biến chứng này 12,16. Nguyên nhân và cơ chế bệnh sinh Bệnh Alzheimer đã được coi là một bệnh đa yếu tố liên quan đến một số yếu tố nguy cơ (Hình 1.2) chẳng hạn như tuổi tác ngày càng tăng, các yếu tố di truyền, chấn thương đầu, bệnh mạch máu, nhiễm trùng và các yếu tố môi trường (kim loại nặng, kim loại vi lượng, và các yếu tố khác) 2.2: Các yếu tố nguy cơ của bệnh Alzheimer Nguyên nhân cơ bản của những thay đổi bệnh lý trong bệnh Alzheimer vẫn chưa được biết.

Một số giả thuyết được đưa ra như một nguyên nhân gây ra bênh Alzheimer nhưng hai trong số chúng được cho là nguyên nhân chính: một số người tin rằng sự suy giảm chức năng cholinergic là một yếu tố nguy cơ quan trọng đối với bệnh Alzheimer, trong khi những giả thuyết khác cho rằng nguyên nhân do sự thay đổi trong sản xuất amyloid β-protein. Tuy nhiên, hiện nay, không có lý thuyết nào được chấp nhận để giải thích cơ chế bệnh sinh của bệnh Alzheimer 5,6. Các giả thuyết về các đích phân tử trong bệnh Alzheimer Các dấu hiệu bệnh lý chính của bệnh Azheimer bao gồm mất tế bào thần kinh và khớp thần kinh lan rộng, sự hiện diện quá mức của tế bào hình sao, và sự kết tụ của nhiều chất lắng đọng protein, ví dụ như mảng β-amyloid và đám rối sợi thần kinh (NFT) 17. Số lượng các giả thuyết được đề xuất trong suốt nhiều năm để mô tả nguyên nhân gốc rễ của Alzheimer như sản xuất β-amyloid, giả thuyết cholinergic, độc tính kích thích và giả thuyết stress oxy hóa 7 như được tóm tắt trong Hình 1.3: Cơ chế bệnh sinh của bệnh Alzheimer và sự can thiệp điều trị (1) Kích hoạt chất ức chế acetylcholine (ACh) dẫn đến thâm hụt ACH trong não bị ảnh hưởng và thuốc ức chế acetylcholinesterase (Donepezil).

(2) Sự tạo và tổng hợp Aβ và các vị trí của nó để can thiệp điều trị. Tất cả các loại thuốc hiện được sử dụng trong lĩnh vực này đều đang trong giai đoạn thử nghiệm lâm sàng. (3) Ứng suất oxy hóa; ROS có thể làm trầm trọng thêm và kích hoạt bệnh, chất chống oxy hóa có thể hữu ích. (4) Rối loạn chức năng glutamatergic và sự kích thích đóng vai trò trong cơ chế bệnh sinh của bệnh Alzheimer.

Thuốc đối kháng thụ thể NMDA (Memantine) là lựa chọn điều trị Các mảng lão hóa là đặc điểm thần kinh chính và phân biệt của bệnh Alzheimer liên quan trực tiếp đến sự khởi phát và tiến triển của nó 18. Việc sản xuất amyloid beta (Aβ) diễn ra bởi sự phân cắt protein của protein beta-secretase trên 5 Luan van protein tiền thân amyloid (APP) 19. Aβ chủ yếu được chia thành hai dạng đồng dạng, dựa trên độ dài của axit amin, Aβ của 40 gốc axit amin (Aβ40) và Aβ của 42 gốc axit amin (Aβ42) là hai dạng đồng dạng. Mặc dù Aβ42 chỉ khác nhau ở 2 axit amin, nhưng nó lại gây độc cho thần kinh hơn nhiều và tổng hợp nhanh hơn so với Aβ40.

Trong dịch não tủy (CSF), sự hiện diện của Aβ42 là một dấu ấn sinh học nổi tiếng của bệnh Alzheimer, và được sử dụng trong cả nghiên cứu và trong thực hành lâm sàng 20. Mức độ tăng của Aβ42 so với Aβ40 thường được coi là đóng một vai trò quan trọng. Tỷ lệ Aβ42/Aβ40 tăng lên có liên quan chặt chẽ đến sự đột biến presenilin và liên quan đến khởi phát sớm của bệnh Alzheimer 21. Mặc dù Aβ40 có mặt ở trong não nhiểu hơn Aβ42, nhưng Aβ42 là thành phần chính trong mảng amyloid, do tính chất dễ kết tụ của nó 21.

