Hà thị tâm tiến đại học khoa học tự nhiên

Chuyên khảo phân tích Hà thị tâm tiến đại học khoa học tự nhiên, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Tác giả: Hà Thị Tâm Tiến
• Người hướng dẫn: TS. Đỗ Thị Tuyên
• Trường học: Đại học Khoa học tự nhiên
• Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
• Đề tài: Nâng cao khả năng sinh tổng hợp và tinh sạch hoạt chất acarbose từ chủng Actinoplanes sp. KCTC 9161
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Khái quát về acarbose
• 1.2. Cơ chế hoạt động của acarbose
• 1.3. Vai trò của acarbose
• 1.3.1. Vai trò của acarbose đối với bệnh đái tháo đường
• 1.4. Vai trò Actinoplanes trong sinh tổng hợp acarbose
• 1.5. Đại cƣơng về Actinoplanes
• 1.6. Chủng Actinoplanes sp.
• 1.7. Ứng dụng Actinoplanes trong sản xuất acarbose
• 1.8. Nghiên cứu hoạt chất acarbose trên thế giới
• 1.9. Nghiên cứu về sản xuất acarbose
• 1.10. Nghiên cứu về ứng dụng đột biến trên vi sinh vật
• 1.11. Các phƣơng pháp tinh sạch và thu nhận acarbose
• 1.12. Nghiên cứu sản xuất acarbose trong nƣớc
• 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP
• 2.1. Vật liệu và hóa chất
• 2.2. Môi trƣờng
• 2.3. Thiết bị thí nghiệm
• 2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu
• 2.5. Lên men chìm nuôi cấy vi sinh vật
• 2.6. Lựa chọn môi trƣờng lên men sinh tổng hợp acarbose của chủng Actinoplanes sp.
• 2.7. Ảnh hƣởng của thời gian nuôi cấy
• 2.8. Ảnh hƣởng của nguồn carbon và nitrogen khi nuôi cấy
• 2.9. Ảnh hƣởng của tốc độ lắc, nhiệt độ và pH khi nuôi cấy
• 2.10. Gây đột biến bằng NTG
• 2.11. Sắc ký lớp mỏng TLC
• 2.12. Hoạt tính ức chế α-glucosidase của hoạt chất acarbose
• 2.13. Tách chiết và tinh sạch acarbose
• 2.13.1. Tách chiết và tinh sạch sơ bộ
• 2.13.2. Tinh sạch acarbose bằng sắc ký cột
• 2.13.3. Sắc ký lỏng cao áp (HPLC)
• 2.13.4. Sắc ký lỏng ghép khối phổ
• 2.13.5. Xác định cấu trúc phân tử acarbose bằng cộng hƣởng từ hạt nhân
• 2.14. Phƣơng pháp xử lý số liệu
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Lựa chọn môi trƣờng nuôi cấy
• 3.2. Tối ƣu các thành phần môi trƣờng và các điều kiện nuôi cấy
• 3.3. Ảnh hƣởng của thời gian
• 3.4. Ảnh hƣởng của nguồn maltose
• 3.5. Ảnh hƣởng của nguồn glucose
• 3.6. Ảnh hƣởng của nguồn bột ngô
• 3.7. Ảnh hƣởng của pH môi trƣờng
• 3.8. Ảnh hƣởng của nhiệt độ nuôi cấy
• 3.9. Ảnh hƣởng của tốc độ lắc
• 3.10. Môi trƣờng và điều kiện nuôi cấy tối ƣu
• 3.11. Xác định hàm lƣợng acarbose bằng HPLC
• 3.12. Gây đột biến chủng Actinoplanes sp.
• 3.13. Tinh sạch acarbose có hoạt tính ức chế α-glucosidase
• 3.13.1. Chọn lựa các phƣơng pháp tinh sạch acarbose từ dịch lên men chủng Actinoplanes sp.
• 3.13.2. Tinh sạch bằng sắc ký hấp thụ silica gel
• 3.13.3. Tinh sạch bằng sắc ký lọc gel sephadex G100
• 3.13.4. Tinh sạch bằng cột than hoạt tính 1
• 3.13.5. Chọn lựa các phƣơng pháp tinh sạch acarbose từ dịch qua cột than 1
• 3.13.6. Tinh sạch bằng sắc ký trao đổi anion amberlite IRA400
• 3.13.7. Tinh sạch bằng sắc ký trao đổi anion DEAE-sepharose
• 3.13.8. Tinh sạch và thu nhận acarbose
• 3.13.9. Hoạt tính ức chế α-glucosidase
• 3.13.10. Xác định cấu trúc hóa học acarbose
• 3.13.11. Quy trình tách chiết tinh sạch acarbose
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về khả năng sinh tổng hợp acarbose hiệu quả

Acarbose là một hợp chất hữu cơ có tác dụng ức chế enzyme α-glucosidase, giúp kiểm soát đường huyết ở bệnh nhân đái tháo đường type 2. Việc nâng cao khả năng sinh tổng hợp acarbose từ chủng Actinoplanes sp. KCTC 9161 là một hướng nghiên cứu quan trọng nhằm đáp ứng nhu cầu điều trị bệnh đái tháo đường. Nghiên cứu này không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn tạo ra nguồn nguyên liệu dược phẩm trong nước.

1.1. Khái niệm về acarbose và vai trò của nó

Acarbose là một pseudo-oligosaccharide có tác dụng ức chế α-glucosidase, giúp làm giảm nồng độ đường huyết sau ăn. Nó có vai trò quan trọng trong điều trị bệnh đái tháo đường type 2, giúp bệnh nhân kiểm soát lượng đường trong máu hiệu quả hơn.

1.2. Tình hình nghiên cứu acarbose trên thế giới

Nghiên cứu về acarbose đã được thực hiện rộng rãi trên thế giới, với nhiều phương pháp sản xuất khác nhau. Các nghiên cứu này đã chỉ ra rằng việc sử dụng vi sinh vật như Actinoplanes có thể nâng cao hiệu quả sinh tổng hợp acarbose.

II. Thách thức trong việc nâng cao khả năng sinh tổng hợp acarbose

Mặc dù acarbose có nhiều lợi ích trong điều trị bệnh đái tháo đường, nhưng việc sản xuất nó vẫn gặp nhiều thách thức. Các vấn đề như chi phí sản xuất cao, hiệu suất sinh tổng hợp thấp và sự phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu nhập khẩu là những yếu tố cần được giải quyết.

2.1. Chi phí sản xuất acarbose từ vi sinh vật

Chi phí sản xuất acarbose từ vi sinh vật như Actinoplanes thường cao do yêu cầu về môi trường nuôi cấy và quy trình tinh sạch phức tạp. Việc tối ưu hóa quy trình này là cần thiết để giảm chi phí.

2.2. Hiệu suất sinh tổng hợp acarbose từ Actinoplanes

Hiệu suất sinh tổng hợp acarbose từ chủng Actinoplanes sp. KCTC 9161 còn thấp, điều này đòi hỏi các nghiên cứu sâu hơn về điều kiện nuôi cấy và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh tổng hợp.

III. Phương pháp nâng cao khả năng sinh tổng hợp acarbose

Để nâng cao khả năng sinh tổng hợp acarbose, nhiều phương pháp đã được nghiên cứu và áp dụng. Các phương pháp này bao gồm tối ưu hóa môi trường nuôi cấy, sử dụng công nghệ gây đột biến và cải tiến quy trình tinh sạch.

3.1. Tối ưu hóa môi trường nuôi cấy cho Actinoplanes

Việc tối ưu hóa các thành phần trong môi trường nuôi cấy như nguồn carbon, nitrogen và các yếu tố môi trường khác có thể giúp tăng cường khả năng sinh tổng hợp acarbose từ Actinoplanes.

3.2. Sử dụng công nghệ gây đột biến để cải thiện chủng

Công nghệ gây đột biến có thể tạo ra các dòng vi sinh vật mới với khả năng sinh tổng hợp acarbose cao hơn. Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng việc áp dụng các phương pháp gây đột biến có thể mang lại kết quả tích cực.

IV. Ứng dụng thực tiễn của acarbose trong điều trị bệnh đái tháo đường

Acarbose đã được chứng minh là có hiệu quả trong việc kiểm soát đường huyết ở bệnh nhân đái tháo đường type 2. Việc sản xuất acarbose trong nước sẽ giúp giảm chi phí điều trị và tăng cường khả năng tiếp cận thuốc cho bệnh nhân.

4.1. Tác dụng của acarbose đối với bệnh nhân đái tháo đường

Acarbose giúp làm giảm nồng độ đường huyết sau ăn, không làm tăng insulin huyết và không gây đề kháng insulin, từ đó bảo vệ tế bào beta và giảm các biến chứng do tiểu đường.

4.2. Kết quả nghiên cứu về hiệu quả của acarbose

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng acarbose có thể làm giảm nồng độ HbA1c và triglyceride, từ đó cải thiện tình trạng sức khỏe của bệnh nhân đái tháo đường.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu acarbose

Nghiên cứu về khả năng sinh tổng hợp acarbose từ Actinoplanes sp. KCTC 9161 không chỉ mang lại giá trị kinh tế mà còn góp phần vào việc cải thiện sức khỏe cộng đồng. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mở ra nhiều cơ hội mới trong điều trị bệnh đái tháo đường.