Alzheimer cũng được đặc trưng bởi sự thiếu hụt cholinergic trong não bị ảnh hưởng. Các tế bào thần kinh giải phóng acetylcholine, đặc biệt là ở các thân tế bào nằm trong não trước bị thoái hóa trong bệnh Alzheimer, ảnh hưởng đến các chức năng nhận thức và trí nhớ vì những tế bào thần kinh này rất quan trọng trong hoạt động bình thường của vỏ não và các cấu trúc liên quan. Trong bệnh Alzheimer có sự biến đổi và thay đổi tính đa hình của acetylcholinesterase (AChE) trong não 22. Mức độ AChE tăng lên xung quanh các mảng Aβ và NFT là đặc điểm thường được báo cáo trong bệnh Alzheimer.

Liệu pháp điều trị bệnh Alzheimer hiện tại chủ yếu dựa trên việc sử dụng các chất ức chế AChE (AChE-I). Tác dụng của những AChE- I này là tạm thời do sự điều hòa hoạt động của AChE sau khi điều trị AChE-I mãn tính 23. Một cơ chế khác của bệnh Alzheimer là do sự hiện diện quá mức của các loại oxy phản ứng (ROS) trong ty thể. Sự gia tăng ROS này là do lão hóa hoặc căng thẳng và nếu hệ thống chống oxy hóa của cơ thể không thể đối phó với tình trạng này thì bệnh có thể phát triển.

Vai trò của stress oxy hóa trong Alzheimer được thể hiện rõ ràng từ thực tế là não của những bệnh nhân này bị tổn thương oxy hóa đáng kể 24. Monoamine oxidase (MOA), cũng tham gia vào sự tiến triển của bệnh bằng cách tăng ROS trong não. MAO và các isoenzyme của nó tức là MAO-A và MAO- B có trách nhiệm xúc tác các amin sinh học, như serotonin, dopamine và norepinephrine, do đó, sự ức chế của nó dẫn đến tăng mức độ dẫn truyền thần kinh trong CNS 25. Tương tự, glutamate dẫn truyền thần kinh kích thích quan trọng có liên quan đến sự dẻo dai của khớp thần kinh và cũng có liên quan đến bệnh Alzheimer.

Rối 6 Luan van loạn chức năng trong hệ thống glutamate được phát hiện có liên quan đến căng thẳng oxy hóa liên kết peptit Aβ. Stress oxy hóa dẫn đến giảm hoạt động của glutamate synthase, dẫn đến mức glutamate trong não cao hơn đáng kể 26. Sự kích hoạt quá mức của thụ thể N-methyl-D-aspartate (NMDA) do quá nhiều glutamate dẫn đến dòng chảy liên tục các ion canxi (Ca2+) vào các tế bào thần kinh, tạo ra độc tính kích thích chậm ở mức sau synap, cuối cùng dẫn đến tác dụng thoái hóa thần kinh dần dần ở bệnh nhân Alzheimer 27. Do đó, các chất đối kháng thụ thể NMDA có thể có lợi về mặt điều trị trong điều trị bệnh Alzheimer.

Điều trị Việc ức chế các mục tiêu này riêng lẻ bằng các loại thuốc hiện đang được phê duyệt hoặc đang phát triển đã được chứng minh là tương đối không thành công trong việc đảo ngược sự tiến triển của bệnh Alzheimer 28. Các loại thuốc khác cũng được phát triển và không thành công trong các thử nghiệm lâm sàng, bao gồm kháng thể chống Aβ (solanezumab và bapineuzumab), chất ức chế γ-Secretase (semagacestat, avagacestat và tarenflurbil) và chất ức chế β- secretase (BACE) (Lanabecestat, verubecestat và atabecestat). Triệu chứng liên quan đến nhận thức ảnh hưởng đến trí nhớ, khả năng nhận biết, ngôn ngữ, óc phán đoán và các quá trình tư duy khác.