5.1. Tương lai của sản xuất acarbose trong nước

Việc phát triển quy trình sản xuất acarbose trong nước sẽ giúp giảm phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu và tạo ra sản phẩm chất lượng cao với giá thành hợp lý.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực này

Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc cải tiến quy trình sản xuất và mở rộng ứng dụng của acarbose trong điều trị các bệnh lý khác liên quan đến rối loạn chuyển hóa.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Bệnh đái tháo đường (ĐTĐ) hiện là một trong những vấn đề sức khỏe toàn cầu với khoảng 347 triệu người mắc bệnh, trong đó 90% là ĐTĐ type 2. Theo ước tính của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), mỗi năm có khoảng 3,4 triệu người tử vong do ĐTĐ, phần lớn xảy ra ở các nước đang phát triển. Ở Việt Nam, tỷ lệ mắc ĐTĐ năm 2012 là 5,7%, với mức tăng 8-10% mỗi năm, khiến Việt Nam trở thành quốc gia có tốc độ gia tăng bệnh nhanh nhất thế giới. Chi phí y tế dành cho ĐTĐ chiếm khoảng 6% ngân sách ngành y tế, chủ yếu tập trung vào điều trị biến chứng như bệnh tim mạch, suy thận, mù lòa.

Acarbose là một hoạt chất pseudo-oligosaccharide có tác dụng ức chế enzyme α-glucosidase, giúp giảm đường huyết sau ăn mà không làm tăng insulin huyết hay gây đề kháng insulin. Hoạt chất này được sản xuất chủ yếu từ các chủng vi sinh vật thuộc chi Actinoplanes. Tuy nhiên, tại Việt Nam, nguồn dược phẩm acarbose chủ yếu nhập khẩu với giá thành cao, trong khi các nguồn thảo dược có hàm lượng hoạt chất thấp và phụ thuộc vào mùa vụ. Do đó, việc nghiên cứu nâng cao khả năng sinh tổng hợp và tinh sạch acarbose từ chủng Actinoplanes sp. KCTC 9161 là cấp thiết nhằm chủ động nguồn nguyên liệu, giảm chi phí và nâng cao hiệu quả điều trị ĐTĐ type 2.

Mục tiêu nghiên cứu gồm: tối ưu môi trường lên men để tăng năng suất acarbose, nâng cao khả năng sản xuất bằng phương pháp gây đột biến, và xây dựng quy trình tách chiết, tinh sạch acarbose. Nghiên cứu được thực hiện tại Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam trong giai đoạn 2012-2013, với ý nghĩa quan trọng trong phát triển công nghệ sinh học dược phẩm trong nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Cơ chế hoạt động của acarbose: Acarbose ức chế cạnh tranh enzyme α-glucosidase tại ruột non, ngăn cản thủy phân oligosaccharide thành glucose, từ đó giảm tăng đường huyết sau ăn mà không ảnh hưởng đến insulin (Bischoff, 1994).

• Sinh tổng hợp acarbose từ Actinoplanes: Chi Actinoplanes là nhóm vi sinh vật gram dương, sinh sản bằng bào tử, có khả năng sinh tổng hợp acarbose với cấu trúc phân tử phức tạp. Cụm gene acb gồm 41.323 bp mã hóa các enzyme tổng hợp acarbose (Hemker et al., 2001).

• Phương pháp gây đột biến vi sinh vật: Sử dụng hóa chất NTG để tạo đột biến điểm trên DNA nhằm tăng năng suất sinh tổng hợp acarbose bằng cách thay đổi các gene liên quan đến chuyển hóa (Quyền Đình Thi et al., 2011).

• Các phương pháp tinh sạch acarbose: Sắc ký hấp phụ silica gel, sắc ký lọc gel Sephadex G100, sắc ký trao đổi ion (amberlite IRA400, DEAE-sepharose), và sắc ký lỏng cao áp (HPLC) được áp dụng để tách chiết và tinh sạch acarbose đạt độ tinh khiết trên 95% (Keri et al., 2002; Hong et al., 2003).

Các khái niệm chính bao gồm: α-glucosidase, pseudo-oligosaccharide, đột biến điểm, sắc ký trao đổi ion, và hoạt tính ức chế enzyme.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Chủng vi sinh vật Actinoplanes sp. KCTC 9161 được cung cấp bởi Bảo tàng giống chuẩn vi sinh vật Hàn Quốc. Các hóa chất tinh khiết như acarbose chuẩn, enzyme α-glucosidase, NTG, các dung môi sắc ký được sử dụng.

• Phương pháp phân tích: Nuôi cấy lên men chìm trong các môi trường MT1 đến MT5 với thành phần khác nhau để khảo sát ảnh hưởng đến sinh tổng hợp acarbose. Hoạt tính acarbose được đánh giá bằng sắc ký lớp mỏng (TLC) và hoạt tính ức chế α-glucosidase đo quang phổ ở bước sóng 415 nm. Tinh sạch acarbose thực hiện qua các bước sắc ký hấp phụ, lọc gel, trao đổi ion và xác định cấu trúc bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) và sắc ký lỏng ghép khối phổ (LC-MS).

• Timeline nghiên cứu: Quá trình nuôi cấy và khảo sát điều kiện lên men kéo dài 192 giờ, với các lần lấy mẫu định kỳ 24 giờ. Gây đột biến bằng NTG thực hiện trong 3 khoảng thời gian 30, 60, 90 phút với các nồng độ NTG khác nhau. Tinh sạch và phân tích acarbose được tiến hành sau khi thu dịch lên men.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Chủng Actinoplanes sp. KCTC 9161 được sử dụng làm mẫu nghiên cứu chính. Các dòng đột biến được lựa chọn dựa trên hoạt tính ức chế α-glucosidase cao hơn chủng gốc.

• Xử lý số liệu: Sử dụng phần mềm Excel để tính trung bình và sai số chuẩn từ ba lần lặp lại thí nghiệm, đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Lựa chọn môi trường lên men tối ưu: Trong 5 môi trường MT1 đến MT5, môi trường MT1 (30 g/l maltose, 30 g/l glucose, 10 g/l bột ngô, 1 g/l monosodium glutamate, các khoáng chất) cho năng suất acarbose cao nhất với hoạt tính ức chế α-glucosidase đạt 52,2%, vượt trội so với MT2 (45,1%) và MT4 (46,6%). Môi trường MT3 không sinh tổng hợp acarbose do thiếu maltose và glucose.

2. Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy: Acarbose bắt đầu sinh tổng hợp rõ rệt sau 96 giờ, đạt đỉnh tại 192 giờ với hoạt tính ức chế α-glucosidase 55,2%, sau đó giảm nhẹ do chuyển hóa thành các hợp chất khác. Thời gian lên men tối ưu là 192 giờ.

3. Ảnh hưởng của nồng độ maltose: Năng suất acarbose tăng theo nồng độ maltose từ 20 đến 50 g/l, đạt hoạt tính ức chế α-glucosidase 51,9% tại 50 g/l. Khi tăng lên 60 g/l, hoạt tính giảm nhẹ còn 49,2%, cho thấy nồng độ maltose tối ưu là 50 g/l.

4. Ảnh hưởng của nồng độ glucose: Hoạt tính ức chế α-glucosidase tăng từ 29,3% đến 44,4% khi glucose tăng từ 10 đến 50 g/l, nhưng sự khác biệt không đáng kể khi vượt quá 30 g/l. Nồng độ glucose tối ưu được xác định là 30 g/l để cân bằng hiệu quả và kinh tế.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu phù hợp với các báo cáo quốc tế về vai trò quan trọng của maltose và glucose trong sinh tổng hợp acarbose từ Actinoplanes. Maltose không chỉ là nguồn carbon mà còn là đơn vị cấu thành trực tiếp của acarbose, do đó duy trì nồng độ maltose cao trong môi trường lên men là yếu tố quyết định năng suất. Glucose chủ yếu hỗ trợ sự phát triển của chủng vi sinh vật, đảm bảo điều kiện sinh trưởng tối ưu.

Thời gian lên men 192 giờ tương đồng với các nghiên cứu trước đây, cho thấy giai đoạn này là thời điểm acarbose được tổng hợp mạnh nhất trước khi bị chuyển hóa. Việc giảm hoạt tính sau 192 giờ có thể do enzyme isomerase chuyển hóa acarbose thành thành phần C, điều này cũng được báo cáo trong các nghiên cứu về gene TreY.

Phương pháp gây đột biến bằng NTG đã tạo ra các dòng biến thể có hoạt tính ức chế α-glucosidase cao hơn gấp 3 lần chủng gốc, chứng tỏ hiệu quả trong việc nâng cao năng suất acarbose. Các bước tinh sạch acarbose qua sắc ký trao đổi ion và lọc gel đã đạt độ tinh khiết trên 95%, đảm bảo chất lượng hoạt chất cho ứng dụng dược phẩm.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ sắc ký TLC thể hiện sự xuất hiện băng acarbose theo thời gian và nồng độ maltose, glucose; biểu đồ cột so sánh hoạt tính ức chế α-glucosidase trong các môi trường và điều kiện khác nhau; bảng tổng hợp các dòng đột biến và hoạt tính tương ứng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu quy trình lên men công nghiệp: Áp dụng môi trường MT1 với nồng độ maltose 50 g/l và glucose 30 g/l, thời gian lên men 192 giờ để đạt năng suất acarbose cao nhất. Thực hiện trong vòng 6-12 tháng tại các nhà máy sản xuất dược phẩm.

2. Ứng dụng phương pháp gây đột biến NTG: Tiếp tục phát triển và lựa chọn các dòng đột biến có năng suất acarbose cao hơn chủng gốc, nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất. Khuyến nghị thực hiện trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới.

3. Xây dựng quy trình tinh sạch chuẩn hóa: Áp dụng các bước sắc ký trao đổi ion, lọc gel Sephadex G100 và sắc ký hấp phụ silica gel để thu nhận acarbose tinh khiết trên 95%, đảm bảo chất lượng dược phẩm. Thời gian triển khai 3-6 tháng.

4. Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật cho cán bộ kỹ thuật và công nhân tại các cơ sở sản xuất dược phẩm trong nước nhằm nâng cao năng lực sản xuất acarbose nội địa, giảm phụ thuộc nhập khẩu.

5. Nghiên cứu mở rộng: Khuyến khích nghiên cứu bổ sung các chất cảm ứng như S-adenosylmethionine (SAM) hoặc validamine để tăng năng suất acarbose, đồng thời nghiên cứu gene liên quan để phát triển các dòng chủng cải tiến.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Sinh học thực nghiệm, Công nghệ sinh học: Nghiên cứu cung cấp kiến thức chuyên sâu về sinh tổng hợp acarbose, kỹ thuật nuôi cấy vi sinh vật và tinh sạch hoạt chất, hỗ trợ phát triển đề tài liên quan.

2. Doanh nghiệp sản xuất dược phẩm và thực phẩm chức năng: Tham khảo quy trình công nghệ sản xuất acarbose từ vi sinh vật, giúp chủ động nguồn nguyên liệu, giảm chi phí nhập khẩu và nâng cao chất lượng sản phẩm.

3. Cơ quan quản lý y tế và khoa học công nghệ: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách phát triển công nghệ sinh học dược phẩm trong nước, thúc đẩy nghiên cứu ứng dụng và sản xuất thuốc điều trị ĐTĐ.

4. Bác sĩ và chuyên gia y tế điều trị bệnh ĐTĐ: Hiểu rõ cơ chế tác dụng và nguồn gốc hoạt chất acarbose, từ đó tư vấn và lựa chọn thuốc phù hợp cho bệnh nhân, nâng cao hiệu quả điều trị.

Câu hỏi thường gặp

1. Acarbose là gì và cơ chế hoạt động ra sao?
   Acarbose là một pseudo-oligosaccharide ức chế cạnh tranh enzyme α-glucosidase tại ruột non, ngăn cản thủy phân oligosaccharide thành glucose, giúp giảm tăng đường huyết sau ăn mà không làm tăng insulin huyết.

2. Tại sao chọn chủng Actinoplanes sp. KCTC 9161 để nghiên cứu?
   Chủng này có khả năng sinh tổng hợp acarbose cao, được bảo tồn và cung cấp bởi Bảo tàng giống chuẩn vi sinh vật Hàn Quốc, phù hợp cho nghiên cứu nâng cao năng suất và tinh sạch hoạt chất.

3. Phương pháp gây đột biến NTG có ưu điểm gì?
   NTG gây đột biến điểm trên DNA, làm thay đổi gene liên quan đến sinh tổng hợp acarbose, giúp tạo ra các dòng biến thể có năng suất cao hơn chủng gốc, tăng hiệu quả sản xuất.

4. Làm thế nào để đánh giá hoạt tính acarbose trong dịch lên men?
   Sử dụng sắc ký lớp mỏng (TLC) để phát hiện băng acarbose và đo hoạt tính

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Khái quát về acarbose Acarbose là một pseudo-oligosacharide có tên hóa học O{4,6-dideoxy-4[1S- (1,4,6/5)-4,5,6-trihydroxy-3-hydroxymethyl-2-cyclohexen-1-yl]-amino-α-D-gluco- pyranosyl}-(1→4)-O-α-D-glucopyranosyl-(1→4)-D-glucopyranose. Acarbose có cấu trúc lõi acarviosyl gồm một nửa valienamine liên kết với 4-amino-4,6- dideoxyglucose qua liên kết N-glycosidic (Hình 1.

Acarviosyl liên kết với phân tử maltose qua liên kết α-1,4 tạo nên phân tử acarbose hoàn chỉnh (Truscheit, et al. Acarbose thành phẩm có dạng bột màu trắng, trọng lƣợng phân tử 645,6, có thể hòa tan trong nƣớc, trong ethanol, methanol, có pKa 5,1 và công thức phân tử C25H43NO18. Cấu trúc hóa học của acarbose 1. Cơ chế hoạt động của acarbose Acarbose là một chất ức chế cạnh tranh.

Khả năng ức chế cạnh tranh của acarbose có đƣợc là nhờ vào cấu tạo phân tử của nó. Acarbose có cấu trúc và kích thƣớc gần giống với một tetrasachacride: gồm có bốn tiểu phần nhỏ cấu tạo nên. Bốn tiểu phần này nối với nhau bằng liên kết α-1,4 giống nhƣ trong phân tử đƣờng. Do đó, acarbose có thể liên kết dễ dàng với α-glucosidase, cạnh tranh vị trí liên kết với các oligosaccharide (Hình 1.

Luận văn thạc sĩ khoa học 2013 3 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Hà Thị Tâm Tiến Đại học Khoa học tự nhiên Hình 1. Cơ chế hoạt động của acarbose trong ruột non (Bischoff, 1994) Khi ăn, tinh bột bị α-amylase thủy phân thành các oligosaccharide; ở màng ruột non, α-glucosidase tiếp tục thủy phân oligosaccharide, trisaccharide và disaccharide thành glucose và các monosaccharide khác. Acarbose liên kết trực tiếp với α- glucosidase ở bề mặt niêm mạc ruột non, những liên kết trên có thể kéo dài từ 4-6 giờ, khi đó α-glucosidase không thể liên kết để thủy phân oligosaccharide thành glucose. Do đó bệnh nhân tiểu đƣờng tránh đƣợc hiện tƣợng tăng đƣờng huyết sau khi ăn.

Acarbose không có hoạt tính ức chế lactase và do đó không gây ra hiện tƣợng không dung nạp lactose trong cơ thể (Công báo số 119, Bộ Y tế, 2012). Hấp thu acarbose: sau khi uống phần lớn acarbose lƣu lại trong ống tiêu hóa để đƣợc các enzyme tiêu hóa và chủ yếu là vi khuẩn đƣờng ruột chuyển hóa để acarbose phát huy tác dụng dƣợc lý. Dƣới 2% liều uống đƣợc hấp thụ dƣới dạng thuốc có hoạt tính, trong khi đó khoảng 35% liều uống đƣợc hấp thu chậm dƣới dạng chất chuyển hóa đƣợc tạo thành trong đƣờng tiêu hóa. Nồng độ đỉnh acarbose trong huyết tƣơng khoảng 1 giờ sau khi uống.

Nồng độ đỉnh các chất chuyển hóa trong huyết tƣơng từ 14-24 giờ sau khi uống. Chuyển hóa acarbose: acarbose đƣợc chuyển hóa hoàn toàn ở đƣờng tiêu hóa, chủ yếu do vi khuẩn chí đƣờng ruột và một lƣợng ít hơn do enzyme tiêu hóa. Luận văn thạc sĩ khoa học 2013 4 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Hà Thị Tâm Tiến Đại học Khoa học tự nhiên Đào thải: acarbose hoạt tính đƣợc sử dụng trong huyết tƣơng khoảng 2 giờ, không có hiện tƣợng tích lũy khi uống 3 lần mỗi ngày. 51% liều uống đƣợc đào thải qua phân dƣới dạng acarbose không hấp thu trong vòng 96 giờ.

Khoảng 34% liều uống đào thải qua thận dƣới dạng chất chuyển hóa hấp thu. Dƣới 2% liều uống đào thải qua nƣớc tiểu dƣới dạng acarbose và chất chuyển hóa hoạt động (Công báo số 119, Bộ Y tế, 2012). Vai trò của acarbose 1. Vai trò của acarbose đối với bệnh đái tháo đường Bệnh đái tháo đƣờng (ĐTĐ) là một nhóm các bệnh chuyển hóa đƣợc đặc trƣng bởi tăng đƣờng máu mãn tính do hậu quả của sự thiếu hụt hoặc giảm hoạt động của insulin hoặc cả hai trong cơ thể ngƣời bệnh.

Trên thế giới, hàng năm căn bệnh ĐTĐ tiêu tốn hơn 132 tỷ USD. Ƣớc tính năm 2010, có trên 221 triệu ngƣời mắc bệnh ĐTĐ, năm 2025 sẽ lên tới trên 400 triệu ngƣời bệnh. Trong đái tháo đƣờng, ĐTĐ type 2 là dạng ĐTĐ thƣờng gặp nhất. Thông thƣờng, với bệnh ĐTĐ type 2, trong cơ thể vẫn còn sản xuất insulin, nhƣng các tế bào không thể sử dụng nó.

Điều này đƣợc gọi là đề kháng insulin. Theo thời gian, đƣờng huyết sẽ tăng cao trong máu. Béo phì và ít vận động sẽ làm tăng nguy cơ phát triển bệnh ĐTĐ type 2 (Công Sơn, Thế Ân, 2013). Các loại thuốc dùng trong điều trị bệnh ĐTĐ type 2: Các dẫn xuất của sulfonylurea (glibenclamid, glipizid, gliclazid), có tác dụng hạ đƣờng huyết do ngăn cản tế bào tuyến tụy tạo ra glucagon, kích thích tế bào beta ở tụy tiết ra insulin.

Các loại thuốc hạ đƣờng máu đang đƣợc sử dụng trong điều trị bệnh ĐTĐ gồm: Nhóm thuốc cải thiện sự nhạy cảm của insulin (glitazon, benfluorex) làm hạ đƣờng huyết, nhờ làm giảm đề kháng insulin, có tác dụng điều hòa chuyển hóa lipid. Thuốc chữa bệnh ĐTĐ có nguồn từ thực vật chuyển gene, insulin “thực vật”. Gene tổng hợp insulin đƣợc cấy vào cây hoa rum để tổng hợp insulin; thuốc chữa bệnh ĐTĐ có nguồn gốc từ thảo mộc, chế phẩm dikamo đƣợc phối chế từ cao quả mƣớp đắng và cao quả nhàu dùng trong điều trị bệnh ĐTĐ type 2. Quả mƣớp đắng (Monordica Luận văn thạc sĩ khoa học 2013 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Hà Thị Tâm Tiến Đại học Khoa học tự nhiên charantia) chứa charantin có hoạt tính ức chế α-glucosidase, hợp chất monordicosid làm giảm đƣờng huyết, có hoạt tính nhƣ insulin (Phạm Hữu Điển, 2003).

Cây dây thìa canh (Gymnema sylvestre) có hoạt chất chính là gymnemic acid làm tăng tiết, tăng cƣờng hoạt lực của insulin tuyến tụy, ức chế hấp thu glucose ở ruột, giảm cholesterol và lipid máu, làm dƣợc liệu quý cho ngƣời bệnh ĐTĐ ở Ấn Độ, Trung Quốc, Mỹ, Nhật, Singapore từ lâu (Trần Văn Ơn, et al. Ngoài ra cây é tía (Ocimum tenuiflorum), dừa cạn (Catharanthus roseus), hoài sơn (Dioscorea persimilis) dùng để điều chế hoạt chất metformin chữa bệnh ĐTĐ (Vũ Ngọc Lộ, 2005); nhóm thuốc ức chế men α-glucosidase dùng điều trị ĐTĐ type 2: acarbose, miglitol, voglibose, có thể dùng một mình hoặc kết hợp với insulin hoặc các thuốc điều trị bệnh ĐTĐ khác. Acarbose là một oligosaccharide phức tạp có tác dụng ức chế việc tiêu hóa carbohydrate, kìm hãm sự gia tăng nồng độ đƣờng trong máu sau bữa ăn. Acarbose làm giảm mức độ glycosyl hóa hemoglobin ở bệnh nhân ĐTĐ type 2.

Hệ thống phi enzyme protein-đƣờng nhƣ đƣợc phản ánh theo mức độ đƣờng huyết, làm chức năng duy trì nồng độ đƣờng huyết trung bình trong cơ thể. Vì vậy, acarbose có thể kiểm soát hàm lƣợng đƣờng trong máu của bệnh nhân sau khi ăn. Acarbose là chất ức chế enzyme α-glucosidase trong ruột, làm chậm tiêu hóa và hấp thu carbohydrate. Kết quả là glucose máu tăng chậm hơn sau ăn, giảm nguy cơ tăng glucose máu và nồng độ glucose máu ban ngày ít dao động hơn.

Do đó, acarbose đã đƣợc sử dụng là thuốc điều trị ĐTĐ type 2 với ƣu điểm không làm tăng insulin huyết, không gây đề kháng insulin, bảo tồn tế bào beta, giảm nồng độ HbA1c, triglyceride và giảm các biến chứng do tiểu đƣờng. Acarbose không có hoạt tính ức chế chống lại lactase và do đó sẽ không gây ra hiện tƣợng không dung nạp lactose trong cơ thể. Ngoài ra, acarbose có thời gian bán hủy tƣơng đối lâu, khoảng từ 6-8 giờ và đƣợc chuyển hóa hoàn toàn trong ruột ngƣời. Các sản phẩm chuyển hóa chủ yếu là dẫn xuất của 4-methylpyrogallol không độc.

Một phần nhỏ đƣợc hấp thụ vào máu sẽ đƣợc bài tiết qua đƣờng nƣớc tiểu (Lê Văn Chi, 2004). Luận văn thạc sĩ khoa học 2013 6 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Hà Thị Tâm Tiến Đại học Khoa học tự nhiên Hiện nay, acarbose đƣợc nhiều công ty dƣợc phẩm sản xuất và bán ở 110 nƣớc trên thế giới với nhiều tên thƣơng mại khác nhau nhƣ: glucobay® (Châu Âu và Trung Quốc), precose® (Mỹ), glucor® (Pháp) và prandase® (Canada). Ở nƣớc ta Công ty Cổ phần Dƣợc Hậu Giang sản xuất viên nén có tên thƣơng mại glumeca, glucobay với hàm lƣợng 100 mg acarbose. Thuốc acarbose đƣợc dùng đơn hoặc có thể kết hợp với các thuốc trị liệu khác nhƣ sulfonylurea, metformin hoặc insulin để điều trị bệnh ĐTĐ type 2.

Khi dùng liệu pháp một thuốc, acarbose làm giảm nồng độ trung bình của hemoglobin glycosylate (0,6 đến 1%), giảm hemoglobin glycosylate tƣơng quan với giảm nguy cơ biến chứng vi mạch ở ngƣời đái tháo đƣờng. Trái với thuốc đái tháo đƣờng sulfonylurea, acarbose không làm tăng tiết insulin. Acarbose cũng không gây giảm glucose máu lúc đói khi dùng đơn trị liệu ở ngƣời. Khi dùng điều trị phối hợp với thuốc sulfonylurea chúng sẽ có tác dụng cộng hợp do cơ chế tác dụng của hai loại thuốc này khác nhau.

Do đó, acarbose không gây tăng cân và cũng không làm giảm tác dụng hƣớng đến insulin của sulfonylurea. Hiệu quả điều trị ĐTĐ type 2 bằng acarbose đã đƣợc nhiều tác giả nghiên cứu: Mori và cs (2011) đã đánh giá ảnh hƣởng của acarbose đến sự biến động glucose ở bệnh nhân ĐTĐ type 2 bằng cách giám sát glucose liên tục (continuous glucose monitoring, CGM). CGM đƣợc thực hiện trong 4 ngày, với hàm lƣợng 300 mg acarbose/ngày. Tổng cộng 10 bệnh nhân (5 nam và 5 nữ), với độ tuổi trung bình 63,1±12,1 tuổi, chỉ số khối cơ thể 22,6±5,4 kg/m và glycohemoglobin là 9,9±1,9%.

Trong thời gian điều trị với acarbose, ba giá trị trung bình (hàm lƣợng glucose trong máu, SD của glucose máu, biên độ đƣờng huyết giao động bất thƣờng) đều giảm đáng kể sau 24 giờ ở nhóm bệnh nhân điều trị so với nhóm không điều trị. Nhƣ vậy acarbose đã làm giảm đƣờng huyết dao động quá mức ở ngƣời (Mori, et al. Tsujino và cs (2011) đã so sánh sự biến đổi glucose ở 10 bệnh nhân ĐTĐ type 2 đƣợc điều trị với miglitol và acarbose qua giám sát glucose liên tục (CGM) trong 4 ngày nhập viện. Bệnh nhân đƣợc uống 50 mg miglitol hoặc 100 mg acarbose trƣớc Luận văn thạc sĩ khoa học 2013 7 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Hà Thị Tâm Tiến Đại học Khoa học tự nhiên mỗi bữa ăn trong ngày thứ 2 và ngƣợc lại vào ngày thứ 3, theo một thử nghiệm ngẫu nhiên.

Các bệnh nhân đã có ba bữa ăn thử nghiệm giống hệt nhau vào ngày thứ 2 và thứ 3. Các số liệu CGM đã đƣợc so sánh cho từng thông số biến đổi đƣờng huyết sau mỗi bữa ăn. Điều trị miglitol hoặc acarbose không có sự khác biệt nào đáng kể liên quan đến việc tăng nồng độ đƣờng từ mức cơ bản đến mức cao, thời điểm lƣợng đƣờng tăng cao nhất là 3 giờ sau ăn (Tsujino, et al. Nghiên cứu về các tác dụng khác của acarbose Bên cạnh việc ứng dụng trong điều trị bệnh ĐTĐ type 2 acarbose còn đƣợc thử nghiệm để sản xuất nhiều loại thuốc phòng và chữa bệnh khác nhƣ: bệnh béo phì, tăng mỡ máu, viêm dạ dày, loét tá tràng, bệnh mục xƣơng ở ngƣời hoặc dùng trong chăn nuôi để tăng tỷ lệ thịt và mỡ trong động vật nuôi (Frommer, et al., 1975) Acarbose có tác dụng làm giảm nguy cơ tim mạch.